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在仅仅发布了两款ARM定制处理器之后,苹果就成为了业界公认的移动芯片领域的领军者。而苹果的下一步行动依然震惊了整个业界,并开始展示了一种从芯片到操作系统紧密垂直整合的新战略,而这也是其它硬件制造商所无法企及的优势。而苹果的这一策略,直到后来才被证明是多么的明智和有效。
从前Swift时代到Swift
到2012年年中,苹果已经发布了包括A4、A5和A5X在内的三款芯片。其中A5X采用了苹果定制的宽内存和图形架构,被使用在了当时的“新iPad”上,后者是苹果第三代配备了视网膜屏幕的平板电脑。
当时外界普遍认为,苹果A系列移动处理器的未来,实际上会与德州仪器OMAP 5、英伟达Tegra 4甚至是三星的Exynos 5产生紧密的联系。当时在一场全行业范围内的竞争中,苹果却推出了自己定制基于ARM新一代Cortex A15核心处理器的新一代移动芯片。
ARM的参考设计是将多个快、慢核心搭配使用,以此来平衡速度和功率效率。而当时高通也刚刚发布了自己的多核心骁龙Krait架构,也采用了类似的技术和原理。
所以在2012年的秋天,苹果发布了A6处理器,这一次CPU和GPU的性能比前一年又翻了一番。Anandtech的Anand Lal Shimpi表示:“A6处理器看起来像苹果综合了两个ARM A15核心,来对比三的32nm LP HK+MG进程。这是巨大的改变,因为这在某种程度上预示着苹果通过Cortex A15核心的中和使用,击败了TI和三星这两个主要的竞争对手,成为了市面上性能表现最出色的移动处理器。”
实际上,A6处理器要更有意义。苹果并没有为ARM授权的新核心采用加速版本,而是为自己的双核A6处理器床在了全新的Swift CPU设计架构,Swift比之前任何ARM的授权速度都要更快。
苹果的目的是制造芯片
此外,苹果新研发的Swift核心甚至都没有使用ARM当时最新的核心算法。苹果使用更少的多核心设计概念,规定了非对称核心的使用规则。相反,A6使用了两个相对较高频率的大核心,主导了A6处理器的设计。
作为世界上最具商业价值的移动应用平台,苹果对如何提高移动设备的运行速度以及与代码系统结合方面有着独特的见解。ARM的芯片架构师之前并没有考虑到加入对应用商店的支持,而ARM和高通都没有开发操作系统的经验。
ARM的高性能核心设计从最开始就考虑到了服务器问题。就在几年前,还没有人预料到移动设备的复杂程度和工艺会以如此之快速的势头上升,因为大量新设备都不愁销量,而这些新产品可以维持芯片材料和技术的发展速度。
在2010年苹果刚刚打造了一种全新的、并且得到市场认可的平板电脑类型产品。在发布专为高性能iPad 3设计的A5X处理器之前,苹果曾在iPad和iPhone上使用同一款芯片的策略达两年之久。与此同时,其他公司的芯片设计师一直在寻求向新的嵌入式市场扩张,而不是希望在一个根本不存在的平板电脑市场上直接将芯片的性能提高一倍。
因此,尽管苹果在2012年看起来只是在追赶其它移动芯片制造商的脚步,但事实是,苹果的首个完全自主定制的核心设计,随着苹果iOS战略开始从希望和规划阶段向成功的方向发展,甚至还没有一点退步。
苹果非传统A6核心
ARM的big.LITTLE出现,是为了在移动设备中使用多个高性能并行内核:它允许系统在必要时开启核心,而在不需要的时候时切换使用低功耗内核。这就需要在不同的核心之间保持复杂的缓存一致性酸饭,才能有效进行工作。而这两组核心本质上就像两款不同的处理器,系统可以在它们之间任意切换,避免出现芯片组的大量重复资源浪费。
在2012年,多核架构依然没有针对移动设备上的典型用例进行优化。智能手机大部分时间处于闲置状态,但当用户想要做某件事时,需要第一时间激活核心并专注于手头的任务,然后再迅速停止工作,以节省电量。
