رویکرد اپل در طراحی چیپست A14 Bionic چه بوده است؟

به گزارش انوار بلاگ، وقتی اپل طی ماه گذشته میلادی از آیپد ایر جدید رونمایی کرد، جالب ترین چیز راجع به این دیوایس نه طراحی الهام گرفته اش از آیپد پرو بود و نه تنوع رنگ بندی هایش. جالب ترین چیز، چیپست A14 Bionic بود که زیر شنل دستگاه تعبیه شده است.

جهت دریافت مشاوره خدمات چاپ کاتالوگ و بروشور از بهترین و مجربترین طراحان کشور همراه ما باشید. از طراحی تا چاپ کاتالوگ های تبلیغاتی حرفه ای را با بهترین قیمت از ما بخواهید.

در کمال ناباوری، آیپد ایر 2020 نخستین دستگاه اپل است که همراه با چیپست A14 Bionic از راه می رسد. البته که این قطعه سیلیکونی تنها به صورت خاص برای تبلت های اپل ساخته نشده و به احتمال قریب به یقین، راهش را به نسل بعدی آیفون ها که امشب معرفی خواهند شد نیز باز خواهد نمود. تیم میلت، نایب رییس معماری پلتفرم در اپل و تام باگر، مدیر ارشد مارکتینگ آیپد و مک اخیرا شرحاتی راجع به رویکرد این کمپانی در طراحی چیپست A14 ارائه کردند و از معنای آن برای آیپد ایر و محصولات آینده می گویند.

ساخت یک هیولا

در بالاترین سطح، A14 شباهت زیادی به دیگر چیپست های Bionic اپل دارد. این سیستم بر چیپ شامل یک پردازنده شش هسته ای (با دو هسته با پرفورمنس بالا و چهار هسته دیگر برای وظایفی که اولویت کمتر دارند) می شود، درست مانند A12 و A13 که پیشتر از راه رسیده بودند. تعداد هسته های پردازشگر گرافیکی هم دست نخورده باقی مانده و کماکان 4 عدد است. اما فریب این شباهت ها را نخورید: زیرا A14 با فرآیند 5 نانومتری فراوری می شود و بنابراین حرف های بسیار بیشتری نسبت به تمام چیپست های قبل از خود (چه ساخت اپل، چه کوالکام و چه هر شرکت دیگری) برای گفتن خواهد داشت. حرکت به سمت چیپست های متراکم تر جزو ترندهای اصلی صنعت موبایل طی سال های اخیر بوده و شواهدی از کم شدن سرعت این فرایند نیز به چشم نمی خورد.

چیپست A14 احتمالا نخستین چیپ 5 نانومتری دنیا باشد که در دسترس عموم مردم قرار می گیرد، اما رقبا نیز چندان از قافله عقب نیستند. نخستین چیپست موبایل 5 نانومتری کوالکام، یعنی اسنپدراگون 875، احتمالا خیلی زود و در جریان مراسم مجازی Snapdragon Summit ماه دسامبر از راه برسد. بعد هم نوبت به سامسونگ می رسد که (علاوه بر فراوری اسنپدراگون 875 برای کوالکام) مشغول توسعه چیپست اگزینوس 1080 با فرایند 5 نانومتری بوده است.

مزیت اصلی این چیپ ها به فرآیند فراوریشان باز می شود که اجازه می دهد ترانزیستورها به شکلی متراکم تر در کنار یکدیگر جای بگیرند. به این ترتیب، سوییچ هایی بسیار کوچک می توانند جریان الکترون ها را کنترل نمایند. این سوییچ ها، فونداسیون دروازه های منطقی در چیپ هستند که مدارهای یکپارچه را شکل می دهند و مدارهای یکپارچه هم پردازنده ها را.

حرکت به سمت فرآیند 5 نانومتری به این معنا است که اپل توانسته ترانزیستورهای بیشتری را روی سیستم بر چیپ خود جای دهد. در واقع اگر بخواهیم دقیق تر باشیم، 11.8 میلیارد ترانزیستور. این را مقایسه کنید با 8.5 میلیارد ترانزیستوری که روی چیپست A13 Bionic سال گذشته تعبیه شده بود. همانطور که می توان انتظار داشت، افزایش شمار ترانزیستورها باعث می شود اپل به قدرت پردازشی بیشتر دسترسی داشته باشد و هسته های پردازنده و هسته های پردازشگر گرافیکی سریع تر و به مراتب بهینه تر بسازد.

سوییچ به سمت طراحی 5 نانومتری در A14 در ضمن به اپل اجازه داده که از بودجه ترانزیستورها برای قطعات بیشتری نسبت به پردازنده و پردازشگر گرافیکی استفاده کند. و وقتی صحبت از دستیابی به بهترین تجربه ممکن در تمام زمینه ها باشد، کمپانی هایی مانند اپل، سامسونگ و هواوی (تنها شرکت هایی که چیپ های موبایل هایشان را خود طراحی می نمایند) مزیتی عظیم نسبت به دیگر فراورینمایندگان دارند. در این مورد، از آن جایی که اپل به داشتن کنترل کامل بر سیستم های بر چیپ خود متمایل است، می تواند روی هسته های پردازشی و قطعات اضافه نیز سرمایه گذاری کند.

