關(guān)鍵詞： 平頭哥 , A12X , 仿生芯片

來源：arstechnica.com
報(bào)道：文強(qiáng)、三石

【新智元導(dǎo)讀】馬云為何成立“平頭哥半導(dǎo)體”？蘋果2018 iPad Pro便是自研芯片好處的最佳例證。實(shí)測(cè)之下，A12X仿生芯片各項(xiàng)性能爆表，蘋果芯片團(tuán)隊(duì)更是豪言“在給定的外形尺寸和封裝設(shè)計(jì)下，沒人能比我們做得更好”。A12X架構(gòu)究竟如何，為什么蘋果會(huì)這么做，又是如何做到的呢？

還記得名震一時(shí)的“平頭哥”嗎？

沒錯(cuò)，說的就是馬云在此前賜名成立的阿里半導(dǎo)體公司。

許是名字的殺傷力太大，反而沖淡了公眾對(duì)自研芯片配合自家應(yīng)用強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)的認(rèn)知。不過，蘋果最新發(fā)布的2018 iPad Pro及其搭載的A12X仿生芯片，無論是CPU、GPU，還是機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)引擎，各項(xiàng)爆表的性能指標(biāo)，以及只有在A12X 仿生芯片支撐下才得以實(shí)現(xiàn)的眾多高端AI應(yīng)用，不難讓人看到了加上了“平頭哥”的阿里動(dòng)物軍團(tuán)升級(jí)打怪的未來。

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平頭哥（蜜獾）號(hào)稱“世界上最無所畏懼的動(dòng)物”

平頭哥半導(dǎo)體技術(shù)負(fù)責(zé)人驕旸在接受新智元采訪時(shí)曾表示，只有自己內(nèi)部的人才真正懂得內(nèi)部業(yè)務(wù)的需求，從而設(shè)計(jì)并提供針對(duì)每項(xiàng)不同業(yè)務(wù)都能達(dá)到性能功耗比最優(yōu)的硬件。

蘋果的芯片團(tuán)隊(duì)還不止如此，一切的規(guī)劃都從芯片開始，他們會(huì)不斷地追問其他團(tuán)隊(duì)：你們到底想要什么，要實(shí)現(xiàn)什么功能，瓶頸在哪里，我們?nèi)绾沃圃炫c你們系統(tǒng)完美契合的芯片？

多年來，蘋果對(duì)其從底層硬件到頂層應(yīng)用都采取“in-house”的做法諱莫如深。這一次，蘋果硬件技術(shù)部門的 Anand Shimpi 和市場(chǎng)營銷高級(jí)副總裁 Phil Schiller 坐下來，與 ArsTechnica 的記者分享了蘋果A12X仿生芯片的細(xì)節(jié)，以及蘋果內(nèi)部芯片團(tuán)隊(duì)的運(yùn)作機(jī)制。

“芯片團(tuán)隊(duì)是其他團(tuán)隊(duì)的偵探。”Anand Shimpi說。

規(guī)劃從芯片開始，“在給定的外形尺寸、封裝設(shè)計(jì)下，沒有人能做出更好、更高性能的芯片?！?br />
A12X仿生芯片全面拆解，爆表式性能碾壓

在介紹蘋果芯片團(tuán)隊(duì)之前，還是讓我們首先來看看他們的最新成果。

全新發(fā)布的 2018 iPad Pro 有許多亮點(diǎn)，但最亮眼的莫過于A12X仿生芯片。蘋果在產(chǎn)品發(fā)布會(huì)上展示了A12X芯片的強(qiáng)大：圖像處理性能是A10X的兩倍，速度比8年前發(fā)布的iPad快1000倍，甚至用筆記本電腦這種便攜式PC相比，92%的市售產(chǎn)品都會(huì)敗下陣來。

蘋果最新一代的iOS設(shè)備并非完美，但哪怕是最刁鉆的“果黑”，也不得不承認(rèn)這家公司在移動(dòng)CPU和GPU方面的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)——不是一點(diǎn)點(diǎn)，而是甩開一條街。

所有這些，都?xì)w功于蘋果內(nèi)部自研的定制芯片。實(shí)際上，包括FaceID、AR應(yīng)用在內(nèi)的各種2018 iPad Pro高端 AI應(yīng)用，離開了A12X芯片完全沒有實(shí)現(xiàn)可能。

但并不是每個(gè)人，甚至是iPad Pro針對(duì)的“專業(yè)”消費(fèi)者，都意識(shí)到了這個(gè)差距。A12X仿生芯片的架構(gòu)究竟是怎樣的？為什么蘋果會(huì)這樣做，而它又是如何做到的呢？

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A12X與最貴系列蘋果手機(jī)所搭載的A12芯片是密切相關(guān)的。后者采用的是第一款可在消費(fèi)類設(shè)備中使用的7nm工藝制造芯片，而A12X是首次應(yīng)用于平板電腦。

