Apple A12 Bionic: 7 счастливых нанометра

Huawei объявила о выпуске смартфона с чипом производимым по технологии 7 нм еще в августе, но iPhone XS/XS Max поступали в продажу уже 21 сентября, став первым в мире 7 нм смартфоном в мире. Как обычно, предыдущая система-на-чипе все еще лидировала в тестах, но ей на смену уже шел еще более магический кристалл, чьим предназначением было “порвать всех”, о чем простодушный Фил Шиллер, с добродушной улыбкой, вроде как намекнул. И сглазил.

Qualcomm приготовила Apple неприятный сюрприз. Но пока, 12 сентября 2018 года, в зале театра имени Стива Джобса, ничто в мире не могло омрачить триумф очередного творения “яблочных” микроэлектронщиков. На тот момент ничего сравнимого с Apple A12 Bionic в мире не было. Некоторые, кого я не буду называть, плотно застряли на переходе к 10 нм, а ведь всего несколько лет назад эти некоторые купались в лучах заслуженной славы. Увы, ничто не вечно под Луной.

В конце ноября 2018 года Qualcomm представила систему-на-чипе Snapdragon 8150, а уже 4 декабря того же года она появилась на рынке. В некоторых тестах, впервые за долгие года, Apple A12 Bionic, новейшая SoC от Apple, проиграла. Если верить заголовкам в СМИ, Snapdragon “порвал” A12. Публика охотно поверила, и даже не читая сами статьи разнесла благую весть и раздула её до невероятных размеров. В тестах Snapdragon 8150 и Apple A12 Bionic выступали почти на равных, в тесте AnTuTu Snapdragon опередил A12 аж на 2,5%. У Qualcomm был повод торжествовать – до сих пор сыграть вничью с новыми SoC от Apple никому не удавалось. Покупает умные телефоны та самая публика. Из-за этого, или нет, но праздничный квартал 2018 года оказался совсем не праздничным для Apple.

Вот уже почти десять лет основным источником доходов Apple был iPhone. Почти все это время, что бы не творилось в индустрии, его продажи росли. iPhone XS/XS Max были шедеврами инженерного искусства, лучшими iPhone за их долгую и славную историю, но из-за нескольких серьезных ошибок компании в оценке рынка продавался этот шедевр хуже чем заслуживал. Snapdragon 8150 “порвал” Apple A12 Bionic в начале декабря, перед самым пиком продаж, когда покупательский ажиотаж достигает максимума и продажи бьют рекорды, возможно к неудаче Apple Snapdragon тоже имел отношение. iPhone не были дешевы, но зато процессоры в них были самые-самые – а теперь их “порвали”, и смысла переплачивать больше нет. Тем более что стоили iPhone XS/XS Max, как бы это сказать помягче, не слишком дешево.

В любом случае, следующий раунд в войне кристаллов обещает быть интересным. Apple должна сделать очередной ход в следующем месяце. Оставить вызовы Qualcomm (в 2019 тоже кое-что случилось) без ответа они не могут. Слухи про Apple A13 уже циркулируют, но мы не будем перебивать себе аппетит.

Bionic и PoP

Apple A12 Bionic производится TSMC по технологии 7 нм FinFET. iPhone XS/XS Max, в которых использовался этот чип, сделали его первым в мире 7 нм чипом доступным обычным покупателям. Фил Шиллер раскрыл некоторые из его тайн: CPU в A12 был 6-ядерным, два из этих ядер были “производительными”, четыре – “энергосберегающими”, как и в A11 ядра разной природы могли работать одновременно. Кроме CPU в A12 был 4-ядерный GPU, от начала и до конца разработанный Apple. CPU и GPU, естественно, были производительнее чем в A11, но еще и экономичнее. Кроме CPU и GPU на кристалле был нейронный процессор (NPU), 8-ядерный с производительностью в 5 триллионов 8-битных операций в секунду. В A11 NPU был намного скромнее – 2 ядра, всего 600 миллиардов 8-битных операций в секунду.

На картинке, в корпусе из прочного пластика, PoP (TSMC InFO), состоящий из системы-на-чипе A12 и 4 Гигабайта LPDDR4X (в iPhone XS и iPhone XS Max). A12 использовалась и в некоторых других устройствах, где размер оперативной памяти был другим. По площади кристалла, равной 83,27 мм2, A12 была на 5% меньше чем A11. При этом в A12 было 6,9 миллиардов транзисторов (в A11 – 4,3 миллиарда). Фил не сказал ни про сопроцессор движения (Apple M12), ни про анклав безопасности, размещенные на кристалле – в них не было ничего захватывающе нового.

CPU

6-ядерный центральный процессор занимал на кристалле 11,90 мм2 (в A11 – 14,48 мм2), и состоял из двух “силовых” ядер Vortex (вихрь), с максимальной тактовой частотой в 2,49 ГГц и двух энергосберегающих ядер Tempest (буря), с тактовой частотой примерно в 2,0 ГГц. Ядро Vortex занимало 2,07 мм2 (Hurricane в A11 занимал 2,68 мм2), ядро Tempest – 0,43 мм2 (Zephyr в A11 – 0,53 мм2). Кэш второго уровня – 8 Мегабайт, кэш первого уровня тоже был увеличен, с 128 килобайт (64 килобайта кэш данных + 64 килобайта кэш инструкций) до 256 килобайт (по 128 килобайт на инструкции и данные).

Обратите внимание: элементы на кристалле расположены намного упорядоченнее, чем в Apple A11 Bionic. Как будто в группе микроэлектроники появился собственный дизайнер, но на самом деле это свидетельствует о планомерной работе над чипом, без каких-либо исправлений, внесенных в последний момент.

GPU и NPU

4-ядерный графический процессор занимал на кристалле 14,88 мм2 (в A11 – 15,28 мм2), был оптимизирован для Metal 2, и заметно уступал конкурентам в производительности в OpenGL. По производительности GPU A12 превосходил предшественника на 50%, но вот более подробной информации о нем нет. NPU в A12 был намного большим по площади, чем в A11 – 5,79 мм2 вместо 1,83. Все-таки 8 ядер вместо 2. У меня не до сих пор в голове не укладывается: на 5,79 квадратных миллиметрах в секунду выполняется 5 триллионов операций.

Это продолжение серии про чипы разработанные Apple. Предыдущая часть — Apple A11 Bionic: Это магия?.

Продолжение следует