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从CPU到GPU 下一步苹果还会自主定制什么

时间:2017-04-16 来源: 复制分享

苹果依然会想尽一切可能地实现产品自主定制化,保持在现代移动计算中持续占据主导地位。这个月,我们看到有两家公司因为苹果的决定而遭到重大打击,第一家是 Imagination Technologies 公司,苹果基本上已经确定在未来两年时间内放弃 PowerVR GPU,转而改用自主设计,导致 Imagination Technologies 股价顺跌了七成。

第二家是 Dialog Semiconductor,据说苹果已经自主设计电源管理集成电路,因此该公司的股价也下跌了超过三分之一。

很显然,苹果正在不断摆脱供应商的零部件产品,更多地实现自给自足。那么,苹果下一个自主定制的组件会是什么呢?

CPU 内核定制的优势不可否认

不少人认为苹果的做法很疯狂,其实很正常,苹果长期以来一直在做这样的事情,而且自主搞定的组件都不赖,CPU 就是个最好的例子,从早期的 A4 到今天的 A10 芯片,苹果无疑不是基于 ARM 授权的指令集定制自主 CPU 核心,而且 A10 目前的 CPU 性能仍不落后于最新发布的 Snapdragon 835。

如此来看,苹果确实有理由继续自主定制各种组件,毕竟其优势是进一步将优势扩大,更好的为自己的设备服务。可以看到,从最初几代自主定制的 CPU 开始,苹果 A 系列芯片就能够一直保持业内最强的单线程 CPU 性能了,并且远高于公版 ARM 设计规定的数字,每一代提升都不小。简单地说,定制 CPU 目前最明显的两个优点是:

- 每个单元性能发挥仅需较低的功耗(保证每个时钟周期更高的性能)。

- 每线程应用提供最大的性能。大多数时间,用户都只使用单个应用程序,因此无论是用户界面本身或者通过应用执行的任务,都能转化为更高的性能。

初期自主定制 A5 芯片对比 A6 芯片,单线程性能带来的提升巨大,达到 150%,下面是Geekbench 4 的跑分成绩图对比鲜明:

如此巨大的性能跳跃,每一次都能给苹果带来当时最大的性能优势,要知道早期也只有高通能够不依赖公版的 ARM 内核设计。为此苹果最大的竞争对手三星,在当时也不得不依靠特殊的方式来与苹果比拼性能,即多内核、高频率的手段,结果就是 Galaxy S2 还能在性能上轻而易举地超过 iPhone 4S 性能,毕竟更高频率。

事实上,三星到了 Galaxy S3 这一代就不能再继续耍同样的手段了,因为标准的 Cortex- A9 公版内核,以及高通定制的 Krait 内核,已经拉高到了 1.3GHz 的频率,而苹果的 A6 芯片单核性能至少相比 A5 改进了 50%,但实际整体提升 150%。每一年如此反复,苹果的定制内核都能基于领先优势,并且在不增加电池容量的情况下,功耗水平维持得相当不错。最终导致三星今天也不得不效仿苹果,为了性能而对 CPU 内核进行定制。

那自主定制的 GPU 呢 

Imagination Technologies 的 PowerVR GPU 并不差,但苹果为何要定制呢?答案依然是两个字:优势!

成本优势:只能说是部分原因之一。苹果在 2016 财年给 Imagination Technologies 的专利授权费高达 8100 万美元,如果平摊到每一部 iPhone 上大概是 0.4 美元,显然成本不是主要因素。苹果是 Imagination Technologies 的股东之一,能拿到更低价也很正常。不过自主设计 GPU,每一年所付出的费用可能就不止上面这个数字了,除了自有资源之外,必然还包括提供给第三方的授权费。

性能优化:最主要的原因,而且性能上的优势可以转变为功耗优势,只以较低的频率就能挤出更高的 GPU 性能,至于更多优势完全可以参考 CPU。

苹果已经从 A8 开始基于 Imagination Technologies 的 IP 定制 GPU,在 GPU 上依然没能发挥巨大的优势。可能很多人认为 iPhone 屏幕分辨率比竞争对手低,性能才得以发挥出来。不过,在 offscreen 原始性能方面,下面的图表还是能够看到苹果领先对手的性能差距:

不过,这样的性能优势都没有实现长期维持,或者能够保持一两年时间,最新出炉的 Snapdragon 835 同样给 A10 带来了竞争压力。对此,苹果也许有两种可能的选择:

- 艰难之路。完全自主开发和设计 GPU 内核,不过 Imagination Technologies 公司不认为苹果有这个能力,主要是关于 IP 知识产权方面,无法在未取得授权的情况下完全自主设计 GPU。

- 简易之路。最简单的方法就是继续定制 GPU,方法类似于 CPU,其中的设计和知识产品来自其他公司。举个例子来说,ARM Mali GPU 就是理想的选择,近期 G71 在业内好评不断,还可以选择 AMD 或 Nvidia 的 GPU 设计进行定制。其中 Nvidia 是图形处理行业的领头羊,之前 Tegra 芯片的 GPU 已经充分证明实力。因此,在除 Imagination Technologies 之外,苹果仍可考虑基于其他公司的优质 GPU 设计进行定制。

下一步会是什么呢?

