Cyclone перетворюється на Typhoon (Apple A8)

Процесор в системі-на-чіпі Apple A8 залишився 2-ядерним, його тактова частота майже не збільшилася - і тим не менш, в більшості тестів він перемагав суперників які з великим числом ядер розігнаних до великих тактової частот.

Apple A8 оголосили 9 вересня 2014 року в абсолютно епічному місці: у Купертіно, у Флінт-центрі, найбільшому театрі коледжу De Anza. Саме там у січні 1984 року було оголошено найперший Mac, навесні 1998 - перший iMac. Подання Apple A8 не було головною темою події - воно було крихітним епізодом іншої презентації, теж не найголовнішою в той день. Про сам захід і його теми - іншим разом.

Філ Шиллер повідомив про нову систему-на-чіпі абсолютний мінімум інформації. Про те що на чіпі приблизно 2 мільярди транзисторів (на чіпі взагалі, скільки їх у самому процесорі залишилося таємницею), що Apple A8 займає на 13% меншу площу ніж її предок, і що виробляється новий чіп за технологією 20 нм.

Вже дивно: Apple A7 виробляла Samsung, за технологією 28 нм, 20 нм - це стрибок через сходинку. Невже «відносини» Apple з тайванською компанією TSMC зайшли так далеко?

Філ не був би крутим фахівцем з маркетингу (обраним з сотень претендентів самим Стівом Джобсом), якби не озвучив виграшні моменти новинки (продають не біфштекс, а його шипіння і аромат). Порівняно з Apple A7, продуктивність CPU зросла на 25% (а порівняно з першим iPhone - у 50 разів). Продуктивність GPU - на 50% (порівняно з першим iPhone - в 84 рази). А економічність зросла на 50%.

Оплески, і - Філ перейшов до інших аспектів не найголовнішої теми. Мало не забув: він згадав і Apple M8, співпроцесор руху, в який додали ще й цифровий барометр, що дозволяє визначити (з високою точністю) висоту свого положення над рівнем моря. Свого і свого біологічного власника.

Офіційна інформація про нову систему-на-чіпі обмежилася цими відомостями. Це свавілля? Щось типу, так - ось тільки сотні (якщо не тисячі) мешканців нашої планети отримали ні з чим не порівнянне задоволення від викриття прихованої від них сторони Apple. За шкалою «розстріляти-пробачити-нагородити» я б оцінив цей злочин Apple проміжною оцінкою між другою і третьою альтернативами.

Це продовження серії про процесори від Apple. Попередні частини:

Перша частина: У тіні Apple А4,
друга частина: Народження «яблучного» процесора,
третя частина: Повертаючись до початку почав: Apple A6/A6X (Swift
); четверта частина: Cyclone приходить на зміну Swift (в Apple А
7), П'ята частина: Ще один «NeXT», або співпроцесор для фітнесу (Apple M7).

Розкриваючи таємниці «яблучного» каменю

Chipworks, iFixit та інші, діставши в свої руки загадковий артефакт, приступили до його розтину. Добре поінформована публіка з нетерпінням чекала результатів. У справу пішли й інші методи оперативно-розшукової роботи.

Проникнути б за вогняну стіну, і провести жорсткий польовий допит захоплених «мов» - але в Республіці Каліфорнія це не прийнято.

Чіп дійсно виробляла TSMC. Процесор був меншим за розмірами (12,2 кв. м замість 17,1 кв. м) ніж в Apple A7, і дуже схожий на нього. Поки в «plist» -файлах iOS 8 не було знайдено справжню назву процесора, його називали «Enhanced Cyclone».

Apple практикує в розробці процесорів методику tick-tock? А чому б і ні?

Найнебезпечніший конкурент «яблучним» процесорам, 64-бітний ARM Cortex-A57, все ще готувався до дебюту. І, судячи з його тактико-технічних характеристик, «поліпшеному Cyclone» він не загрожував, вони були приблизно рівні.

Ось фотографія Apple A8, знята за допомогою електронного мікроскопа за пару мільйонів доларів компанією Chipwork (з Apple A8 перед цим був зрізаний тонкий верхній шар):

Схоже на знімок пристойного за розмірами населеного пункту з космосу. Хмари, будинки, вулиці. Експерти з Chipworks витратили масу часу і зусиль для розшифровки всього цього, вирахували деякі з найважливіших компонентів системи-на-чіпі, і нанесли їх на «космічний знімок». Велика частина таємниць так і залишилася таємницями.

Процесор виявився 2-ядерним, GPU - 4-ядерним. Його внутрішнє ім'я було Typhoon, він і справді був поліпшеною і переробленою версією Cyclone. Його тактова частота, в пристроях оголошених разом з ним (ні за що не здогадаєтеся що це було), була 1,4 ГГц, на 0,1 ГГц більше ніж у Cyclone. Структурно (число і розміри конвеєрів, розміри кешів всіх трьох рівнів та інші подробиці) Typhoon був навіть ще ближче до Cyclone ніж здавалося на перший погляд. Всього 1 Гігабайт LPDDR3 (1 333 МГц).

