اپل و طراحی A14 بایونیک؛ حرکت به‌سوی بی‌نهایت

اپل ماه گذشته آیپد ایر جدید خود را معرفی کرد. جذاب‌ترین موضوع این تبلت نه طراحی شبیه به آیپد پرو و نه رنگ‌های جدید، بلکه قلب تپنده درون آن است. آیپد ایر ۲۰۲۰ نخستین دستگاهی است که از تراشه جدید A14 بایونیک اپل قدرت می‌گیرد. این تراشه بدون شک قلب تپنده آیفون‌های جدید اپل است که امروز، ۲۲ مهر، معرفی می‌شوند. نایب‌رئیس معماری پلتفرم اپل، تیم میلت، به‌همراه مدیر بخش بازاریابی مک و آیپد، تام باگر، درباره طراحی این پردازنده توضیحاتی ارائه داده‌اند.

خلق هیولا

در نگاه کلی، A14 شبیه سایر تراشه‌های بایونیک اپل است. این SoC یک پردازنده مرکزی شش هسته‌ای (دو هسته با عملکرد بالا و چهار هسته برای عملیات کم‌اهمیت‌تر) همانند A13 و A12 دارد. پردازنده گرافیکی آن نیز مانند گذشته چهارهسته‌ای است؛ البته نباید گول این اعداد و ارقام مشابه را بخورید؛ زیرا این تراشه برپایه لیتوگرافی ۵ نانومتری طراحی شده و نخستین پردازنده ۵ نانومتری اپل است. ابتدا نقبی به گذشته می‌زنیم تا روند کاهش اندازه و افزایش ترانزیستورها را بررسی می‌کنیم که سال‌ها است در حال انجام بوده و هیچ کاهش سرعتی از خود نشان نداده ‌است.

A14 شاید اولین تراشه ۵ نانومتری دنیا باشد که به بازار عرضه شده؛ اما رقبای اپل چندان هم از قافله عقب نیستند. کوالکام احتمالا تا دسامبر (حدود دو ماه دیگر) پردازنده ۵ نانومتری اسنپدراگون ۸۷۵ را در رویداد مجازی Snapdragon Summit رونمایی خواهد کرد. سامسونگ نیز علاوه‌بر تولید اسنپدراگون ۸۷۵ برای کوالکام، تراشه ۵ نانومتری اکسینوس ۱۰۸۰ خود را رونمایی خواهد کرد.

اصلی‌ترین مزیت این چیپ‌های جدید، تعداد و چگالی بیشتر ترانزیستورهای آن‌ها است. این تراشه‌ها از سوییچ‌های خردی بهره می‌برند که جریان الکترون‌ها را کنترل می‌کنند. این سوییچ‌ها به‌عنوان اساس دروازه‌های منطقی (logic gate) عمل می‌کنند.

اپل با مشکل بزرگی برای طراحی تراشه ۵ نانومتری خود مواجه بود: ۱۱/۸ میلیارد ترانزیستور که باید در این تراشه جای می‌گرفت. جالب است بدانید که A13 بایونیک سال گذشته اپل ۷ نانومتری بود و ۸/۵ میلیارد ترانزیستور در دل خود داشت. همان‌طورکه انتظار می‌رود، این موضوع فرایند طراحی و تولید این تراشه‌ها را دشوارتر می‌کند؛ اما در عوض، اپل به تراشه‌ای بهینه‌تر و قوی‌تر دست ‌یافته ‌است که تجربه کاربری استفاده از دستگاه‌هایش را بیش‌ازپیش بهبود می‌بخشد.

اپل برای مهاجرت به طراحی ۵ نانومتری مجبور شده بودجه زیادی صرف مواردی فراتر از CPU و GPU و ترانزیستور کند. هنگامی که درباره رسیدن به بهترین تجربه صحبت می‌کنیم، شرکت‌هایی مانند اپل، سامسونگ، هواوی و سایر شرکت‌های تولیدکننده تراشه‌های گوشی‌های خود برتری بالقوه‌ای دارند. ازآنجاکه اپل به‌دنبال کنترل کامل بر SoC خود است، این سرمایه‌گذاری اضافی روی هسته‌های پردازشی و سایر اجزا پیش از همه‌گیرشدن فناوری کاملا موجه است.

بهترین مثال این قضیه شاید موتور عصبی (Neural Engine) باشد؛ جزئی که نخستین‌بار در تراشه A11 آیفون X معرفی شد تا شبکه‌های عصبی لازم برای پردازش‌هایی نظیر تشخیص چهره برای امنیت و تشخیص صدا برای سیری و واقعیت افزوده را سرعت بخشد. اپل از نخستین شرکت‌هایی بود که بخش مجزایی از تراشه‌های خود را به چنین چیزی اختصاص می‌داد. یک هفته پیش از اپل، هواوی کرین ۹۷۰ و بخش پردازنده عصبی آن را رونمایی کرد و سامسونگ و کوالکام این بخش را پس از اپل معرفی کردند.