苹果已经在 CPU 定制领域炉火纯青,相同的策略很快将会延续到 GPU 上。那么,接下来还有可能对哪一些组件采取相似的策略呢?

- 定制桌面级 CPU?

大量专家和分析师认为苹果既然已经考虑了定制移动 CPU,因为按照目前苹果针对其 SoC 不断优化和改进之路,到达一定程度之后,性能应该足以驱动 MacBook 笔记本电脑,包括不断增强的单核性能,以及堆更多的高性能内核,未来不排除在入门级桌面产品中抛弃英特尔处理器的可能性。

另外,目前苹果只是针对移动设备优化性能,功耗有严格的性质,在更高功率的笔记本电脑或台式机上,更高的功率理论上也能达到必要的性能,取代英特尔芯片不是不可能。不过,在本月初苹果与几位记者在总部召开的一次小型圆桌会议上,当天被问及是否考虑 ARM 的 Mac 产品时,苹果确认仍继续使用英特尔处理器。

当时苹果全球市场营销高级副总裁 Phil Schiller 只说了一个词:NO。

- 自主调制解调器

目前苹果主要使用来自高通或英特尔的独立调制解调器解决方案。不过,在芯片内部整合连接性功能是一枚高级芯片的必经之路,有助于减少主板面积,目前高通和华为已经分别在 Snapdragon 和麒麟处理器上展开相关工作了。苹果的另一竞争对手三星,也已经有好几年的调制解调器开发经验,而且三星官方曾表示,预计 2017 年年底的 Exynos 芯片就能完成对调制解调器的整合工作。

苹果目前与高通虽然合作很长时间了,但苹果对高通的合作并不满意,前段时间还因高通收的专利费过高将其告上了法庭。现在苹果有英特尔作第二选择,但要减少高通的依赖,不是没有可能考虑自主调制解调器。4 月 14 日有来自业内人士的爆料称,苹果研发调制解调器的项目有五六年时间了,下半年产品就能出样,2018 年就准备改用自己研发的 4G 调制解调器了。

我们不清楚去年苹果与英特尔合作供应调制解调器的目的,不过据推测有可能与布局自主调制解调器有关,CPU、GPU、电源管理单元和调制解调器这些都是 SoC 一体式芯片的重要组成部分,苹果可能真不打算不放过。

- 音频编解码器

目前,苹果为 iPhone 7 准备了 4 个的音频相关 IC 元件,其中 3 个在手机内部主板上,另 1 个则是在 Lightning 转 3.5mm 耳机接口的转换器当中。可以推测,主板上的 3 个 IC 中有 2 个可能分别驱动顶部和底部的扬声器,另一个可能是为 Lightning 接口音频服务,毕竟 Lightning 接口完全数字化,存在音频 IC 并不奇怪。

苹果目前已经去除耳机接口,未来考虑去除用于过渡转换器是很正常的事情,相关音频 IC 也将随之消失。不过,音频芯片现在大多整合放大器,而音频编码解码功能开始由协处理器提供,所以 iPhone 的音频芯片会与电源管理单元整合到一起。既然现在苹果已经考虑自主设计电源管理单元,那么接下来再做系统级的音频芯片也不是不可能的事情,。

小结

我们无法预知苹果未来还会对哪些关键组件进行自主定制,不过苹果目前已越来越重视芯片和内部组件的设计和研发,目的就是保持在性能、功能和成本上形成巨大的竞争优势,在未来数月或数年时间里,我们可能会看到苹果逐步抛弃更多的组件供应商。虽然这对于供应商而言苹果显得无情,但是恰恰表明苹果正试图在自家产品中拥有更多的核心技术。

苹果已经将定制芯片作为长期重要战略优势之一,所以我们看到了自主 S 系列芯片、T 系列芯片和自主储存控制器等,因为开发定制芯片所需的巨大资源正好是其他诸多竞争对手所不具备的,哪怕部分芯片如 GPU 的复杂程度远远超过苹果迄今所作出的任何厂商,但苹果依然会想尽一切可能地实现产品自主定制化,保持在现代移动计算中持续占据主导地位。

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