蘋果高管斯洛基介紹A11仿生晶片背後的秘密!

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　　9月13日淩晨，蘋果在秋季發布會上正式推出了全新一代iPhone智能手機：iPhone 8、iPhone 8 Plus和iPhone X(發音為iPhone 10)。這三款新裝置的都搭載了全新的移動晶片，蘋果稱之為A11仿生(不是“Fusion”)，並表示這是iPhone上有史以來最強大、最智能的晶片。

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　　通過發布會介紹的A11仿生晶片細節，不難發現蘋果自主定製晶片野心非常大，可謂雄心勃勃。並且隨著時間的推移，針對半導體晶片的定製設計越來越多，A11達到了前所未有的高度。蘋果在發布會中的投影片多次出現並多次強調，A11仿生晶片內部的CPU、GPU、效能控制器、神經網路單元、ISP等這些都是蘋果自己設計(Apple-designed)的。

　　蘋果公司全球市場營銷進階副總裁菲爾·席勒(Phil Schiller)和蘋果硬體技術進階副總裁斯強尼·斯洛基(Johny Srouji)在發布會結束之後，接受了美國知名科技部落格Mashable的主編蘭斯·烏蘭諾夫(Lance Ulanoff)的採訪，特別討論蘋果A11仿生晶片。採訪全文如下：

　　蘋果的iPhone X是一款還挺驚豔的手機吧，可是如果沒有A11仿生晶片，或許它也是“泯然眾機”，而如果A11背後沒有一支瘋狂、專註的晶片Team Dev，或許它也只是一塊不足掛齒的晶片。

　　菲爾·席勒表示：“現在我們走在一條非常明確的發展道路上。每一代產品的核心元素之一都必將是其內建的晶片，於我們而言，這些晶片是產品本質的重要組成部分。”

　　A11仿生晶片是蘋果的第五代CPU產品，11月上市的iPhone X和已經開啟預定的iPhone 8、iPhone 8 Plus都使用這款晶片。我有幾個關於這款晶片的問題，不過大部分都是關於這塊新晶片都有哪些功能。席勒和斯洛基與我就A11展開了深入的討論。

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　　A11仿生晶片系統再次證明了，在整個裝置創造開發過程中蘋果所擁有的強大的控制力。這種控制力不僅體現在iPhone那光鮮亮麗的玻璃機身或者iOS上。蘋果在更深的層面上思考、工作，在晶片的開發上是自己全包全攬還是與夥伴合作，蘋果完全有自己的話語權。

　　斯洛基說：“我們10年前就開始做這樣的事情，設計我們自己的晶片，這是為蘋果硬體和軟體特別最佳化，實現真正定製的最好辦法。”

　　於蘋果，晶片開發是iPhone開發過程中不可或缺的一部分。“這不是你隨隨便便，想做就做的事情。”

　　雖然我們不知道蘋果為了開發這些晶片付出怎樣的努力，可我們知道這些自主開發的晶片讓蘋果倍感自豪。

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　　在發布會當天，席勒介紹了一系列新iPhone特性，比如蘋果自助設計的圖形處理器、經過更新的影像處理技術，以及被低估了的神經網路引擎。對於這些新的東西和特性，席勒只是用一張晶片映像投影片來展示，並以綠色來突出晶片中的各個部分。看著投影片我就發現它們是同一張A11仿生晶片系統圖片，所以當時我就在想，全球觀看發布會的人中到底有多人真的明白了，席勒正在示範的東西其實就好像是在展示一個巨大的處理器房子裡的不同房間。

　　一塊晶片能有那麼多功能嗎?開發大量組件、設計手機以及它的新組件(新的網路攝影機、原深感攝像系統、作業系統)，同時設計和開發出一款既可支援上述組件同時又能滿足不通開發和設計團隊要求的晶片，有誰能兼顧這麼多?

