為何蘋果還要開發(fā)速度更快的A7處理器？

為何蘋果還要開發(fā)速度更快的A7處理器？

本文作者為科技撰稿人Steve Cheney。本文試圖從處理器的效能功耗比方面分析軟件和硬件的決定因素，對于A7芯片是否將改變手機軟件的性能，我們拭目以待。

今天有傳聞說下個月即將發(fā)布的iPhone 5S將采用蘋果自主開發(fā)的A7處理器，雙核，64位，運行速度會比iPhone 5**1%。

當人們不斷YY下一代iPhone的時候，讓我們來看看蘋果的軟件硬件的生態(tài)圈和系統(tǒng)芯片的發(fā)展。蘋果**的一個優(yōu)勢就是自主研發(fā)的策略，它從來不會去使用或者購買其他的標準應用處理器，相反卻更加專注于應用/服務結構的設計，不會為了兼容其他處理器而折衷。我們可以拿高通的驍龍?zhí)幚砥髯鰧Ρ取狄郧в嫷腁ndroid設備都使用驍龍?zhí)幚砥?，所以它會在兼容性上考慮很多，而使用蘋果A7處理器的設備，最多也就是iPhone、iPad、iPod和iTV，這樣蘋果就可以去掉更多平臺兼容方面的累贅考慮，從而兼顧更多的功能，比如DSP（數字信號處理器）或者圖像性能等iOS擅長的方面。

那A7是2核還是4核呢？現在多核的結構一般有三個主要的決定因素：省電，性能和系統(tǒng)/內存帶寬，但對于手機平臺來說，效能功耗比（performance per Watt）才是重點。形象點說，多核處理器就像是用4個不同的鍋在4個不同的灶臺上做飯，相比只使用一個大鍋，4個小鍋可以讓廚師更方便地準備配料，廚師也可以關閉其中幾個灶臺來省燃氣。軟件就是權衡點。

A7芯片不僅要管理好各核之間的交流，并且要決定哪些代碼在哪個核上進行編譯和運行。這個過程會根據軟件內部的復雜程度不同而變化。標準的軟件設計都沒有很好地解決這個內部問題，事實上，大家都知道軟件的并行性（software paralleli**）一直是現在計算設計領域一個**的挑戰(zhàn)。

這些存在于軟件棧結構的挑戰(zhàn)，也一直在影響著app的設計、測試、優(yōu)化和API設計。在操作系統(tǒng)層上開發(fā)者必須考慮如何有效地結合驅動器和應用程序，如何在多核的結構里合理地分配空閑堆棧，這些才是贏得效能功耗比之戰(zhàn)的關鍵。比如Facebook的iOS app，它使用一個主要的線程來驅動UI和管理復雜事件，而使用另一個線程在后臺管理計算復雜的任務，比如**活動和JSON語法解析，但都不會影響到UI驅動線程的速度。

所以可以說不同的核管理不同的線程，而代碼不會自己根據處理器芯片的設計自動編譯。

為什么蘋果的芯片這么強？

蘋果自研芯片不是昨天才開始，算起來已經有差不多10年的布局，不僅在產業(yè)中有大量的投資，還挖來了許多行業(yè)的專家。 2010年，蘋果以1.21億美元收購了美國德州半導體邏輯設計公司Intrinsity，專注于設計較少晶體管、低能耗同時具備高性能的處理器。

2013年8月1日，蘋果收購了成立于2007年的加州半導體公司Passif Semiconductor，其專長于低功耗無線通訊芯片。

2015年底，蘋果再次斥資1820萬美元，收購了一間位于加州圣何塞北部的面積7萬平方英尺（6500平方米）的芯片制造工廠。這座工廠原屬于芯片制造商Maxim Integrated Products，其設施包括了芯片制造工具，而且工廠地址靠近三星半導體公司。 蘋果的自研芯片之路 蘋果從喬布斯時代就一直遵循著這樣的理念——蘋果應該擁有自己的半導體技術，而非依賴于其他的芯片制造商，諸如三星、英特爾和 Imagination Technologies 的零部件混搭。 圖/由Bloomberg整理 到今天為止，蘋果公司已經推出了13款A系列處理器——從最初的iPad的A4芯片，到如今其自研芯片被廣泛應用于iPhone、iPad、Apple Watch、Apple TV等全產品線中。