雖然蘋果公司肯定不會(huì)透漏有關(guān)A12X非常細(xì)節(jié)的信息，但是根據(jù)Anandtech最近對(duì)A12的分析，我們也能知道A12X的大致“輪廓”：

CPU：中央處理器；
GPU：用于處理圖形，從主屏幕的顯示到3D游戲中的效果，再到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序的資源；
神經(jīng)引擎：處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)的任務(wù)；
IMC（集成內(nèi)存控制器）：有效地管理進(jìn)出內(nèi)存的數(shù)據(jù)；
ISP（圖像信號(hào)處理器）：分析拍攝照片時(shí)所創(chuàng)建的圖像，并對(duì)其進(jìn)行處理和改進(jìn)等；
Secure Enclave處理器：處理敏感數(shù)據(jù)(如生物識(shí)別標(biāo)識(shí)符)，使陌生人無法訪問。

當(dāng)然還有諸如顯示引擎、存儲(chǔ)控制器、HEVC解碼器和編碼器等其它組件。

眾所周知，上述列表中最為核心的組件就是神經(jīng)引擎、CPU和GPU。接下來，我們就對(duì)這三個(gè)組件進(jìn)行詳細(xì)解讀。

神經(jīng)引擎和機(jī)器學(xué)習(xí)

神經(jīng)引擎的設(shè)計(jì)目的是加快與機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)的任務(wù)能夠在本地設(shè)備上執(zhí)行，這種方式比在CPU或GPU上執(zhí)行效率更高、性能更高。

事實(shí)上，新款iPad Pro的神經(jīng)引擎與前一款完全不同，因?yàn)榍耙豢罡緵]有芯片。再來看一看蘋果手機(jī)，2017年的A11可以每秒處理6000億次操作；2018年的A12 iPhone手機(jī)能夠達(dá)到5萬億次。

那么問題來了，蘋果為什么如此注重神經(jīng)引擎的構(gòu)建呢？

首先，你需要了解神經(jīng)引擎所應(yīng)用的場(chǎng)景和功能。這些場(chǎng)景和功能包括但不限于：通過iPad Pro中的人臉I(yè)D和TrueDepth傳感器陣列來識(shí)別你的面部、掃描圖像并在照片應(yīng)用程序中提供搜索功能、處理語音，以及大量與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相關(guān)的任務(wù)。

A12X的神經(jīng)引擎有8個(gè)核心，但蘋果對(duì)其架構(gòu)的細(xì)節(jié)守口如瓶。根據(jù)Shimpi和Schiller的描述，它不是從蘋果GPU中改編而來的。這種芯片為iPad Pro內(nèi)置的許多功能提供了動(dòng)力，但第三方應(yīng)用程序開發(fā)人員也可以通過一種名為CoreML的軟件開發(fā)API以各種方式利用它。

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在10月30日發(fā)布新款iPad Pro時(shí)，蘋果在臺(tái)上討論了A12X和神經(jīng)引擎

值得注意的是，這里的重點(diǎn)是在本地設(shè)備上執(zhí)行機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，如果某些機(jī)器學(xué)習(xí)模型能夠從數(shù)百萬臺(tái)正在使用的設(shè)備中提取用戶數(shù)據(jù)，并在龐大的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，那么它們將是最強(qiáng)大的。

但蘋果不是這樣做的。它的機(jī)器學(xué)習(xí)API允許開發(fā)者在用戶許可的情況下在云中使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型，但這種云基礎(chǔ)設(shè)施并不是蘋果直接提供的。另一種方法是，蘋果向應(yīng)用程序開發(fā)人員提供Create ML這種工具，可以讓他們?cè)谧约旱拈_發(fā)機(jī)器上運(yùn)行模型。

蘋果表示，它并不專注于將用戶數(shù)據(jù)放到云中并在云中運(yùn)行模型，其原因有二：首先，與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，蘋果把自己打造成一個(gè)重視隱私的公司；其次，在本地設(shè)備上運(yùn)行時(shí)，許多其他用例的效率會(huì)更高。

正如Shimpi所說：“低延遲非常重要，隱私也非常重要！”

CPU

iPad Pro的CPU有8個(gè)核，其中4個(gè)核關(guān)注性能，4個(gè)核關(guān)注效率。與早期的一些蘋果芯片不同的是，所有的核可以同時(shí)激活。
對(duì)此，蘋果對(duì)外是這么聲稱的：“當(dāng)你運(yùn)行高線程工作負(fù)載時(shí)，A12X比A10性能會(huì)改進(jìn)90%；對(duì)于單核性能，A12X比A10快35%?！?br />
Ars便對(duì)iPad Pro進(jìn)行了測(cè)評(píng)，驗(yàn)證上述“聲稱”是否準(zhǔn)確的時(shí)刻到了！

