что такое bionic в айфоне
О технологии Neural Engine в процессорах Apple A-серии
Было опубликовано 20 января 2020 года
Обновлено 2 декабря 2020 года
Приставка «Bionic» к названию процессоров появилось не просто так. На кристалле стал размещаться еще один процессор, который маркетинг Apple назвала «нейронным движком» (Neural Engine).
Он основан на нейронных сетях, которым еще лет 20 назад пророчили лидирующую роль в вычислительной технике.
Позже на помощь Neural Engine пришли блоки AMX, но об этом ниже.
Для чего нужен Neural Engine
Отдельный процессор NPU значительно ускоряет работу таких ресурсоёмких задач как: дополненная реальность (поддерживаемая фреймворком Apple ARKit), машинное обучение и построение нейронных сетей (поддерживаемые фреймворком Apple Core ML).
Neural engine
Технология позволяет Apple реализовать нейронную сеть и машинное обучение более энергоэффективным способом, чем использование основного или графического процессора. CPU и GPU не предназначены для работы с ИИ.
Первое поколение
Впервые нейронный процессор появился в Apple A11 Bionic. Предыдущий чип Apple A10 имел приставку Fusion.
Это первое поколение Neural Engine, которое было встроено чип Apple. В него установлено 2 ядра и оно может выполнять до 600 миллиардов операций в секунду.
Сторонние приложения не могут использовать нейронный движок этого поколения, что приводит к аналогичной производительности нейронной сети для старых iPhone.
Второе поколение
Следующее поколение сделало достаточно большой рывок по сравнению с предыдущим.
Вторая версия включает в себя “нейронный движок» следующего поколения, который установлен сразу в трех чипах компании Apple. Это поколение имеет целых 8 ядер и может выполнять до 5 триллионов операций в секунду, что до 9 раз быстрее по сравнению с Apple A11.
В отличие от Neural Engine 1-го поколения, 2-ое поколение предоставляет доступ для сторонних приложений.
Третье поколение
Третье поколение не сильно продвинулось по сравнению со вторым, но улучшения есть.
Следующий процессор Apple A-серии также включает в себя Neural Engine нового поколения. Имеет 8 ядер, как и ранее, которые стали на 20% быстрее и на 15% меньше потребляют энергию, а также работают до 6 раз производительнее.
Apple добавила в 3 – е поколении специальный ускоритель — блоки AMX. Они ориентированы на выполнение ключевых задач машинного обучения.
Четвертое поколение
Это поколение стало первым для Mac. Neural Engine этого поколения стал сильно лучше в задачах с использованием ИИ.
Четвертая версия содержит в себе нейронный процессор более нового поколения. В нем установлено 16 ядер, больше чем ранее в целых два раза. Они выполняют до 11 триллионов операций за 1 секунду, что по утверждениям Apple на 80% быстрее.
В чипах использующих это поколение, как и в A13, установлен специальный ускоритель — блоки AMX. Они ориентированы на выполнение ключевых задач машинного обучения.
Новая технология Neural Engine и Apple GPU — Apple A11 Bionic
Было опубликовано 25 июля 2019 года
Обновлено 5 ноября 2020 года
Apple A11 Bionic – ARM-система на кристалле (SoC), разработан Apple и изготовлен TSMC. Cочетает в себе процессоры Monsoon и Mistral с графическим процессором Apple GPU.
Впервые появился в iPhone 8, iPhone 8 Plus и iPhone X.
Согласно Apple, Apple A11 Bionic имеет два высокопроизводительных ядра, которые на 25% быстрее, чем в Apple A10 Fusion, и четыре высокопроизводительных ядра, которые на 70% быстрее, чем энергоэффективные ядра в A10.
О процессоре
A11 оснащен разработанным Apple 6-ти ядерным процессором с двумя высокопроизводительными ядрами на частоте 2,39 ГГц, называемыми Monsoon, и четырьмя энергоэффективными ядрами, называемыми Mistral. Ядра Mistral основаны на ядрах Apple Swift от Apple A6. A11 использует новый контроллер производительности второго поколения, который позволяет A11 использовать все шесть ядер одновременно, в отличие от своего предшественника A10.
