رویکرد اپل در طراحی چیپست A14 Bionic چه بوده است؟
وقتی اپل طی ماه گذشته میلادی از آیپد ایر جدید رونمایی کرد، جالب‌ترین چیز راجع به این دیوایس نه طراحی الهام گرفته‌اش از آیپد پرو بود و نه تنوع رنگ‌بندی‌هایش. جالب‌ترین چیز، چیپست A14 Bionic بود که زیر شنل دستگاه تعبیه شده است.
در کمال ناباوری، آیپد ایر ۲۰۲۰ نخستین دستگاه اپل است که همراه با چیپست A14 Bionic از راه می‌رسد. البته که این قطعه سیلیکونی تنها به صورت خاص برای تبلت‌های اپل ساخته نشده و به احتمال قریب به یقین، راهش را به نسل بعدی آیفون‌ها که امشب معرفی خواهند شد نیز باز خواهد کرد. تیم میلت، نایب رییس معماری پلتفرم در اپل و تام باگر، مدیر ارشد مارکتینگ آیپد و مک اخیرا توضیحاتی راجع به رویکرد این کمپانی در طراحی چیپست A14 ارائه کردند و از معنای آن برای آیپد ایر و محصولات آتی می‌گویند.
ساخت یک هیولا
در بالاترین سطح، A14 شباهت زیادی به دیگر چیپست‌های Bionic اپل دارد. این سیستم بر چیپ شامل یک پردازنده شش هسته‌ای (با دو هسته با پرفورمنس بالا و چهار هسته دیگر برای وظایفی که اولویت کمتر دارند) می‌شود، درست مانند A12 و A13 که پیشتر از راه رسیده بودند. تعداد هسته‌های پردازشگر گرافیکی هم دست‌نخورده باقی مانده و کماکان ۴ عدد است. اما فریب این شباهت‌ها را نخورید: زیرا A14 با فرآیند ۵ نانومتری تولید می‌شود و بنابراین حرفهای بسیار بیشتری نسبت به تمام چیپست‌های قبل از خود (چه ساخت اپل، چه کوالکام و چه هر شرکت دیگری) برای گفتن خواهد داشت. حرکت به سمت چیپست‌های متراکم‌تر جزو ترندهای اصلی صنعت موبایل طی سال‌های اخیر بوده و شواهدی از کم شدن سرعت این روند نیز به چشم نمی‌خورد.
چیپست A14 احتمالا نخستین چیپ ۵ نانومتری جهان باشد که در دسترس عموم مردم قرار می‌گیرد، اما رقبا نیز چندان از قافله عقب نیستند. نخستین چیپست موبایل ۵ نانومتری کوالکام، یعنی اسنپدراگون ۸۷۵، احتمالا خیلی زود و در جریان مراسم مجازی Snapdragon Summit ماه دسامبر از راه برسد. بعد هم نوبت به سامسونگ می‌رسد که (علاوه‌بر تولید اسنپدراگون ۸۷۵ برای کوالکام) مشغول توسعه چیپست اگزینوس ۱۰۸۰ با فرایند ۵ نانومتری بوده است.
مزیت اصلی این چیپ‌ها به فرآیند تولیدشان باز می‌گردد که اجازه می‌دهد ترانزیستورها به شکلی متراکم‌تر در کنار یکدیگر جای بگیرند. به این ترتیب، سوییچ‌هایی بسیار کوچک می‌توانند جریان الکترون‌ها را کنترل کنند. این سوییچ‌ها، فونداسیون دروازه‌های منطقی در چیپ هستند که مدارهای یکپارچه را شکل می‌دهند و مدارهای یکپارچه هم پردازنده‌ها را.
حرکت به سمت فرآیند ۵ نانومتری به این معنا است که اپل توانسته ترانزیستورهای بیشتری را روی سیستم بر چیپ خود جای دهد. در واقع اگر بخواهیم دقیق‌تر باشیم، ۱۱.۸ میلیارد ترانزیستور. این را مقایسه کنید با ۸.۵ میلیارد ترانزیستوری که روی چیپست A13 Bionic سال گذشته تعبیه شده بود. همانطور که می‌توان انتظار داشت، افزایش شمار ترانزیستورها باعث می‌شود اپل به قدرت پردازشی بیشتر دسترسی داشته باشد و هسته‌های پردازنده و هسته‌های پردازشگر گرافیکی سریع‌تر و به مراتب بهینه‌تر بسازد.
سوییچ به سمت طراحی ۵ نانومتری در A14 ضمنا 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 زمینه‌ها باشد، کمپانی‌هایی مانند اپل، سامسونگ و هواوی (تنها شرکت‌هایی که چیپ‌های موبایل‌هایشان را خود طراحی می‌کنند) مزیتی بزرگ نسبت به دیگر تولیدکنندگان دارند. در این مورد، از آن‌جایی که اپل به داشتن کنترل کامل بر سیستم‌های بر چیپ خود متمایل است، می‌تواند روی هسته‌های پردازشی و قطعات اضافه نیز سرمایه‌گذاری کند.