而在2017年發(fā)布的A11 Bionic 芯片，因具備6核64位CPU，讓其集成了更高的CPU能力。 根據蘋果芯片業(yè)務負責人Johny Srouji的說法，對于每一代芯片， 蘋果一般從3年前就開始著手架構設計 ，也就說去年發(fā)布的A11 Bionic芯片早在2014年間就進行開發(fā)工作。Johny Srouji本人在2008年就加盟蘋果，負責位管理位于美國加州和以及以色列的芯片制造和測試團隊（有好幾百號人）。

除了自建團隊以外，蘋果也一直從高通挖人，2017年6月高通核心通信芯片主管Esin Terzioglu加盟蘋果。 以往蘋果基帶訂單由高通（Qualcomm）通吃，后來因為技術專利費的事情掐起來了以后引入了英特爾（Intel）成為高通以外的第二供應商，而蘋果的最終目的是能夠在未來自行研發(fā)基帶芯片，把手機、電腦等所有需要用到的芯片的設計和制造核心能力都掌握在自己手里。 從目前的趨勢來看，蘋果芯片自研的程度會越來越高，芯片的實力也會越來越強。

蘋果每一款產品內部都裝著一顆主宰一切的“大腦”，你所使用的任何應用都要經過它的處理。事實上，這枚小小的芯片，是一門在指尖打造出一座城市的手藝。 在蘋果芯片世界，有一位幕后操刀手，或許你從未聽說過，但他的重要性卻不容置疑，甚至不遜色于任何一位蘋果高管。

他的名字叫約翰尼斯洛基(JohnySrouji)，在蘋果公司內部的硬件技術部門擔任高級副總裁，掌管蘋果的處理芯片團隊。 也就是說，iPhone、iPad、AppleTV、AppleWatch等產品的**處理器，都是在Srouji的帶領下完成設計的。如果說喬納森(蘋果軟硬件產品的首席設計師)為眾多蘋果產品帶來了精致的外形設計，那么Srouji和他的團隊就是控制這些產品的“大腦”。 自從在2008年加入蘋果公司之后，Srouji一直都保持著低調。

但隨著蘋果芯片的信息逐漸為外人所知，這位技術天才也開始出現在聚光燈之下了。 美國知名 科技 博客Mashable在蘋果發(fā)布會后24小時邀請到蘋果IC設計團隊總監(jiān)、硬件 科技 資深副總裁JohnySrouji一揭A11Bionic芯片的開發(fā)背后的秘密。 在被問到A11Bionic芯片是何時開始著手開發(fā)的?Srouji給出的答案令人咋舌。他表示，蘋果著手架構芯片，一般從3年前就開始。

這意味著A11Bionic芯片早在2014年間就進行開發(fā)工作了，而當時蘋果還忙著出貨內建A8芯片的iPhone 6。 值得注意的是，2014年時，少有在手機層次上討論AI和機器學習任務的議題，然當時，蘋果在架構芯片開發(fā)之際，已經押寶手機SoC內嵌NeuralEngine(神經引擎)了。 為什么說蘋果早在3年前就押寶iPhone手機SoC內嵌神經引擎、用來執(zhí)行AI運算任務，這件事讓人另眼相看? 要知道，包括AI在內的這些先進演算法，例如Siri，通常系在云端上執(zhí)行高階演算，因此，在用戶端便需要有**連結。然而，iPhone X將AI技術導入手機里，顯然是想避免把用戶個人資料送出手機、送到云端，但iPhone X的AI應用如果想要在手機層次、而非云端層次上執(zhí)行的話，這也可以解釋對于強大運算芯片的需求，因此設計了A11Bionic處理器上的一對核心。

