蘋果公司上個月宣布推出新款iPad Air時，最有趣的不是它的iPad Pro風格設計，也不是一系列新的色彩選擇。而是新Air潛藏在細長框架中。
令我們驚訝的是，2020年的iPad Air是蘋果公司首款使用新型A14 Bionic芯片組的設備。芯片的影響也將不僅限于平板電腦，幾乎可以肯定，它將為下一代iPhone提供動力，Apple將于明日推出該產品。在與Engadget的對話中，蘋果公司平臺架構副總裁Tim Millet和Mac和iPad產品營銷高級總監(jiān)Tom Boger闡明了該公司設計A14的方法，以及求對iPad Air及其它的意義。
打造一款“野獸”芯片
在較高的水平上，A14似乎與蘋果的其他Bionic芯片組相似。就像A12和A13一樣，這個SoC包含一個六核CPU（兩個核是高性能核，四個核用于低優(yōu)先級任務）。這里的GPU內核數(shù)量也保持不變，為四個。
但是，不要被這些過去的相似之處所迷惑：由于A14是使用5納米制造工藝設計的，因此這種單芯片系統(tǒng)的工作比以往任何時候都多。但是，讓我們先退后一步。我們會發(fā)現(xiàn)向更密集的芯片組設計的轉變已經(jīng)發(fā)生了多年，并且沒有絲毫放緩的跡象。
A14可能是世界上第一個商用的5nm芯片，但是蘋果的競爭對手并不落后。高通公司首款5nm移動芯片組Snapdragon 875可能會在12月舉辦的的公司虛擬Snapdragon Summit上首次亮相。然后是三星，除了為高通公司制造這些驍龍之外，三星還開始拉開5nm Exynos 1080芯片組的帷幕。
基于這些新制造工藝的芯片的主要優(yōu)點是，它們更密集地集成晶體管，這些難以置信的小型開關，可以控制電子的流動。這些充當邏輯門的基礎，邏輯門產生集成電路，集成電路產生成熟的處理器。
無論如何，轉向5nm意味著Apple可以把有更多的晶體管用于芯片上的所有系統(tǒng)。回頭看一下：該公司去年使用的A13 Bionic有85億個晶體管，而新芯片是118億個。如您所料，晶體管數(shù)量的急劇增加為蘋果提供了額外的處理位，以顯著提高速度、效率、CPU和GPU內核。但這也使蘋果可以自由地對設備的整體體驗進行微妙的改進。
“芯片架構師考慮功能的一種方式不一定是直接將[晶體管]映射到產品中的功能，而是要使諸如圖形堆棧中軟件之類的基礎技術能夠放大GPU中的新功能”，Millet說。“因為這將不可避免地成為游戲中的視覺功能，或用戶界面中的快速過渡。”
轉向5納米設計的A14也使蘋果可以自由地將其更多的晶體管“預算”投入到CPU和GPU以外的組件上。而要獲得最佳的全方位體驗，蘋果，三星和華為等公司（僅有的其他為自己的移動設備設計芯片的公司）具有明顯的優(yōu)勢。在這種情況下，由于Apple完全控制其片上系統(tǒng)中的內容，因此可以在其他處理內核和組件成為主流之前對其進行投資。
最好的例子是該公司的神經(jīng)引擎，該組件首次出現(xiàn)在iPhone X的A11芯片組中，用于加速各種功能所需的神經(jīng)網(wǎng)絡，例如安全面部解鎖，Siri語音識別和增強現(xiàn)實等。蘋果是最早在其芯片中集成專用神經(jīng)加速器的公司之一。而華為在蘋果宣布其自己的神經(jīng)引擎之前一周就發(fā)布了麒麟970及其神經(jīng)處理單元，而三星和高通后來才趕上來。
毫不奇怪，今年的神經(jīng)引擎與我們在2017年看到的第一個引擎相去甚遠。雖然原始協(xié)處理器可以每秒執(zhí)行6000億次操作，但去年的A13在相同的時間內將標準提高到了6萬億次。同時，A14通常每秒執(zhí)行11萬億次的操作，從而消除了障礙。
大規(guī)模的重新設計使這種提升成為可能：A14的神經(jīng)引擎現(xiàn)在包含16個內核，而去年的A13為8個。將引擎的核心數(shù)量增加一倍將是一個有趣的選擇，因為許多依賴它的iOS功能似乎已經(jīng)運行良好。既然如此，為什么不把更多的新晶體管投入到進一步提高CPU和GPU性能上呢？大多數(shù)人可能會立即注意到這一點？
答案有兩個。首先，蘋果公司繼續(xù)在增強神經(jīng)網(wǎng)絡中看到巨大的潛力，不僅是因為其自身的軟件體驗，而且對于那些應用程序開發(fā)人員可能能夠在適當?shù)奈恢冒惭b適當?shù)慕M件來實現(xiàn)。例如，流行的圖像編輯應用程序Pixelmator Pro依靠神經(jīng)引擎提供了一項功能，該功能可使低分辨率圖像看起來異常清晰和干凈。同時，在創(chuàng)意頻譜的另一端，Algoriddim的djay Pro AI應用程序使用神經(jīng)引擎來更有效地隔離歌曲中的人聲和樂器音軌。
Millet說：“我們看到了傳統(tǒng)CPU指令集無法完成的事情的機會。” “理論上您可以在GPU上執(zhí)行執(zhí)行神經(jīng)引擎在做的許多操作，但是您不能在緊密，受熱約束的enclosure內執(zhí)行該操作。”
