Cyclone превращается в Typhoon (Apple A8)

Процессор в системе-на-чипе Apple A8 остался 2-ядерным, его тактовая частота почти не увеличилась – и тем не менее, в большинстве тестов он побеждал соперников которые с большим числом ядер разогнанных до больших тактовой частот.

Apple A8 был объявлен 9 сентября 2014 года в абсолютно эпическом месте: в Купертино, в Флинт-центре, самом большом театре колледжа De Anza. Именно там в январе 1984 года был объявлен самый первый Mac, весной 1998 – первый iMac. Представление Apple A8 не было главной темой события – оно было крошечным эпизодом другой презентации, тоже не самой главной в тот день. О самом мероприятии и его темах – в другой раз.

Фил Шиллер сообщил о новой системе-на-чипе абсолютный минимум информации. О том что на чипе примерно 2 миллиарда транзисторов (на чипе вообще, сколько их в самом процессоре осталось тайной), что Apple A8 занимает на 13% меньшую площадь чем её предок, и что производится новый чип по технологии 20 нм.

Уже удивительно: Apple A7 производила Samsung, по технологии 28 нм, 20 нм – это прыжок через ступеньку. Неужели “отношения” Apple с тайваньской компанией TSMC зашли так далеко?

Фил не был бы крутым специалистом по маркетингу (выбранным из сотен претендентов самим Стивом Джобсом), если бы не озвучил выигрышные моменты новинки (продают не бифштекс, а его шипение и аромат). По сравнению с Apple A7, производительность CPU выросла на 25% (а по сравнению с первым iPhone – в 50 раз). Производительность GPU – на 50% (по сравнению с первым iPhone – в 84 раза). А экономичность выросла на 50%.

Аплодисменты, и – Фил перешел к другим аспектам не самой главной темы. Чуть не забыл: он упомянул и Apple M8, сопроцессор движения, в который добавили еще и цифровой барометр, позволяющий определить (с высокой точностью) высоту своего положения над уровнем моря. Своего и своего биологического владельца.

Официальная информация о новой системе-на-чипе ограничилась этими сведениями. Это произвол? Что-то типа, да – вот только сотни (если не тысячи) обитателей нашей планеты получили ни с чем не сравнимое удовольствие от разоблачения скрытой от них стороны Apple. По шкале “расстрелять-простить-наградить” я бы оценил это преступление Apple промежуточной оценкой между второй и третьей альтернативами.

Это продолжение серии про процессоры от Apple. Предыдущие части:

Первая часть: В тени Apple A4;
Вторая часть: Рождение “яблочного” процессора;
Третья часть: Возвращаясь к началу начал: Apple A6/A6X (Swift);
Четвертая часть: Cyclone приходит на смену Swift (в Apple A7);
Пятая часть: Еще один “NeXT”, или сопроцессор для фитнеса (Apple M7).

Раскрывая тайны “яблочного” камня

Chipworks, iFixit и другие, заполучив в свои руки загадочный артефакт, приступили к его вскрытию. Хорошо информированная публика с нетерпением ждала результатов. В дело пошли и другие методы оперативно-разыскной работы.

Проникнуть бы за огненную стену, и произвести жесткий полевой допрос захваченных “языков” – но в Республике Калифорния это не принято.

Чип действительно производила TSMC. Процессор был меньше по размерам (12,2 кв.мм вместо 17,1 кв.мм) чем в Apple A7, и очень похож на него. Пока в “plist”-файлах iOS 8 не было найдено настоящее название процессора, его называли “Enhanced Cyclone”.

Apple практикует в разработке процессоров методику tick-tock? А почему бы и нет?

Самый опасный конкурент “яблочным” процессорам, 64-битный ARM Cortex-A57, все еще готовился к дебюту. И, судя по его тактико-техническим характеристикам, “улучшенному Cyclone” он не угрожал, они были примерно равны.

Вот фотография Apple A8, снятая с помощью электронного микроскопа за пару миллионов долларов компанией Chipwork (с Apple A8 перед этим был срезан тонкий верхний слой):

Похоже на снимок приличного по размерам населенного пункта из космоса. Облака, дома, улицы. Эксперты из Chipworks потратили массу времени и усилий для расшифровки всего этого, вычислили некоторые из важнейших компонентов системы-на-чипе, и нанесли их на “космический снимок”. Большая часть тайн так и осталась тайнами.

Процессор оказался 2-ядерным, GPU – 4-ядерным. Его внутреннее имя было Typhoon, он и в самом деле был улучшенной и переработанной версией Cyclone. Его тактовая частота, в устройствах объявленных вместе с ним (ни за что не догадаетесь что это было), была 1,4 ГГц, на 0,1 ГГц больше чем у Cyclone. Структурно (число и размеры конвейеров, размеры кэшей всех трех уровней и прочие подробности) Typhoon был даже еще ближе к Cyclone чем казалось на первый взгляд. Всего 1 Гигабайт LPDDR3 (1 333 МГц).