關于芯片研究，蘋果從A4到A11的開發(fā)過程中，其實并非每一次都是從零開始的。蘋果在開發(fā)每一代的芯片時，都會先檢視前一代的架構，然后再決定到底是要據此改善、還是重新開始。 由自家的工程師來設計處理器，蘋果可以完美的將硬件和軟件進行優(yōu)化和結合，同時還可以對處理速度以及電池續(xù)航能力進行掌控。

在如今的手機芯片設計行業(yè)，蘋果的戰(zhàn)略布局可以算是非常長久了，從2007年**代iPhone上市起，蘋果就意識到芯片自主研發(fā)的重要性，收購了好幾家芯片公司，并通過高薪挖來各路芯片設計**來為蘋果設計專屬芯片（畢竟蘋果有錢啊），于是借助強大的研發(fā)團隊，蘋果自主芯片一路狂奔，從A4到如今的A11，性能往往都是領先于同行旗艦芯片的。 如果蘋果只是買來ARM授權，用ARM的公版架構是無論如何也達不到如今的性能水平的， 蘋果A系列芯片的強大來源于高效的設計理念和先進的工藝，蘋果不像高通等芯片廠商那樣需要多核心來提升性能和銷量，因為自產自用，而且成本空間更大，蘋果的芯片非常注重單核性能，借助更大的緩存和更大面積的核心，蘋果每一代芯片幾乎能把單核性能發(fā)揮到**，以更少的核心數量打贏核心數量多一倍的芯片。 這樣做自然是有代價的，就是大緩存+大核心+高頻率可能會帶來更大的能耗和面積，除了設計師的架構優(yōu)化以外，這就要求蘋果每一代芯片必須采用當時***的生產工藝，A11就采用了***的10nm工藝，當然越先進的工藝價格越貴，不過對于蘋果來說，這點錢不算事， 因為這顆芯片所驅動的iPhone等設備就是蘋果的印鈔機。

所以蘋果芯片設計的側重點和高通、聯(lián)發(fā)科等廠商是不同的，主要就在于單核效率和核心數量上的差別，其實也不能說誰更好，但是源于目前手機軟件對多核CPU的優(yōu)化程度而言，蘋果芯片少核+高效的設計理念仍會在很長時間內占據優(yōu)勢。 蘋果芯片強大的另外一個關鍵就在于“因地制宜” ，蘋果圍繞封閉的IOS系統(tǒng)打造專屬芯片擁有得天獨厚的優(yōu)勢，IOS的多任務理念和安卓不同，所以沒有必要堆太多的核心數量，而需要把盡可能多的計算資源投入到當前任務中，我們經常看到同一個應用，在iPhone上運行速度往往更快、更流暢，因為處理器設計需要非常多的精力投入在功能驗證和性能優(yōu)化上，如果設備和系統(tǒng)相對單一，那樣就能保證芯片的優(yōu)化方向更加明確，研發(fā)團隊也能形成合力，這也是IPhone往往比同期的安卓旗艦手機使用壽命更長的原因所在（安卓手機的碎片化太嚴重了）。 不過蘋果的芯片也并非全都是自主研發(fā)，比如基帶還是依靠高通，今后可能會和英特爾合作，重要的GPU部分也已經開始完全自研，取消了和Imagination的合作，預計未來的蘋果芯片自主化程度還會更高。 總之蘋果芯片能做到這么強，就是由于其資金+人才+生態(tài)系統(tǒng)共同促成的，當然也離不開喬布斯當年長遠的戰(zhàn)略眼光，把芯片自主研發(fā)從一開始就擺到了極其重要的位置。