這是答案的另一半，這就是蘋果必須在純粹的“馬兒”和“效率”之間取得平衡。畢竟，如果馬匹過早疲勞，那就沒有必要確保它們跑得快。
Millet說：“我們努力專注于能源效率，因為這適用于我們生產的每種產品。” 通過將重點放在芯片設計上，蘋果不必擔心這種情況“它專注于手機的能源效率（以某種方式）在iPad Air中不起作用”。當然可以了。“
實際影響
大家一致肯定的是，A14是比它的前輩更令人印象深刻，但所有這一切都引發(fā)了一個有趣的問題：它有多強大？這是真的嗎？
這主要是因為蘋果尚未就A14 Bionic比去年的A13 Bionic的性能提高多少發(fā)表任何聲明，在即將到來的主題演講中，我們可以期待更多細節(jié)。在蘋果披露新產品iPad Air，他們確實說了A14的CPU比前代產品提升40％，人們可以期望圖形性能最多提高30％。
但是，必須注意的是，現(xiàn)實生活中的性能提升并不總是符合Apple的承諾。例如，當公司表示A14的CPU性能比當前iPad Air的A12芯片組強大30％時，它并沒有超出您和我可以使用的流行基準測試工具的結果。根據(jù)Boger的說法，這些數(shù)字是”實際應用程序工作負載“的合并。換句話說，它們是源自許多不同性能因素的綜合數(shù)字，所有這些都證明了實際使用此東西的感覺。
Millet補充說：”我們了解許多應用程序的單線程性能確實很重要。“ ”因此，我們確保在談論諸如此類的事情時，我們能夠很好地表示單線程性能。我們還表示，更多具有前瞻性的開發(fā)人員實際上正在利用即將推出的額外內核。“
由于我在2020年花費了大量時間測試蘋果設備，因此我的想法迅速轉向A14如何模糊Air與iPad Pro之間的界限。畢竟，2020 iPad Pro依靠的是兩年前芯片組的增強版本。與蘋果的新芯片相比，它如何堆疊？
總體而言，iPad Pro仍然具有優(yōu)勢。當我們在今年早些時候對其進行測試時，它是一臺速度非常快的機器，而Millet和Boger很快指出，當前型號的A12Z芯片組比A14具有更多的CPU和GPU內核（每個內核八個）。GPU計算能力的巨大差異尤其意味著iPad Pro將繼續(xù)更適合圖形工作以及Apple專業(yè)用戶可能會處理的其他”高性能工作負載“。但這并不是說iPad Air的芯片組在這里完全被淘汰了。
博格指出：”由于A14具有我們最新一代的CPU內核，因此您可能會在這里和那里看到一些東西，它們可能會勝過A12Z。“
蘋果制造了一款售價600美元的平板電腦，其功能有時會超過其專業(yè)級硬件，這是一個大問題。但是，更重要的是，蘋果公司在設計A14時所做的工作可能會影響其后續(xù)設備。
走向未來
正如我之前說的，A14將為新款iPad Air以及可能是該公司最新推出的iPhone系列提供動力，但幾乎肯定還會在其他產品中使用。看看Apple的入門級iPad系列：盡管它們從未獲得過為iPad Pros制造的高端芯片組版本，但它們經(jīng)常被上一代iPhone中使用的芯片所刷新。如果您是Apple設備的粉絲，那么您是否還不打算大肆購買新手機或平板電腦也沒關系-您最終體驗A14的機會還不錯。
即使您不這樣做，您仍然可以從其中進行的一些工作中受益。當蘋果公司的人們開始研究芯片組時，他們不僅專注于為單個產品構建芯片組。他們考慮了公司的整體陣容。”我們花了很多時間與產品團隊和軟件團隊合作，而架構小組確實位于其中。“ Millet說。蘋果在制造產品時，必須弄清從CPU和GPU到相機和顯示模塊以及大量傳感器的重要組件清單。以良好的方式將所有組件連接起來是Millet團隊的工作，而他們最大的優(yōu)先事項之一就是確保將它們編織在一起的芯片級體系結構參數(shù)化-即可擴展以用于不同類型的設備。
他說：”最終，我們要確保在為一代構建CPU時，我們不一定只為一代構建CPU。“ 雖然這并不意味著您會在Apple Watch之類的產品中看到A14的六核CPU，但為該公司的旗艦手機芯片組開發(fā)的體系結構很可能會改編并在其他地方重復使用。事實證明，我們可能不必等很久就能看到一個很好的例子。
幾周以來，一直有傳言稱iPad Pro由A14的高性能版本A14X提供動力，有人傳言稱該產品將于2021年初推出。在發(fā)布由A12驅動的iPhone XS系列僅一個月后，蘋果就宣布了其第三代iPad Pro和A12X芯片組。更有趣的是，這是您應該撒些鹽的部分。謠傳A14X也是該公司的首批商用Apple Silicon Mac中的芯片組。自然，該公司不會向我確認任何這件事，但是當被問及該公司在Mac芯片上的工作是否完全影響了A14的發(fā)展時，Millet指出：”有時，獨特的平臺制約著發(fā)明的發(fā)展。“
最終，對于A14和蘋果公司在不久的將來的計劃，我們仍然知之甚少。它的體系結構還可以如何擴展或限制為適用于不同的硬件？蘋果從設計像A14這樣的移動芯片組中學到的知識是否會給它提供在英特爾和AMD上需要的工具？Millet完全沒有討論這些話題，但似乎一模一樣：無論您是否購買iPad Air（或iPhone 12），蘋果的工作都會對該芯片組會在未來幾年都產生影響。