بهترین مثال برای این موضوع، موتور عصبی اپل است، قطعه‌ای که برای نخستین بار راهش را به چیپست A11 در آیفون ۱۰ باز کرد تا به شبکه‌های عصبی مورد نیاز برای قابلیت‌هایی مانند تشخیص چهره، تشخیص صدا برای سیری و واقعیت افزوده سرعت ببخشد. اپل جزو نخستین شرکت‌هایی بود که یک شتاب‌دهنده عصبی مخصوص درون چیپ‌هایش قرار داد. هواوی تنها یک هفته قبل از اپل از چیپست کایرین ۹۷۰ با واحد پردازش عصبی رونمایی کرده 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 امسال اپل، به مراتب قدرتمندتر از آنچه در سال ۲۰۱۷ دیدیم است. درحالی که نخستین پردازنده عصبی اپل می‌توانست ۵۰۰ میلیارد عملیات را در هر ثانیه به انجام برساند، این رقم در چیپست A13 سال گذشته به ۶ تریلیارد عملیات رسید. حالا A14 نیز قرار است در هر ثانیه قادر به انجام ۱۱ تریلیارد عملیات باشد.
این بهبود چشمگیر عملکرد، به لطف یک بازطراحی بزرگ بوده است: موتور عصبی A14 حالا ۱۶ هسته دارد، یعنی دو برابر بیشتر از نمونه موجود در A13. دو برابر کردن شمار هسته‌ها تصمیم جالبی بوده، زیرا به نظر می‌رسد که بسیاری از قابلیت‌های iOS که بر موتور عصبی متکی بودند بدون هیچ مشکلی به انجام می‌رسیدند. از آن‌جایی 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 این‌ها همان چیزهایی نیستند که بیشتر به چشم عموم مردم می‌آیند؟
پاسخ به این سوال، دو بخش دارد. نخست اینکه اپل همچنان شاهد پتانسیلی گسترده در سوپرشارژ کردن شبکه‌های عصبی است، نه صرفا برای اینکه تجربه نرم‌افزاری بهبود یابد، بلکه به این خاطر که توسعه‌دهندگان با دسترسی به قطعات درست می‌توانند دست به کارهایی شگرف‌تر 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 می‌توان اپلیکیشن djay Pro AI را یافت که به کمک موتور عصبی، قادر به جدا کردن وکال از صدای سازها در یک موسیقی است.
میلت می‌گوید: «ما متوجه فرصتی برای انجام کارهایی شدیم که با ساختار معمول پردازنده قادر به انجامشان نیستیم. شما در تئوری می‌توانید بدون موتور عصبی در پردازشگر گرافیکی نیز بسیاری از این کارها را انجام دهید، اما نمی‌توان این کارها را در یک محیط تنگ و حساس به حرارت انجام داد».
و به این ترتیب می‌رسیم به بخش دوم پاسخ. اپل باید به نقطه تعادلی میان اسب بخار خالص و بهینگی عملکرد می‌رسیده است. در واقع اگر اسب‌ها خیلی زود خسته شوند، اجبار آن‌ها به سریع‌تر دویدن هیچ مزیتی به همراه نخواهد داشت.
تاثیر عملی
هیچکس تردیدی ندارد که A14 بسیار قدرتمندتر و تحسین‌برانگیزتر از پیشینیان خود ظاهر می‌شود، 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 ۴۰ درصد سریع‌تر از مدل قبلی است و مردم باید منتظر بهبود ۳۰ درصدی عملکرد گرافیکی نیز باشند.
اما مهم است به یاد داشته باشیم که پرفورمنس در دنیای واقعی لزوما سازگار با وعده‌های اپل نخواهد بود. وقتی اپل می‌گوید پردازنده A14 حدودا ۳۰ درصد قدرتمندتر از چیپست A12 آیپد ایر قبلی است، این صحبت را براساس ابزارهای بنچمارکی که من و شما به آن دسترسی داریم مطرح نمی‌کند. این ارقام با بررسی بی‌شمار فاکتور مختلف در پرفورمنس به دست می‌آیند که کار تمام آن‌ها، تعیین تجربه کار با این چیپست است.
میلت می‌گوید: «ما متوجه شده‌ایم که عملکرد تک رشته‌ای، برای بسیاری از اپلیکیشن‌ها اهمیت دارد. بنابراین اطمینان حاصل می‌کنیم که هنگام صحبت راجع به چنین جزییاتی، پرفورمنس تک رشته‌ای را نیز پوشش داده باشیم. ما ضمنا به توسعه‌دهندگان نشان می‌دهیم که چطور می‌توانند از مزیت‌های هسته‌های اضافی بهره‌مند شوند».