不是它強，是他系統(tǒng)優(yōu)化匹配的好. 安卓四核CPU 2G運存時 蘋果才雙核 1G 運存不到，，安卓開源的配置太雜無法優(yōu)化的好，而蘋果封閉就是量身定制， 系統(tǒng)CPU 都是定向優(yōu)化的，如果那天安卓也統(tǒng)一配CPU型號 統(tǒng)一零部件，安卓也可以做的強，典型的Windows phone系統(tǒng)封閉的一樣很流暢 為什么蘋果的芯片這么強？ 這百科是很多人都不明白的點，去年的手機新款iPad Pro直接用上了A12Z，性能堪比很多英特爾芯片的筆記本。今年蘋果更瘋狂，宣布要用ARM架構替代已有的X86架構，換句話說，以后的蘋果筆記本、iMac都是用A系列芯片，并且用A12Z跑了古墓麗影這樣的大型 游戲 ，不得不說蘋果的芯片實力真的牛逼。 **、蘋果有世界**的硬件團隊 蘋果的芯片團隊有多牛？前ARM首席架構師在去年都入職了蘋果，擔任蘋果芯片的研發(fā)。

這位架構師何許人也？那就是Arm首席CPU架構師Mike Filippo，他是Cortex A57/A72/A76三代CPU大核設計者，同時也是已經規(guī)劃和開發(fā)中的Hercules(第三代A76)、Ares和Zeus CPU的首席架構師。前面的不說，就說這A76，去年的驍龍855、麒麟980，和今年的麒麟990都是基于A76架構的。 并且這還是今年才加入的架構師，之前蘋果自己的團隊就已經足夠強大了，看看A12、A13、A12Z，哪一款芯片不是獨角獸級的。我想Mike加入蘋果，也是蘋果今年宣布轉向ARM架構的底氣所在。

第二、蘋果有足夠的時間、足夠的資金、足夠的技術儲備來發(fā)展芯片 蘋果每一代產品都是提前三年開始規(guī)劃，由此可見蘋果有多恐怖了，再看看國內市場，很多手機都是半年左右就立項拍板生產，但蘋果三年前就在設計產品了，這其中就包括芯片，其有足夠的時間來**優(yōu)化，甚至從系統(tǒng)層面就就開始適配，這就是優(yōu)勢所在。 另外，蘋果背靠硅谷，是全球的 科技 中心，有人才，有技術，即使是供應鏈，也是全球最**。三星、臺積電等都為蘋果代工芯片，再結合蘋果自研架構，這種優(yōu)勢就被放大了。

說到底，蘋果芯片強大的原因就是單核實力強，單核相當于芯片的頂梁柱。如果把芯片看成一個球隊，那大核就是這個球隊的**核心，就跟前兩年的詹?。

蘋果為什么狂堆單核

因為很多應用程序都是運行在單核模式下的，多核運行的程序還是比較少的。當單核cpu的性能更加強大的時候，應用程序的運行和反應也就越快。

概念：
顧名思義處理器只有一個邏輯核心。

單核處理器向多核處理器的發(fā)展，是處理器歷史上一次重大的變革。
若用人類**來比喻的話，CPU代表執(zhí)行力，是一個抽象的概念;而操作系統(tǒng)則是各級**，操作系統(tǒng)的內核則是**決策者，**或宰相以及圍繞他們?yōu)楹诵牡囊粋€班子。
遠古時期的CPU是沒有特權級別的，（這兒只分析x86系列，最初的8086/8088只有實模式一種，沒有特權級別）就像遠古的堯舜禹時代：傳說即使是大禹也要親自干體力活，由于每天泥里來水里去，以至于小腿上都不長汗毛。
CPU也是如此，到了80286，就出現了保護模式，保護模式真正開始實用，是伴隨著80386出現的，并且一直沿用下來。

在保護模式設計下，CPU出現了特權階層，就是我們所說的Ring0級別，在Ring0級別執(zhí)行的都是特權指令。
我們通常的程序，都是跑在Ring3級別的（Ring1、Ring2倆級別沒有使用），也叫用戶模式，這樣，操作系統(tǒng)的代碼跑在Ring0級別（以及一些**），通用程序跑在Ring3級別。
通用程序可以調用操作系統(tǒng)的功能，就像我們可以去**申冤啦之類，由**的各級行政民政部門負責辦理，但辦理過程一般對我們是不透明的，因為那是跑在Ring0級別的，我們因為權限低，無法看到，只能等待執(zhí)行結果。