Чип также интегрирует разработанный Apple трехъядерный графический процессор (GPU) с 30% более высокой графической производительностью, чем A10. В A11 встроен сопроцессор движения M11. Apple A11 Bionic включает в себя новый процессор обработки изображений, который поддерживает вычислительные функции фотографии, такие как оценка освещения, широкий захват цвета и расширенная обработка пикселей.
Рейтинг Antutu
Apple A11 Bionic в рейтинге Antutu набирает около 290.000 баллов. Для сравнения A10 Fusion набирает примерно в среднем 225.000 условных единиц.
Neural Engine
A11 включает в себя выделенное нейронное сетевое оборудование, которое Apple называет «Neural Engine«.
Это оборудование нейронной сети может выполнять до 600 миллиардов операций в секунду и используется для Face ID, Animoji и других задач машинного обучения. Neural Engine позволяет Apple реализовать нейронную сеть и машинное обучение более энергоэффективным способом, чем использование основного процессора или графического процессора.
Однако сторонние приложения не могут использовать нейронный движок данного поколения, что приводит к аналогичной производительности нейронной сети для старых iPhone.
Поддержка
Начало поддержки iOS — iOS 11. Обновления программного обеспечения для систем, использующих этот чип продолжается до сих пор. Производство продолжалось с 2017 года по 2020 год.
Технические характеристики
Базовая частота – 2x 2,39 ГГц ( Monsoon ) + 4x 1,42 ГГц ( Mistral )
Количество ядер – 6
Модель ускорителя – Apple GPU
Количество ядер – 3
Тип оперативной памяти – LP-DDR4X 2133 МГц
Количество оперативной памяти – 3 ГБ
Прочее
Технологический процесс – 10 нм
Количество транзисторов – 4,3 млрд
Набор инструкций – ARMv8.2-A
Площадь кристалла – 87.66 мм^2
Версия Bluetooth – 5.0
Версия Wi-Fi – 5
Поддержка 5G – нет
Как устроен A13 Bionic
Обойти по производительности Snapdragon 855 и Kirin 980 Apple удалось еще с предыдущим чипом, A12 Bionic. A13 Bionic, установленный в iPhone 11, закрепил результат и улучшил энергоэффективность. Новые айфоны могут проработать на 1–5 часов дольше, чем модели из предыдущего поколения.
A13 Bionic состоит из 8,5 миллиарда транзисторов и изготовлен по техпроцессу 7 нм. У него два высокопроизводительных ядра, 4 более слабых «ядра эффективности» для стандартных задач, 4 графических и 8 ядер Neural Engine.
Процессор расходует на 20 % меньше энергии, чем A12 Bionic и при этом на 20 % быстрее предшественника. Некоторые компоненты тратят на 40 % заряда, чем у A12 Bionic.
Экономии заряда удалось добиться благодаря современному техпроцессу и распределению задач между ядрами. Основную нагрузку берут на себя 4 ядра послабее, не требующие много энергии, а более мощные включаются только при необходимости.
Apple A14 Bionic – все о первом в мире 5 нм процессоре с 5G
Было опубликовано 5 ноября 2020 года
Apple A14 Bionic – ARM-система на кристалле (SoC), разработан Apple и изготовлен TSMC впервые по 5 нм техпроцессу. Cочетает в себе процессоры Firestorm и Icestorm с графическим процессором Apple GPU.
Впервые появился в iPad Air 4 – го поколения и iPhone 12 Mini, 12, 12 Pro и 12 Pro Max.
В Apple A14 Bionic установлено два высокопроизводительных ядра и четыре менее мощных ядра, которые на 16% быстрее чем в Apple A13 и на 40% быстрее Apple A12. Графика по утверждению компании на 8% мощнее.
О процессоре
Чип A14 изготовлен TSMC впервые в мире используя для ARM 5 нм техпроцесс. Содержит 11,8 миллиардов транзисторов, что больше на 40%, чем в A13 ( 8,5 млрд ). Поддерживает ARMv8.4 набор инструкций, что положительно влияет на безопасность.
Помимо уменьшенного техпроцесса до рекордных размеров, Apple также впервые внедрила технологию 5G, что дает более высокую пропускную способность, меньшее время задержки, скорость интернета до 2 Гбит/с, и уменьшенный расход энергии.