بسیاری از خبرنگارانی که قادر به تست محصولات سال ۲۰۲۰ اپل بوده‌اند می‌گویند که A14 می‌تواند مرز میان آیپدهای ایر و آیپدهای پرو را از بین ببرد. در واقع آیپد پرو ۲۰۲۰ 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، برتری همچنان از آن آیپد پرو است. این دستگاهی فوق سریع است و میلت و باگر هم می‌گویند که چیپست A12Z موجود در آن، هسته‌های پردازنده و پردازشگر گرافیکی بیشتری نسبت به A14 دارد. این تفاوت بزرگ در قدرت پردازشی بدان معنا است که آیپد پرو کماکان برای کارهای گرافیکی و «وظایفی که پرفورمنس بالا طلب می‌کنند» مناسب‌تر خواهد بود. اما در عین حال این‌طور نیست که چیپست آیپد ایر نیز در قیاس با آن بسیار ضعیف باشد.
باگر می‌گوید: «از آن‌جایی که A14 از هسته‌های پردازنده نسل جدید ما برخوردار شده، ممکن است در گوشه و کنارها شاهد عملکردهایی باشید که A14 را در جایگاهی برتر نسبت به A12Z قرار می‌دهند».
بنابراین اپل یک تبلت ۶۰۰ دلاری ساخته که گاهی می‌تواند سخت‌افزار سطح حرفهای را نیز کنار بزند. این اتفاقی مهم است. اتفاف مهم‌تر اما تاثیری است که کار اپل در طراحی A14 می‌تواند روی دیوایس‌های آتی این شرکت بگذارد.
به سمت آینده
همانطور که پیشتر اشاره کردیم، چیپست A14 قرار است قوت‌رسان به آیپد ایر و آیفون‌های جدید اپل باشد، اما به احتمال فراوان راهش را به دیگر محصولات این شرکت نیز باز کند. کافی است به خانواده آیپدهای ارزان‌قیمت نگاه کنید: اگرچه این محصولات هیچوقت به چیپست‌های پریمیوم ساخته شده برای آیپد پرو مجهز نشدند، اما دائما به‌روزرسانی و به سیلیکون‌های مورد استفاده در آیفون‌های نسل قبل تجهیز می‌شوند. اگر از طرفداران دیوایس‌های اپل باشید، مهم نیست که برای خرید موبایل‌های جدید برنامه‌ریزی کرده‌اید یا یک تبلت، به احتمال زیاد بالاخره قادر به کار با چیپست A14 خواهید بود.
و حتی اگر چنین برنامه‌ای نداشته باشید هم احتمالا از مزایای کار اپل با A14 بهره‌مند خواهید شد. وقتی کارمندان اپل شروع به کار روی یک چیپست جدید می‌کنند، صرفا روی ساخت یک دیوایس جدید متمرکز نیستند: آن‌ها تمام محصولات شرکت را از نظر می‌گذرانند. اپل هنگام تولید یک محصول باید لیستی بلندبالا از قطعات مهم تدارک ببیند، از پردازنده و پردازشگر گرافیکی گرفته تا ماژول‌های دوربین و نمایشگر. سپس وظیفه تیم میلت این است که همه آن‌ها را به یکدیگر متصل کند و یکی از اصلی‌ترین اولویت‌های آن‌ها نیز، حصول اطمینان از این است که معماری چیپ به گونه‌ای باشد که در محصولات مختلف استفاده شود.
میلت بار دیگر توضیح می‌دهد: «در غایی‌ترین حالت، هنگام ساخت یک پردازنده برای یک نسل، می‌خواهیم مطمئن شویم که آن را لزوما برای تنها همان نسل نمی‌سازیم.» این یعنی اگرچه پردازنده شش هسته‌ای A14 را در چیزی مانند اپل واچ مشاهده نخواهید کرد، ممکن است از معماری توسعه‌یافته برای چیپست پرچمدار این شرکت در محصولات دیگر نیز استفاده شود.
در مجموع هنوز نمی‌دانیم که چیپست A14 چه ویژگی‌هایی دارد و اپل چه برنامه‌هایی برای آینده نزدیک تدارک دیده. معماری A14 چطور گسترش یافته و راهش را به سخت‌افزارهای مختلف باز می‌کند؟ اپل از طراحی چیپست‌های موبایل مانند A14 چه آموخته و آیا به ابزارهای لازم برای رقابت با اینتل و AMD دست پیدا کرده؟ سخنگویان اپل در این زمینه‌ها توضیحی نمی‌دهند. اما یک چیز واضح است: چه آیپد ایر جدید و آیفون ۱۲ را بخرید و چه نه، تاثیر کار اپل روی این چیپست در سال‌های پیش رو احساس خواهد شد.
منبع: Engadget