　　斯洛基說蘋果會提前3年開始一款晶片的開發，也就是說3年前發布搭載A8晶片的iPhone 6時，蘋果就已經在開發A11仿生晶片了。可是三年前移動行業關於AI和機器學習的話題還不多，不過斯洛基說，“內建神經引擎是我們在3年打的一個賭。”

　　其實如果不是蘋果的晶片開發方式，想要這樣打賭基本上不可能的。首先要說明，蘋果並不製造CPU。他們還是需要與其他生產製造晶片的廠商合作，至於是哪些廠商蘋果不會具名。這些廠商和蘋果緊密合作，百分之百地遵照蘋果的規定。為了確保雙方資訊互連有無，斯洛基還安排一個小技術組直接與製造商合作，負責生產進度、晶體管選擇等細節事宜。

　　在蘋果內部，各個小組之間也很重視資訊的互連有無。席勒和斯洛基都表示，公司裡各個獨立的小組會以某種形式來展開合作。所以他們的3年線路圖也會有合理的調整。

　　比如席勒的市場營銷小組和顯示屏小組都向斯洛基提出了要求，基本上就是告訴他，他們覺得在三年時間裡他們會需要什麼東西。

　　“這個過程很靈活，是可以改變的，”從蘋果開發第一代iPhone以來就在蘋果任職的斯洛基這麼說。如果有一個小組他們提出的要求並不在原始計劃範圍之內，“那麼我們就需要變無為有，我們不會說，‘別，還是讓我們按照路線圖來，5年之後我再給你想要的東西。”

　　席勒和斯洛基當然不會說明這些小組都提了什麼要求，不過席勒坦言：“過去幾年確實發生了一些重要的事情，我們會要求斯洛基的團隊按照另外一個不同的時間表、按照一個和早幾年已確定的計劃不同的計划去做事情，而他們也竭盡全力滿足我們的要求，能看到這樣的合作真的很棒。”

　　蘋果也不是每次都從零開始設計晶片。“在每一代晶片上，我們都會以上一代架構作為參照來決定是要升級這個架構還是從零開始重新設計(這取決於構建模組)。”雖然這一代晶片有了一個新的名字，“A11仿生晶片”突出它的AI技術特性，可席勒和斯洛基均承認，蘋果是在A10 Fusion處理器的效能提升和技術基礎上進一步完善得到A11的。

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　　席勒說A11仿生晶片是設計、架構和技術變化混合的產物，這些東西中有些是全新的，而有些是更新到現有處理器設計上的。

　　A10 Fusion CPU中的高效能核心和能效核心在A11中獲得迭代更新，增加了兩個新的核心，以及不對稱式多處理功能，也就是說這個晶片可以一次運行1個、2個、3個、4個、5個或6個核心。蘋果表示A11這款10納米晶片比A10節能70%(效能還有25%提升)都是因為對核心的管理。不過蘋果沒有介紹系統是如何決定要使用哪個核心(高效能或高效能)、使用幾個核心。

　　斯洛基說，遊戲會需要更多核心，可是向文字預測系統這種簡單點的任務可能也需要高效能的CPU。

　　映像訊號處理器也在色彩和低光表現方面獲得更新。它支援新的人像光效模式，它可以在使用人像模式時產生各種影棚級的打光效果，為你拍出更漂亮的人像照片。

　　視頻編碼功能也升級，現可支援更高幀率和更好的慢動作視頻。

　　安全元素也重新設計。“不講細節，但我們仍然非常重視安全，”席勒說。

　　不過，神經引擎和圖形引擎則是 A11 晶片全新添加的東西。

　　我問斯洛基為什麼在用過這麼多年的第三方 GPU 之後(最後使用的是 PowerVTR GT7600 GPU)，他們想要開發和整合自己的GPU。

　　“看看我們的系統晶片、CPU、ISP 還有顯示屏，只要是我們覺得自己能夠做到與眾不同，能給蘋果帶來最佳化定製價值的，我們就會毫不猶豫地定製擁有它。這是我們堅持了 30 年的事情。”