بهترین مثال برای این موضوع، موتور عصبی اپل است، قطعه ای که برای نخستین بار راهش را به چیپست A11 در آیفون 10 باز کرد تا به شبکه های عصبی مورد احتیاج برای قابلیت هایی مانند تشخیص چهره، تشخیص صدا برای سیری و واقعیت افزوده سرعت ببخشد. اپل جزو نخستین شرکت هایی بود که یک شتاب دهنده عصبی مخصوص درون چیپ هایش قرار داد. هواوی تنها یک هفته قبل از اپل از چیپست کایرین 970 با واحد پردازش عصبی رونمایی نموده بود و سامسونگ و کوالکام هم اندکی بعد همین رویه را در پیش گرفتند.

بدون اینکه جای تعجب داشته باشد، موتور عصبی موجود در چیپست سال جاری اپل، به مراتب قدرتمندتر از آنچه در سال 2017 دیدیم است. درحالی که نخستین پردازنده عصبی اپل می توانست 500 میلیارد عملیات را در هر ثانیه به انجام برساند، این رقم در چیپست A13 سال گذشته به 6 تریلیارد عملیات رسید. حالا A14 نیز قرار است در هر ثانیه قادر به انجام 11 تریلیارد عملیات باشد.

این بهبود چشمگیر عملکرد، به لطف یک بازطراحی عظیم بوده است: موتور عصبی A14 حالا 16 هسته دارد، یعنی دو برابر بیشتر از نمونه موجود در A13. دو برابر کردن شمار هسته ها تصمیم جالبی بوده، زیرا به نظر می رسد که بسیاری از قابلیت های iOS که بر موتور عصبی متکی بودند بدون هیچ مسئله ای به انجام می رسیدند. از آن جایی که کارایی موتور عصبی از پیش کافی بوده، چرا اپل ترانزیستورهای اضافه را به بهبود هرچه بیشتر پرفورمنس پردازنده و پردازشگر گرافیکی اختصاص نداده است؟ مگر این ها همان چیزهایی نیستند که بیشتر به چشم عموم مردم می آیند؟

پاسخ به این سوال، دو بخش دارد. نخست اینکه اپل همچنان شاهد پتانسیلی گسترده در سوپرشارژ کردن شبکه های عصبی است، نه صرفا برای اینکه تجربه نرم افزاری بهبود یابد، بلکه به این خاطر که توسعه دهندگان با دسترسی به قطعات درست می توانند دست به کارهایی شگرف تر بزنند. براث مثال اپلیکیشن ادیت تصویر بسیار محبوب Pixelmator Pro، متکی بر موتور عصبی است و یک قابلیت برای افزایش وضوح قابل توجه تصاویری با رزولوشن پایین دارد. در سوی دیگر این طیف خلاق نیز می توان اپلیکیشن djay Pro AI را یافت که به یاری موتور عصبی، قادر به جدا کردن وکال از صدای سازها در یک موسیقی است.

میلت می گوید: ما متوجه فرصتی برای انجام کارهایی شدیم که با ساختار معمول پردازنده قادر به انجامشان نیستیم. شما در تئوری می توانید بدون موتور عصبی در پردازشگر گرافیکی نیز بسیاری از این کارها را انجام دهید، اما نمی توان این کارها را در یک محیط تنگ و حساس به حرارت انجام داد.

و به این ترتیب می رسیم به بخش دوم پاسخ. اپل باید به نقطه تعادلی میان اسب بخار خالص و بهینگی عملکرد می رسیده است. در واقع اگر اسب ها خیلی زود خسته شوند، اجبار آن ها به سریع تر دویدن هیچ مزیتی به همراه نخواهد داشت.

تاثیر عملی

هیچکس تردیدی ندارد که A14 بسیار قدرتمندتر و تحسین برانگیزتر از پیشینیان خود ظاهر می شود، اما در هر صورت هنوز به یک سوال پاسخ داده نشده: این چیپست دقیقا چقدر قدرتمند است؟

بستگی دارد. اپل هنوز هیچ ادعایی راجع به بهبود عملکرد A14 نسبت به A13 Bionic سال پیش نداشته است و باید منتظر ارائه جزییات بیشتر در مراسم امروز این کمپانی باشیم. البته وقتی اپل از آیپد ایر جدید رونمایی کرد گفت که چیپست A14 حدودا 40 درصد سریع تر از مدل قبلی است و مردم باید منتظر بهبود 30 درصدی عملکرد گرافیکی نیز باشند.

اما مهم است به یاد داشته باشیم که پرفورمنس در دنیای واقعی لزوما سازگار با وعده های اپل نخواهد بود. وقتی اپل می گوید پردازنده A14 حدودا 30 درصد قدرتمندتر از چیپست A12 آیپد ایر قبلی است، این صحبت را براساس ابزارهای بنچمارکی که من و شما به آن دسترسی داریم مطرح نمی نماید. این ارقام با آنالیز بی شمار فاکتور مختلف در پرفورمنس به دست می آیند که کار تمام آن ها، مشخص تجربه کار با این چیپست است.