То есть, против 4-ядерных конкурентов с тактовыми частотами в районе 2 ГГц у него не было ни малейшего шанса? Не было. Но факты противоречили этому логичному выводу настолько, что заставляли задуматься о праве логики на существование. В гонках с ними Apple A8, как правило, лидировал. И даже Apple A7, теперь уже устаревший, тоже выдавал сенсационно неплохие результаты. Иногда iPhone 5s оказывался третьим, уступая только двум новым iPhone о которых я пока ничего не скажу.

Эксперты приходили к самым разным выводам, причины вызывающего нарушения законов физики, логики и других наук выяснялись долго и тщательно. Сырая производительность и реальная – это разные производительности, из которых значение имеет только вторая.

Если контролировать все важнейшие элементы устройства: CPU, операционную систему и конструкцию устройства, и оптимизировать их взаимодействие, маниакально и упорно, это возможно. Магия становится реальностью. Отличная работа, Apple!

Немного подробнее

По сравнению с Cyclone, в Typhoon серьезно изменились только блоки целочисленных вычислений и блок вычислений для чисел с плавающей запятой. Для выполнения тех же операций Typhoon требовалось меньше циклов процессора, чем Cyclone. Кроме этого, на увеличение пропускной способности всех интерфейсов между блоками системы-на-чипе тоже было обращено самое пристальное внимание – а эти способности усилились и сами по себе, из-за более мелкой литографии.

Как и в Apple A7, в Apple A8 три уровня кэшей. Первый – в каждом ядре, те же 128 кБ (из них 64 килобайта – кэш инструкций, и 64 килобайта – кэш данных). Второй – общий для всего процессора, размером в 1 Мегабайт. Третий – общий для всей системы-на-чипе, его размер 4 Мегабайта. Все такое же, как в Apple A7, но доступ к ним стал быстрее.

Та же архитектура ARMv8 AArch64, 32/64 бита. Конструкция заточена на достижение очень высокой производительности на относительно низких тактовых частотах. С точки зрения неумного обывателя 1,4 ГГц и 2 ядра – это не круто. Не звучит. На самом деле это именно то, чего хотели бы достичь все производители мобильных устройств.

На всякий случай, вот увеличенный снимок процессора. Может, вы разглядите на нем что-то что я упустил?

Снимок “из космоса”. Район Typhoon:

Соратники Typhoon

За пределами системы-на-чипе разместился постоянно бодрствующий крошечный чип Apple M8, разработки и производства транснациональной корпорации NXP Semiconductors, штаб-квартира которой расположена в Нидерландах, в городе Эйндховен.

Обозначение этого чипа – LPC18B1 (Apple M7 был LPC18A1), это контроллер на основе ARM Cortex-M3. Технология по которой производился этот чип неизвестна. В прайс-листах NXP Semiconductors информации о нем нет. Сопроцессор выпускался исключительно для Apple, и разрабатывался инженерами обеих компаний совместно.

Про барометр, добавившийся к гироскопу, компасу и акселерометру, я уже упоминал. Но были в Apple M8 и другие новшества: в классе CMMotionActivity из фреймворка Core Motion появилось еще одно значение константы обозначающей “типа движения”: движение на велосипеде. Apple M8 теперь распознавал и его.

Apple M8 работал с сенсорами, обрабатывая и запоминая данные полученные от них, в любое время, даже когда устройство было в неактивном состоянии. Системе-на-чипе не приходилось “просыпаться” чтобы отреагировать на поступление данных от сенсоров, а она на пару порядков более прожорлива чем крохотный Apple M8. Но сам этот чип не был ни одним из этих сенсоров.

Графический процессор в Apple A8 – PowerVR GX6450, компании Imagination Technologies, с архитектурой Rogue (то есть, “жулик”, “мошенник”, “плут”), поколения Series6XT. Потомок и наследник PowerVR G6430 из Apple A7 (который тоже был Rogue, приятная такая семейка жуликов и мошенников).

PowerVR GX6450, как и PowerVR G6430 – процессоры 4-ядерные. Или 4-кластерные, как их называли производители. Причины у них для этого были, но обозначение не прижилось.

После презентации Apple A8, экспертное сообщество обоснованно предположило что в нем используется 6-ядерный PowerVR, поскольку 20 нм и 50% увеличения графической производительности. Apple на подобные вопросы не отвечает. Но вскрытие обнаружило 4-ядерный GPU, им мог быть только PowerVR GX6450, Imagination Technologies подтвердила это предположение.

Могли ли Typhoon совместно с PowerVR GX6450 справляться с миллионами пикселей на экранах двух новых iPhone? Могли, потому что смогли. И потому что предок этого GPU, PowerVR G6430, значительно менее производительный, успешно справлялся с миллионами пикселей в iPad Air.

Пора поговорить о “двух новых iPhone”?

Продолжение следует