首先，我們亮相一下測(cè)評(píng)中各個(gè)設(shè)備情況，如下圖所示：

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測(cè)評(píng)所涉及的平板及規(guī)格

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測(cè)評(píng)所涉及的手機(jī)及規(guī)格

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測(cè)評(píng)所涉及的臺(tái)式機(jī)和筆記本及它們的規(guī)格

接下里便是測(cè)評(píng)結(jié)果！

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單核/多核，2018iPad Pro與以往iPad及三星Tab S4比較

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單核/多核，2018iPad Pro與MacBook Pro及三星Dell XPS比較

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單核/多核，2018iPad Pro與iPhone及谷歌Pixel比較

從測(cè)評(píng)結(jié)果來看，單核性能方面并沒有達(dá)到35%的提高（但比較接近）。多核的性能也得到了驗(yàn)證。

iPad Pro的性能超過了我們測(cè)試的所有MacBook Pro，除了最近才推出的15英寸MacBook Pro和第8代英特爾酷睿i9處理器。一般來說，這些筆記本電腦的價(jià)格是iPad Pro的三倍。

iPad Pro的性能應(yīng)當(dāng)說是“前所未有”的。除了能夠同時(shí)使用所有內(nèi)核之外，我們有理由相信A12中的緩存大小(因此很可能是A12X)是驅(qū)動(dòng)這種性能的一個(gè)重要因素。

也可以說，A12X的性能總體上之所以如此強(qiáng)大，部分原因是蘋果的架構(gòu)是優(yōu)化異構(gòu)計(jì)算中的一個(gè)主控類，即巧妙地使用架構(gòu)良好的專用處理器類型來匹配專用任務(wù)。

雖然A12X與ARM的big.LITTLE架構(gòu)脫不了關(guān)系，但蘋果在此做了大量工作，獲得了其他人無法達(dá)到的結(jié)果。

GPU

A12X中的GPU有7個(gè)核心，比A10X多了一個(gè)核心，可能是由于采用了7nm工藝。但一如既往，核的數(shù)量并不代表一切。

蘋果在GPU方面是這么聲稱的：“這是我們自己定制設(shè)計(jì)的GPU的第一個(gè)7核實(shí)現(xiàn)。每一個(gè)核都比我們?cè)贏10X中的速度更快，效率更高。你可以獲得2倍的圖形性能提升。這種形式是前所未聞的，堪比Xbox One S的GPU！再強(qiáng)調(diào)一次，它的設(shè)計(jì)完全沒有風(fēng)扇！”

話不多說，上結(jié)果！

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Offscreen和Compute方面，iPad Pro與以往版本性能對(duì)比

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Offscreen和Compute方面，iPad Pro與MacBook Pro性能對(duì)比

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Offscreen和Compute方面，iPad Pro與iPhone性能對(duì)比

一般來說，這種GPU在移動(dòng)領(lǐng)域有巨大的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

它并沒有不像CPU那樣對(duì)筆記本也造成一定影響。不過，它相對(duì)于其他移動(dòng)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)是顯著的，在以往的iPad Pro和iPhone性能對(duì)比中，堪稱無人能及。對(duì)此，Shimpi說，“內(nèi)存帶寬是其中的一部分”。

Shimpi指出：“這不僅會(huì)影響游戲中的3D圖形，還會(huì)影響iOS本身的許多UI效果。不僅僅是關(guān)于峰值內(nèi)存帶寬，而是有效地提供比特。 擁有這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍非常重要，因?yàn)橛袝r(shí)為了提高效率和電池壽命，你需要在性能較低的情況下工作?！?br />
蘋果多次將新款iPad Pro的GPU性能描述得為與Xbox One S相當(dāng)。

圖形性能方面，手機(jī)和平板電腦通常不會(huì)接近游戲機(jī)或游戲PC的性能。 A12X和Xbox One S至少有一個(gè)共同之處，那就是它們不適用于游戲PC，但這并不意味著它們?cè)诩軜?gòu)上與其他方式相似。

A12X在GPU和CPU之間共享內(nèi)存，非常類似于筆記本電腦中的Xbox One或Intel集成的GPU，但與游戲PC中的獨(dú)立內(nèi)存不同。

蘋果芯片團(tuán)隊(duì)：在給定的外形尺寸、封裝設(shè)計(jì)下，沒人能做出更好的芯片

看到這里，A12X芯片的強(qiáng)大已無需贅言。我們更為關(guān)心的，還是這款強(qiáng)大芯片背后的團(tuán)隊(duì)。

蘋果硬件技術(shù)部門的Anand Shimpi 在接受 ArsTechnica 采訪時(shí)表示，“從根本上說，我們制造芯片的原因，是服務(wù)于產(chǎn)品的無限可能（vision and its ambition）。無論設(shè)定的目標(biāo)是什么，但凡需要定制芯片，我們就一定會(huì)把這樣一款芯片做出來?！?br />
“在給定的外形尺寸、封裝設(shè)計(jì)下，沒有人能做出更好、更高性能的芯片?！?br />
說實(shí)話，用于iPhone的蘋果A11仿生芯片和用于平板的A10X芯片已經(jīng)夠好了，為什么還要提高性能呢？對(duì)此，Shimpi 給出了一段激情澎湃的回答：