Тобто, проти 4-ядерних конкурентів з тактовими частотами в районі 2 ГГц у нього не було ні найменшого шансу? Не було. Але факти суперечили цьому логічному висновку настільки, що змушували задуматися про право логіки на існування. У гонках з ними Apple A8, як правило, лідирував. І навіть Apple A7, тепер вже застарілий, теж видавав сенсаційно непогані результати. Іноді iPhone 5s виявлявся третім, поступаючись тільки двом новим iPhone про які я поки нічого не скажу.

Експерти приходили до самих різних висновків, причини викликає порушення законів фізики, логіки та інших наук з'ясовувалися довго і ретельно. Сира продуктивність і реальна - це різні продуктивності, з яких значення має тільки друга.

Якщо контролювати всі найважливіші елементи пристрою: CPU, операційну систему і конструкцію пристрою, і оптимізувати їх взаємодію, маніакально і наполегливо, це можливо. Магія стає реальністю. Чудова робота, Apple!

Трохи детальніше

Порівняно з Cyclone, в Typhoon серйозно змінилися тільки блоки цілочисельних обчислень і блок обчислень для чисел з плаваючою комою. Для виконання тих же операцій Typhoon потрібно менше циклів процесора, ніж Cyclone. Крім цього, на збільшення пропускної здатності всіх інтерфейсів між блоками системи-на-чіпі теж було звернено найпильнішу увагу - а ці здібності посилилися і самі по собі, через більш дрібну літографію.

Як і в Apple A7, в Apple A8 три рівні кешів. Перший - у кожному ядрі, ті ж 128 кБ (з них 64 кілобайти - кеш інструкцій, і 64 кілобайти - кеш даних). Другий - загальний для всього процесора, розміром в 1 Мегабайт. Третій - загальний для всієї системи-на-чіпі, його розмір 4 Мегабайта. Все таке ж, як в Apple A7, але доступ до них став швидшим.

Та ж архітектура ARMv8 AArch64, 32/64 біта. Конструкція заточена на досягнення дуже високої продуктивності на відносно низьких тактових частотах. З точки зору нерозумного обивателя 1,4 ГГц і 2 ядра - це не круто. Не звучить. Насправді це саме те, чого хотіли б досягти всі виробники мобільних пристроїв.

Про всяк випадок, ось збільшений знімок процесора. Може, ви розгледите на ньому щось що я упустив?

Знімок «з космосу». Район Typhoon:

Соратники Typhoon

За межами системи-на-чіпі розмістився постійно пильний крихітний чіп Apple M8, розробки і виробництва транснаціональної корпорації NXP Semiconductors, штаб-квартира якої розташована в Нідерландах, в місті Ейндховен.

Позначення цього чіпа - LPC18B1 (Apple M7 був LPC18A1), це контролер на основі ARM Cortex-M3. Технологія за якою вироблявся цей чіп невідома. У прайс-листах NXP Semiconductors інформації про нього немає. Співпроцесор випускався виключно для Apple, і розроблявся інженерами обох компаній спільно.

Про барометр, що додався до гіроскопу, компасу і акселерометру, я вже згадував. Але були в Apple M8 та інші нововведення: у класі CMMotionActivity з фреймворку Core Motion з'явилося ще одне значення константи позначає «типу руху»: рух на велосипеді. Apple M8 тепер розпізнавав і його.

Apple M8 працював з сенсорами, обробляючи і запам'ятовуючи дані отримані від них, в будь-який час, навіть коли пристрій був в неактивному стані. Системі-на-чіпі не доводилося «прокидатися» щоб відреагувати на надходження даних від сенсорів, а вона на пару порядків більш ненажерлива ніж крихітний Apple M8. Але сам цей чіп не був жодним з цих сенсорів.

Графічний процесор в Apple A8 - PowerVR GX6450, компанії Imagination Technologies, з архітектурою Rogue (тобто, «шахрай», «шахрай», «плут»), покоління Series6XT. Нащадок і спадкоємець PowerVR G6430 з Apple A7 (який теж був Rogue, приємна така сімейка шахраїв і шахраїв).

PowerVR GX6450, як і PowerVR G6430 - процесори 4-ядерні. Або 4-кластерні, як їх називали виробники. Причини у них для цього були, але позначення не прижилося.

Після презентації Apple A8, експертне співтовариство обґрунтовано припустило що в ньому використовується 6-ядерний PowerVR, оскільки 20 нм і 50% збільшення графічної продуктивності. Apple на подібні питання не відповідає. Але розтин виявив 4-ядерний GPU, ним міг бути тільки PowerVR GX6450, Imagination Technologies підтвердила це припущення.

Чи могли Typhoon спільно з PowerVR GX6450 справлятися з мільйонами пікселів на екранах двох нових iPhone? Могли, тому що змогли. І тому що предок цього GPU, PowerVR G6430, значно менш продуктивний, успішно справлявся з мільйонами пікселів в iPad Air.

Пора поговорити про «два нові iPhone»?

Продовження слід