而这与苹果的理念完全不同。在苹果的设备上,电池寿命不是问题,多核可以同时持续处理大量独立任务,而这正是大核心的主要任务。在移动设备上运行一个类似服务器的任务虽然看起来很棒,而这正是多核跑分测试的原理。但在现实世界中,用户很少尝试运行能够同时有效使用多个内核的持续工作负载。
这就是怎么回事苹果酸则专注于使用更多的芯片组来使用两个更大的高频率核心,它们可以迅速提高主频,在短时间内迅速完成单个核心的任务,然后迅速退缩到空闲状态。而更少、更大的内核则为移动设备的典型用例提供了更多的芯片空间,快速完成某个单个任务,主要用来动响应式用户界面。
将四个或更多的“性能核心”放在同一个区域,Cortex A15的设计可有效的缩小了其最大核心的尺寸,为更多也许会出现的情况留出了空间,即四个较小的核心可以同时工作。苹果A6的表现非常不同寻常,以你它有两个更大的CPU核心。
苹果独特的芯片策略
苹果比其他任何芯片设计团队都更了解iPhone的运行原理和内部机制,因此苹果的芯片设计可拿来定制交付操作系统和移动应用程序所需要的情况,在高效运行的同时给人的感觉快一些。而特别值得一提的是,苹果更关心的是“冲刺”的性能,即提供响应式的用户界面反馈,而竞争对手的主要目标却是在PC模式中那样提供可作为基础的、持续的CPU性能。
而谷歌没有为Android系统建立优化机制,它正在构建的是亿最通用、多功能的平台为主,而希望每个用户都能使用Android系统,因为它基本上可以运行在任何的CPU和GPU架构上。谷歌甚至没有使用硬件加速加密技术,而是使用了免费的媒体编解码器,而不是像苹果那样使用需要许可才能运行最先进的硬件优化编解码器。
当时三星是唯一一家与苹果团队一样同时制造手机和芯片的厂商,这家韩国电子巨头也在制造更多通用的硬件和软件,并且可以运行在高通骁龙和自家的Exynos猎户座芯片,以及其他任何可能足够便宜和可用的芯片上。即使在自己的Exynos芯片上,三星也基本上只是遵循了ARM为CPU核心和图形设计的通用设计规范。而三星还向其他公司销售Exynos芯片,这就从另一方面代表着它的设计需要从总体上考虑更广泛的硬件和市场,同时价格也是一个关键的因素。三星的首款定制芯片组核心直到2015年才问世,而苹果在这一点上早已遥遥领先。
苹果一直只需要为一种芯片架构针对iOS系统从内核到用户界面进行优化。此外,苹果操作系统和应用程序开发人员的需求可以直接提供给设计下一代芯片的团队。由于苹果自己是A系列芯片的唯一“客户”,它可以为那些成本不是最主要的因素的专有高端设备专门设计。苹果不仅通过生产自己的芯片而受益于芯片的规模经济,它还从根本上加强了精英管理的反馈回路,从而改善了产品的表现。
对苹果来说,不同的硬件和软件团队进行了整合写作,形成了一种经过彻底优化的高品质的产品生态系统。而Android手机制造商、Android操作系统开发和各种芯片制造商之间缺乏集成和写作,导致了在许多层面上缺乏优化的基础产品。与此同时,苹果的竞争对手被迫生产更大内存、芯片频率更高的产品,才能显出自己的竞争力。
由于iOS系统可以在较低的主频速度和更少的内存需求下以非常好的状态运行,因此它也可以提供更好的电池续航表现。事实上,苹果的芯片被如此迅速的升级和优化,其带来的舒适性能领先优势使苹果能够承担更多的专门研发任务。苹果的芯片设计团队同时开发了自己的存储控制器,建立了自定义音频逻辑,设计了自己的图像信号处理器技术,最终甚至开发了自己的GPU架构。
苹果添加到旗下A系列芯片上的所有技术,也从巨大的规模经济中受益,因为苹果能够保证在产品上市第一年的销量就超过1亿部。苹果以性能为导向芯片产品的做法,包括TI、英伟达和英特尔等竞争对手是无法做到的。在苹果开发A系列芯片头三年里,情况开始慢慢的变清楚,这一点也不会发生改变。
与此同时,苹果移动设备巨大的销量,开始对移动市场产生更大的影响,并且销量的增加会提供更多的支持,继续推动芯片的发展。