О ядрах CPU
Очередная система на кристалле от Apple оснащена 6-ю ядрами, двумя высокопроизводительными ядрами, работающими на частоте 3,1 ГГц под названием Firestorm и четырьмя энергоэффективными ядрами под названием Icestorm работающими на частоте 1,8 ГГц.
Основана работа ядер на технологии big.LITTLE – это технология объединия в одном кристале двух типов ARM-ядер.
Четыре ядра Icestorm предназначены для обычных задач и основаны на доработанных компанией быстрых ядрах от Apple A6. Оставшиеся два ядра необходимы для более сложных задач, где необходима максимальная мощь.
Apple A14 Bionic
Одновременно активны при необходимости могут быть все шесть ядер.
О ядрах GPU
В A14 встроен разработанный компанией Apple четырехъядерный графический процессор с производительностью графики на 8% быстрее, чем Apple A13 и на 30%, чем в Apple A12.
О графике больше особо ничего неизвестно.
О сопроцессоре
SoC Apple A14 Bionic содержит как и ранее сопроцессор движения Apple M14, он необходим для сбора данных датчиков со встроенных акселерометров, гироскопов и компасов и помощи основному процессору.
Рейтинг Antutu
Apple A14 Bionic в рейтинге Antutu набирает около 575.000 баллов. Для сравнения A13 набирает примерно в среднем 515.000 условных единиц.
Neural Engine
Apple A14 Bionic включает обновленное поколение нейронных сетей, которое Apple называет «Neural Engine 4 – го поколения«.
Данное поколение имеет 16 ядер, что в два раза больше, чем ранее. Это должно сильно повлиять на производительность в задачах с применением искусственного интеллекта. Кроме того, в нем есть ускорители, как и в A13, которые обозначаются как блоки AMX.
Нейронный процессор умеет выполнять до 11 триллионов операций за 1 секунду, что по утверждениям Apple на 80% быстрее.
Сторонние приложения имеют доступ к Neural Engine.
Поддержка
Начало поддержки iOS — iOS 14.1. Обновления программного обеспечения для систем, использующих этот чип продолжается до сих пор. Производство продолжается с 2020 года по настоящее время.
Технические характеристики
Базовая частота – 2x 3,1 ГГц ( Firestorm ) + 4x 1,8 ГГц ( Icestorm )
Количество ядер – 6
Модель ускорителя – Apple GPU
Количество ядер – 4
Тип оперативной памяти – LP-DDR5 2750 МГц
Количество оперативной памяти – 6 ГБ
Прочее
Технологический процесс – 5 нм
Количество транзисторов – 11,8 млрд
Набор инструкций – ARMv8.4-A
Площадь кристалла – 88 мм^2
Версия Bluetooth – 5.0
Версия Wi-Fi – 6
Поддержка 5G – есть
Подробности о сердце iPhone X — чипе A11 Bionic
Одним из самых важных новшеств двухчасовой презентации iPhone X была не столько говорящая какашка, сколько однокристальная система нового поколения с 4,3 млрд транзисторов — A11 Bionic, — с помощью которой такая передовая технология стала возможной. Ну а если серьёзно, то в беседе с журналистами Mashable главный маркетолог Apple Фил Шиллер (Phil Schiller) отметил, что в настоящее время основным новшеством каждого нового поколения продуктов компании являются чипы.
A11 Bionic стал следующим важным шагом Apple по пути вертикальной интеграции продуктов для полного контроля над всеми аспектами своих устройств. Старший вице-президент подразделения аппаратных технологий Apple Джони Сруджи (Johny Srouji) отметил: «Проектирование наших собственных кристаллов началось примерно десять лет назад, потому что это наилучший способ создать по-настоящему оптимизированные с аппаратной и программной сторон продукты Apple».
Он также подчеркнул, что на разработку новых чипов у Apple уходит порядка трёх лет, так что A11 Bionic начал создаваться ещё во времена выхода на рынок смартфона iPhone 6 и чипа A8. Во время этого цикла планы могут несколько корректироваться в соответствии с запросами команды разработчиков продуктов под руководством Джонатана Айва (Jonathan Ive). Но именно три года назад было сделано решение о добавлении на кристалл нейронного движка для ускорения вычислений в области искусственного интеллекта.