　　自主設計 GPU 是蘋果完全控制整個堆棧的關鍵一步之一。席勒說現在從圖形硬體到編譯器，程式設計語言，到作業系統——包括架構和程式庫，蘋果應有盡有。

　　“它們不是像搭樂高積木那樣搭到一起就完事了，”席勒說，“團隊需要對它們進行設計，讓它們能夠協作。”

　　團隊高效

　　蘋果在iPhone和晶片開發過程中掌握的東西，他們能夠創造的效率也就越多。

　　比如蘋果的晶片團隊雖然執著於能效，但他們也不會犧牲響應速度來換取能效。

　　斯洛基說，“裝置在非活躍狀態下，在睡眠時我們拿晶片怎麼辦。我們不希望在你不使用裝置的時候，電池還不斷的消耗。我們稱這種現象為低漏電。當你不在使用裝置的時候，那就不要使用到晶片。”但是iPhone內建的晶片不會讓裝置進入深度睡眠，你把iPhone拿起來的時候，它會即刻被喚醒。

　　不僅iPhone如此。根據席勒介紹，Apple Watch Seires 3的晶片也是斯洛基的團隊設計的，他們的關注點會細緻到平方毫米，比如“我可以節省出多少平方毫米?”雖然增加了LTE，晶片數量增加了一倍，他們還是儘力提高電池效率。解決方案之一就是新的、更高效的W2 Wi-Fi和藍芽晶片(現在Apple Watch的電池續航仍然是18個小時)。

　　晶片中的AI技術

　　蘋果對晶片設計和開發細節的關注也讓他們能夠對神經引擎等新的SOC特性進行微管理。

　　它應該是A11仿生晶片中最能激發人興趣的創新了。它是移動CPU上的人工智慧，是晶片中與眾不同的一個部分。

　　蘋果晶片團隊一直不停探索更大的系統能效，而神經引擎的出現也與此有點關係。

　　斯洛基說：“你看應用和軟體，利用函數式編程模型現在已經有更好的演算法。”

　　這包括iPhone X新的面部追蹤、Face ID以及增強現實相關的物體探測功能。它們均使用神經網路、機器學習或深度學習(是機器學習的一部分)。這種類型的神經處理可以在CPU或者GPU上運行。“但是對於這種神經網路類型的編程模型，利用針對這些應用的定製晶片，在執行相同任務時，它將比使用圖形引擎更加節能。”

　　神經引擎的神秘之處(也就是它和A11晶片中其他部分不同的地方)在於它處理矩陣乘法和浮點處理的能力。

　　但是蘋果不會向所有人公開這個神經引擎裡到底有什麼東西。

　　席勒說，“神經引擎不為一般目的，而為特定任務而生。”特定任務之一就是動話表情的面部追蹤。

　　有了A11仿生晶片和新的神經引擎，這個可愛的動話表情功能才能即時追蹤你的面部。

　　開發人員使用蘋果 ARKit 開發任何臉部辨識應用時，也可以在某種程度上使用到這個引擎。

　　A11仿生晶片中還有一些未被蘋果提及的東西，比如支援誤差校正碼演算法的定製儲存控制器。“我們所有產品的耐用度和效能都應該是一致的，”斯洛基說。

　　數位訊號處理器也在這裡，音頻品質與它相關。“我們在這方面做了很多努力，”席勒說。“我有個朋友他是音頻發燒友，就喜歡測試這些數字介面的出來的音頻訊號的清晰度。”

　　在10年時間裡，蘋果的晶片開發取得了重大進展，製程從65納米縮小到10納米，晶體管數量則從大約1億個增加到43.1億個。

　　就連斯洛基也對這一壯舉驚歎不已。“就這樣一年又一年，不斷突破極限……我想現在我們擁有一支世界級團隊。”

　　晶片的發展如今陷入物理瓶頸，行業已經開始探索使用新的材料和量子計算在內的技術。

　　我問斯洛基，蘋果現在是否在思考下一代晶片(或非矽基)解決方案

　　“我們會提前思考，我可以告訴你這一點，我想我們不會受到限制，”不過他也補充說到，“現在難度越來越高。”

蘋果高管斯洛基介紹A11仿生晶片背後的秘密!