人們常說，你看看這家公司或那家公司。但我們不；我們真正關(guān)注的只有自己。對(duì)手想做什么就讓他們做去，我們只是盡全力做出我們自己所知道的最好的東西。這樣，我們?cè)谧龅臅r(shí)候，就不用擔(dān)心跟對(duì)手相比做得怎么樣。比對(duì)手做得好還不夠，我們要不斷超越自己。

我們能做什么？我們還能做什么？當(dāng)你知道你能做出神經(jīng)引擎時(shí)，你就會(huì)想要做出更好的神經(jīng)引擎！這只會(huì)加速，不斷加快組織內(nèi)部的速度。

你的團(tuán)隊(duì)做出了一款超棒的蘋果自己設(shè)計(jì)的A系列芯片，好，明年你就想要一款更好的，對(duì)吧？那就是我們的激情所在。整個(gè)蘋果公司都一樣，不斷超越自己，不用去管別人。

我們不關(guān)心別人在做什么，那些事情我們也不關(guān)心。我們也不在乎比別人落后。落后就落后，落后10倍也無所謂。因?yàn)槲覀兊男酒欠?wù)用戶的，不是用來競(jìng)爭(zhēng)的。

當(dāng)然，蘋果提升芯片性能的原因肯定不止如此，很明顯，最新版iOS側(cè)重增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）功能。如果蘋果能在確保其他方面不落后的前提下，最先建立起世界上最強(qiáng)大的消費(fèi)者AR平臺(tái)，那么未來它的強(qiáng)勢(shì)地位就多了一重保障。

至于Mac，為了將蘋果在機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能方面的技術(shù)用于Mac，也離不開定制芯片?？从⑻貭柡虯MD的芯片路線圖，似乎與蘋果的長(zhǎng)期目標(biāo)有一些明顯不同。部分原因可能是，蘋果的最終目標(biāo)是為 Mac Platform 制作定制的筆記本或臺(tái)式機(jī)，以此對(duì)抗英特爾的最強(qiáng)芯片。

但蘋果是如何做到這一點(diǎn)的呢？

就像你想的那樣，開發(fā)芯片的過程在發(fā)布產(chǎn)品前很多年就開始了，首先是團(tuán)隊(duì)會(huì)議，并討論如何解決特定設(shè)備上的特定用戶問題。雖然沒有提供很多深入的技術(shù)細(xì)節(jié)，但 Schiller 將其定制芯片的成功歸功于團(tuán)隊(duì)在蘋果內(nèi)部的合作。

芯片團(tuán)隊(duì)是其他團(tuán)隊(duì)的偵探，他們會(huì)說，“好，我們來規(guī)劃吧，我們需要更多信息。你們究竟想要什么，想要如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能？瓶頸在哪里，我們從哪里開始創(chuàng)建最終與你們系統(tǒng)完美契合的芯片？”

這樣的會(huì)議一周會(huì)開好幾次，也不是什么年度大型會(huì)議，就是確保進(jìn)度一致。芯片團(tuán)隊(duì)和其他團(tuán)隊(duì)真的每周都聚在一起，討論的問題也越來越多。要討論的東西是沒有止盡的。

多年來，蘋果公司對(duì)其如何以及為何能做到這一切的回應(yīng)都?xì)w結(jié)為同樣的觀點(diǎn)。當(dāng)你在公司內(nèi)部做所有事情，從頭到尾整合所有的東西，無論是技術(shù)還是組織，這樣做必然有其優(yōu)勢(shì)。

這也可以用來解釋谷歌自研TPU，以及阿里成立平頭哥半導(dǎo)體。

蘋果的CPU在移動(dòng)方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位，但并不完美。蘋果專注于性能，但安卓系統(tǒng)基本上是由高通壟斷。但高通的優(yōu)勢(shì)在于連接性（高通的調(diào)制解調(diào)器行業(yè)領(lǐng)先，但CPU不是）。

有趣的是，蘋果一直避諱不談的，是Mac的麥克風(fēng)仍然使用英特爾的芯片。這或許也是阿里投資寒武紀(jì)、深鑒和耐能的原因。
雞蛋還是不能放在一個(gè)籃子里。

參考鏈接：
https://arstechnica.com/gadgets/2018/11/apple-walks-ars-through-the-ipad-pros-a12x-system-on-a-chip/