A11 Bionic是苹果公司在2017年推出的第一款六核仿生处理器,在移动人工智能计算领域开启了新的篇章。该芯片使用的是台积电的10纳米FinFET制程技术,并且集成了大约四十三亿个晶体管,其中包括两个Monsoon高性能内核和四个Mistral高效率内核,相比上一代A10处理器在CPU方面提升了七成左右;配备了苹果公司自主研发的三核GPU,其图形渲染速度提高了百分之三十并且降低了百分之五十的能耗;还第一次加入了双核神经网络引擎,在每秒钟可以执行六千亿次运算的基础上给Face ID、Animoji以及Core ML等实时的人工智能应用提供了基础支持;根据Geekbench 4测试数据得出的结果来看,单线程跑分约为四千二百六十分而多线程则超过一万零九百二十分,在搭配了三千兆字节LPDDR4内存以及iOS系统的深度协作之后依然能够维持住高端手机应有的运行状态。

1.CPU和能效架构之间细致分工的设计
A11 Bionic的六核CPU不是简单的堆砌,而是用硬件级别的动态调度来完成任务的精确分发。其中两颗Monsoon性能核心用于处理高负载的情况,比如应用程序的初次加载、多层图片编辑或者增强现实建模这样的瞬间计算密集型工作;另外四颗Mistral能效核心负责后台保持活跃状态、信息推送、音频解码以及系统的持续存在服务等工作,单个核心的能耗只有Monsoon的一半左右。苹果第二代性能控制器可以使得所有的六个核心都一直在线并且协同工作以减少由于大小核之间切换所造成的延迟抖动。根据测试数据,在同时进行微信视频聊天、背景下的网易云音乐播放和GPS导航这三项任务的时候,CPU调度响应时间不超过8.3毫秒,比同期安卓旗舰手机平均水平低了近一半。
第二代和第三代核显卡以及图形能效上的突破性平衡
该款芯片集成了苹果公司第一代自主设计的三核GPU,并且放弃了使用PowerVR公版方案的做法,在对Metal 2 API进行深入研究之后进行了相应的改进和优化。它的能耗比相比上一代产品提高了将近两倍,在开启最高画质的情况下可以流畅地运行《狂野飙车9》,并且可以在不出现任何卡顿的情况下去做4K HDR视频的编辑工作。由于采用了FinFET工艺使得晶体管的工作速度得到了很大的提高,因此GPU满负荷运转时所消耗的能量只有大约1.8瓦左右,在配合iOS系统的散热策略之下可以让iPhone X连续玩一个小时的游戏之后手机背面的温度只上升到34.6摄氏度,并没有达到需要降低频率来防止过热的程度。
第三部分是神经网络引擎和人工智能任务的硬件加速落地
双核神经网络引擎不是协处理器的一个附加部分,而是一个拥有自己的指令集和专门缓存的空间,并且可以直接接入Face ID所使用的3万多个面部映射数据流,在进行红外图象采集、点阵创建以及活体验证等一系列操作时可以得到硬件上的加速效果,整个过程只需要不到0.3秒的时间;Animoji的表情捕捉则依靠了该引擎每秒钟能够做六千亿次运算的能力来实现唇部细微动作、眼珠转动等各种肌肉运动的即时建模;经过Core ML模型部署之后,在本地对图片进行识别所需要的时间小于一百一十毫秒,并且在整个过程中都不需要把数据传送到云端上去以保证用户的数据安全和个人信息不被泄露。
第四部分 内存带宽以及系统的配合所起的作用
虽然A11只有3GB LPDDR4内存,但是通过定制化的内存控制器把带宽提高到了29.8GB/s,比A10增加了37%。因此iOS 11在多任务快照、Siri语音缓存、Live Photo动态合成等方面内存命中率达到92.4%,大大降低了闪退现象的发生概率。经过长时间使用之后,用户发现即使安装了68个应用程序并且后台保留了22个活跃进程的情况下,系统的前台APP切换也不会出现任何重载的情况,这也证明了芯片、内存和操作系统三者之间协同工作的有效性。
因此A11 Bionic以架构创新为基础、制程红利为翅膀、软件定义为核心,形成了移动AI芯片的标准模式。






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