میلت می گوید: ما متوجه شده ایم که عملکرد تک رشته ای، برای بسیاری از اپلیکیشن ها اهمیت دارد. بنابراین اطمینان حاصل می کنیم که هنگام صحبت راجع به چنین جزییاتی، پرفورمنس تک رشته ای را نیز پوشش داده باشیم. ما در ضمن به توسعه دهندگان نشان می دهیم که چطور می توانند از مزیت های هسته های اضافی بهره مند شوند.

بسیاری از خبرنگارانی که قادر به تست محصولات سال 2020 اپل بوده اند می گویند که A14 می تواند مرز میان آیپدهای ایر و آیپدهای پرو را از بین ببرد. در واقع آیپد پرو 2020 متکی بر یک ورژن بهبودیافته از چیپستی متعلق به دو سال پیش از است. عملکرد این چیپست قدیمی در قیاس با سیلیکون جدید اپل چطور خواهد بود؟

در مجموع، رجحان همچنان از آن آیپد پرو است. این دستگاهی فوق سریع است و میلت و باگر هم می گویند که چیپست A12Z موجود در آن، هسته های پردازنده و پردازشگر گرافیکی بیشتری نسبت به A14 دارد. این تفاوت عظیم در قدرت پردازشی بدان معنا است که آیپد پرو کماکان برای کارهای گرافیکی و وظایفی که پرفورمنس بالا طلب می نمایند مناسب تر خواهد بود. اما در عین حال این طور نیست که چیپست آیپد ایر نیز در قیاس با آن بسیار ضعیف باشد.

باگر می گوید: از آن جایی که A14 از هسته های پردازنده نسل جدید ما برخوردار شده، ممکن است در گوشه و کنارها شاهد عملنمودهایی باشید که A14 را در جایگاهی برتر نسبت به A12Z قرار می دهند.

بنابراین اپل یک تبلت 600 دلاری ساخته که گاهی می تواند سخت افزار سطح حرفه ای را نیز کنار بزند. این اتفاقی مهم است. اتفاف مهم تر اما تاثیری است که کار اپل در طراحی A14 می تواند روی دیوایس های آینده این شرکت بگذارد.

به سمت آینده

همانطور که پیشتر اشاره کردیم، چیپست A14 قرار است قوت رسان به آیپد ایر و آیفون های جدید اپل باشد، اما به احتمال فراوان راهش را به دیگر محصولات این شرکت نیز باز کند. کافی است به خانواده آیپد های ارزان قیمت نگاه کنید: اگرچه این محصولات هیچوقت به چیپست های پریمیوم ساخته شده برای آیپد پرو مجهز نشدند، اما دائما به روزرسانی و به سیلیکون های مورد استفاده در آیفون های نسل قبل تجهیز می شوند. اگر از هواداران دیوایس های اپل باشید، مهم نیست که برای خرید موبایل های جدید برنامه ریزی نموده اید یا یک تبلت، به احتمال زیاد بالاخره قادر به کار با چیپست A14 خواهید بود.

و حتی اگر چنین برنامه ای نداشته باشید هم احتمالا از مزایای کار اپل با A14 بهره مند خواهید شد. وقتی کارمندان اپل آغاز به کار روی یک چیپست جدید می نمایند، صرفا روی ساخت یک دیوایس جدید متمرکز نیستند: آن ها تمام محصولات شرکت را از نظر می گذرانند. اپل هنگام فراوری یک محصول باید لیستی بلندبالا از قطعات مهم تدارک ببیند، از پردازنده و پردازشگر گرافیکی گرفته تا ماژول های دوربین و نمایشگر. سپس وظیفه تیم میلت این است که همه آن ها را به یکدیگر متصل کند و یکی از اصلی ترین اولویت های آن ها نیز، حصول اطمینان از این است که معماری چیپ به گونه ای باشد که در محصولات مختلف استفاده شود.

میلت بار دیگر شرح می دهد: در غایی ترین حالت، هنگام ساخت یک پردازنده برای یک نسل، می خواهیم مطمئن شویم که آن را لزوما برای تنها همان نسل نمی سازیم. این یعنی اگرچه پردازنده شش هسته ای A14 را در چیزی مانند اپل واچ مشاهده نخواهید کرد، ممکن است از معماری توسعه یافته برای چیپست پرچمدار این شرکت در محصولات دیگر نیز استفاده شود.

در مجموع هنوز نمی دانیم که چیپست A14 چه ویژگی هایی دارد و اپل چه برنامه هایی برای آینده نزدیک تدارک دیده. معماری A14 چطور گسترش یافته و راهش را به سخت افزارهای مختلف باز می نماید؟ اپل از طراحی چیپست های موبایل مانند A14 چه آموخته و آیا به ابزارهای لازم برای رقابت با اینتل و AMD دست پیدا نموده؟ سخنگویان اپل در این زمینه ها شرحی نمی دهند. اما یک چیز واضح است: چه آیپد ایر جدید و آیفون 12 را بخرید و چه نه، تاثیر کار اپل روی این چیپست در سال های پیش رو احساس خواهد شد.