طبق انتظار، موتور عصبی A14 بسیار جلوتر از چیزی است که در سال ۲۰۱۷ شاهد آن بودیم. بخش عصبی A11 می‌توانست ۶۰۰ میلیارد عملیات در ثانیه اجرا کند که این عدد در A13 به ۶ تریلیون رسید. حال A14 طبق ادعا، این عدد را به ۱۱ تریلیون عملیات در ثانیه رسانده تا بایونیک‌های قبلی از نظر محو شوند.

این افزایش چشمگیر به‌لطف طراحی مجدد اساسی محقق شد. موتور عصبی A14 حال از ۱۶ هسته بهره می‌برد که درمقایسه‌با ۸ هسته A13 دوبرابر شده‌ است. این دوبرابر شدن تعداد هسته‌ها جالب است؛ زیرا بسیاری از قابلیت‌های iOS که مربوط به این بخش هستند، ظاهرا به‌خوبی اجرا می‌شدند. موضوعی که سریعا به‌نظر می‌رسد، این است که چرا اپل این تعداد ترانزیستور جدید را به CPU یا GPU اختصاص نداد تا عملکرد آن‌ها بهبود یابد؟

دو پاسخ وجود دارد: ابتدا اینکه اپل قابلیت فوق‌العاده بهبود شبکه‌های عصبی را درک می‌کند؛ نه‌تنها برای تجربه‌های نرم‌افزاری خود، بلکه برای توسعه‌دهندگان سوم شخص پلتفرم خودش. برای مثال، نرم‌افزار مشهور ویرایش تصاویر Pixelmator Pro برای شفاف و باکیفیت‌کردن تصاویر با رزولوشن پایین بر موتور عصبی تکیه کرده است. مثالی دیگر، اپلیکیشن Algoriddim djay Pro است که از موتور عصبی برای جداسازی صدای خواننده و سازها در آهنگ‌ها استفاده می‌کند.

میلت می‌گوید:

مواردی را دیدیم که با یک پردازنده مرکزی مرسوم ممکن نبود. روی کاغذ می‌توانید اعمال شبکه عصبی را روی یک GPU انجام دهید؛ اما امکان وقوع آن‌ها درون فضای فشرده و محدود از نظر گرمایی وجود ندارد.

صحبت‌های میلت سرنخ خوبی از دلیل دوم به‌دست می‌دهد. اپل به‌دنبال ایجاد تعادل میان قدرت خالص و کارایی است:

بر مصرف بهینه انرژی تمرکز داریم و این در هریک از محصولاتمان صدق می‌کند. هنگامی‌که این تمرکز به‌طور اساسی در طراحی چیپ‌ها اعمال شود، اپل دیگر به نگرانی درباره شرایط مختلف نیازی ندارد. اگر مصرف انرژی تراشه در آیفون بهینه باشد، در آیپد هم به همین صورت خواهد بود.

تأثیر عملی

بهتربودن A14 از نسل قبل خود جای بحث است. همه این صحبت‌ها پیرو سؤالی اساسی است: این تراشه واقعا چقدر قدرتمند است؟

بستگی دارد. اپل هنوز به‌طور رسمی ادعایی درباره بهبود عملکرد A14 بایونیک درمقایسه‌با A13 بایونیک سال گذشته نکرده‌ است؛ البته انتظار می‌رود که در مراسم رونمایی آیفون‌ها، اندکی بیشتر از زبان اپل درباره این تراشه بشنویم. تعدادی از بنچمارک‌های فاش‌شده نشان‌دهنده بهبودهایی درخور‌توجه است. اپل هنگام معرفی آیپد ایر جدید، اعلام کرد که پردازنده مرکزی A14 تا ۴۰ درصد و پردازنده گرافیکی تا ۳۰ درصد قوی‌تر از A12 است.

البته نتایج واقعی معمولا کمتر از نتایج اعلامی اپل است. اپل ادعا می‌کند که پردازنده A14 تقریبا ۳۰ درصد قوی‌تر از تراشه A12 است؛ اما نتایج بنچمارک‌های معروف با این ادعا مطابقت ندارد. باگر می‌گوید که این اعداد ملغمه‌ای از برنامه‌های روزمره است یا به زبان دیگر، این اعداد براساس عوامل عملکردی فراوان و متنوعی به‌دست آمده است.

متوجه هستیم که عملکرد تک‌رشته در بسیاری از اپلیکیشن‌ها مهم است؛ پس هنگامی که درباره بهبود عملکرد صحبت می‌کنیم، در حال ارائه این عملکرد هستیم. البته به عملکرد چندهسته و توسعه‌دهندگان برنامه‌های سنگین‌تر نیز توجه می‌کنیم.