Обновлённые ядра CPU на общей площади кристалла A11: 2 высокопроизводительных и 4 энергоэффективных
Разумеется, каждое поколение чипов Apple разрабатывается на основе предыдущих наработок, но некоторые блоки перерабатываются полностью. Например, два высокопроизводительных ядра CPU от A10 Fusion получили небольшое обновление, а количество энергоэффективных ядер было удвоено (в A11 их стало четыре), появилась возможность задействовать от одного до всех шести ядер одновременно. Благодаря этим оптимизациям и новому 10-нм техпроцессу блок CPU в A11 Bionic стал потреблять меньше энергии, чем аналогичный в A10, несмотря на то, что высокопроизводительные ядра теперь на 25 % мощнее, а энергоэффективные — на 70 %.
Как можно видеть, немалую площадь A11 Bionic занимает процессор обработки изображений
Другим важным новшеством стал существенно более мощный специализированный процессор обработки изображений, который позволяет добиться более качественной цветопередачи камеры, улучшенного шумоподавления при недостатке света, а также ускорить различные эффекты вроде студийного освещения в новом портретном режиме. Благодаря этому новому блоку ISP впервые на рынке смартфонов стала возможна запись видео в разрешении 4K при 60 кадрах/с или 1080p при 240 кадрах/с.
Многие годы Apple использовала в своих однокристальных системах графику Imagination Tecnologies — последним примером стал 6-ядерный ускоритель PowerVR GT7600. Но в A11 компания приняла решение интегрировать спроектированный собственными силами блок GPU. Этот трёхъядерный GPU, по словам Apple, на 30 % мощнее использовавшегося в A10 Fusion блока от Imagination, а при прежней производительности потребляет вдвое меньше энергии. Ускоритель оптимизирован для наилучшей работы с низкоуровневым графическим API Metal 2 и, по словам Apple, позволяет создавать игры консольного класса.
Джони Сруджи отметил, что компания уже 30 лет придерживается принципа, согласно которому в тех областях, где она считает возможным внедрить новации, она старается создавать собственные решения: однокристальная система, CPU, ISP, дисплей и так далее. Следующим шагом в этом направлении стал GPU, благодаря чему Apple теперь может полностью контролировать графику на своих iOS-платформах: начиная от аппаратной части до компиляторов, языков программирования, библиотек и операционной системы. Всё это создаётся, чтобы работать в единой оптимальной связке.
Новый разработанный в недрах Apple графический ускоритель на фоне общей площади кристалла A11
Совершенно новым блоком для ускорения специфических задач стал двухъядерный нейронный движок с производительностью 600 млрд операций в секунду. Он эффективно справляется с задачами матричного умножения и вычислений с плавающей запятой и используется для ускорения специфических алгоритмов, связанных с машинным обучением, вроде Face ID, Animoji, дополненной реальности, студийного освещения при портретной съёмке и многого другого. Создан он для эффективной работы с ИИ-библиотекой Apple Core ML.
Такие ускорители — относительное новшество индустрии. Например, Google лишь в прошлом году представила специальные аппаратные серверные ускорители TPU (Tensor Processor Unit) для вычислений, использующих её ИИ-библиотеку TensorFlow. В этом году она выпустила второе поколение TPU, а также оптимизированную для мобильных устройств версию библиотеки машинного обучения TensorFlowLite. Другие компании тоже двигаются в аналогичном направлении. Например, у Facebook подобная технология называется Caffe2Go — она была представлена в ноябре прошлого года и позволила создать фильтры для фото и видео на основе нейронных сетей, работающих прямо на устройстве пользователя в реальном времени.
Google наверняка планирует реализовать и аппаратные блоки TPU для мобильных устройств, но Apple на этом фронте оказалась впереди и первой интегрировала такой ускоритель в свой чип для смартфонов. До сих пор большинство ИИ-расчётов производились в облаке, но исполнение таких алгоритмов прямо на устройстве позволяет сократить задержки, не требует интернет-соединения и обеспечивает более высокий уровень приватности (ведь данные не покидают устройство).
A11 Bionic включает и массу других блоков вроде цифрового сигнального процессора для качественной обработки звука, различных контроллеров ввода-вывода, специализированных алгоритмов корректирующего кода (ECC) и других блоков, повышающих безопасность и надёжность устройства. За 10 лет команда Apple проделала впечатляющую работу в полупроводниковой области, пройдя путь от 65-нм чипов со 100 млн транзисторов до 10-нм с 4,31 млрд.