پس از استفاده از آیپد ایر، به‌نظر می‌رسد تراشه A14 مرز بین آیپدهای ایر و پرو را کم‌رنگ‌تر می‌کند. آیپد پروهای ۲۰۲۰ از مدل‌هایی از تراشه‌ای دوساله بهره می‌برند. درمجموع، آیپد پرو هنوز برتری دارد. تراشه A12Z تعداد هسته‌های CPU و GPU بیشتری از A14 دارد. این تفاوت بزرگ در قدرت پردازش GPU به این معنا است که آیپد پرو هنوز گزینه بهتری برای کارهای گرافیکی است؛ البته این بدین معنا نیست که تراشه جدید آیپد ایر قافله را به کلی باخته‌است.

باگر می‌گوید:

ازآنجاکه A14 آخرین نسل از هسته‌های CPU را دارد، ممکن است برخی مواقع شاهد شکست A12Z از A14 باشیم. 

اینکه اپل تبلتی ۶۰۰ دلاری ساخته که گاهی مدل پرو خود را ازنظر سخت‌افزاری مغلوب می‌کند، جای سؤال دارد؛ اما موضوع مهم‌تر تأثیر این تراشه و طراحی آن بر دستگاه‌های آتی این شرکت است.

به‌سوی آینده

انتظار می‌رود تراشه جدید A14 اپل علاوه‌بر آیپد ایر و آیفون‌های جدید، در سایر محصولات اپل نیز دیده شود. هنوز شاهد مدل‌های قوی‌تر A14 نیستیم که در آیپد پرو به‌کار می‌روند. مهم نیست که به‌دنبال خرید آیفون جدید هستید یا آیپد، به احتمال زیاد A14 را تجربه خواهید کرد.

حتی اگر این قصد را نیز ندارید، ممکن است از برخی از تلاش‌های اپل در A14 بهره‌مند شوید. مهندسان اپل هنگام طراحی تراشه‌های آن تنها بر یک محصول تمرکز نمی‌کنند و محصولات بعدی را نیز در نظر می‌گیرند. اپل حین ساخت محصول فهرستی از اجزای مهم تهیه می‌کند؛ از CPU و GPU گرفته تا دوربین‌ها، ماژول نمایشگر و حسگرها. اتصال تمام این اجزا به‌هم برعهده تیم معماری است و بالاترین اولویت این تیم اطمینان از معماری تراشه‌‌ای است که قلب تمام این بخش‌ها است. این موضوع درباره تمام دستگاه‌های اپل صادق است:

زمان زیادی را صرف کار با تیم‌های محصول و نرم‌افزار می‌کنیم و گروه معماری واقعا در مرکز قرار دارد. درنهایت، می‌خواهیم مطمئن شویم که پردازنده‌ای را تنها برای یک دستگاه نمی‌سازیم. البته این بدین‌معنا نیست که A14 شش‌هسته‌ای را در محصولی مانند اپل واچ خواهید دید؛ اما معماری توسعه‌داده‌شده برای این تراشه در جاهای دیگری استفاده خواهد شد و احتمالا به انتظار زیادی برای مشاهده این موضوع نیاز نیست. 

هفته‌ها است که شایعاتی از عرضه آیپد پرویی با نسخه‌ای قدرتمند از A14 با نام A14X در اوایل ۲۰۲۱ به‌گوش می‌خورد؛ البته این شایعات عجیب نیستند. اپل نسل سوم آیپدهای پرو خود با A12X را تنها یک ماه پس از عرضه آیفون‌های XS خود با پردازنده A12 عرضه کرد. موضوعی که بسیار جذاب‌تر است شایعاتی است که اذعان می‌کند A14X نخستین تراشه‌ ساخت اپل است که در مک‌های این شرکت به‌کار گرفته خواهند شد. مسئولان اپل این موضوع را مستقیما تأیید یا نفی نکردند.

درنهایت، هنوز علامت‌های سؤال بسیاری درباره A14 و برنامه اپل برای آینده نزدیک داریم. معماری این تراشه چگونه گسترش یا محدود می‌شود تا روی سایر سخت‌افزارها نیز کار کند؟ اپل از طراحی تراشه‌های موبایل نظیر A14 چه درس‌هایی گرفته تا از آن برای برتری بر اینتل و AMD استفاده کند؟ این سؤال‌ها به‌زودی پاسخ داده خواهند شد؛ اما نکته مهم آن است که تأثیر تلاش اپل در طراحی این تراشه تا سالیان سال حس خواهد شد.

دیدگاه شما درباره تراشه جدید اپل چیست؟ آیا A14 نقطه عطفی در طراحی تراشه‌های این شرکت است؟ دیدگاه‌های خود را با ما و سایر کاربران زومیت به اشتراک بگذارید.