לאחר שסיפקה רק את שני הדורות הראשונים של מעבדי ה-ARM שלה, אפל כבר הוכרה כמעצבת סיליקון ניידת מובילה. המהלכים הבאים שלה הפתיעו את התעשייה והחלו לחשוף אסטרטגיה של אינטגרציה אנכית הדוקה מסיליקון למערכת הפעלה שיצרניות מכשירים אחרים לא יכלו להתאים לה - ואפילו לא נראה שהיא חשובה עד שהיה מאוחר מדי.
הסוויפט לפני סוויפט
עד אמצע 2012, אפל השיקהA4,A5וחדשA5Xעם זיכרון רחב מותאם אישית וארכיטקטורה גרפית המניעה את "האייפד החדש", הטאבלט מהדור השלישי שלו עם צג Retina.
בזמנו, היה נהוג לראות שהעתיד של אפל עבור סיליקון נייד Axe קשור ביעילות עם OMAP 5 של Texas Instruments, Tegra 4 של Nvidia ו-Exynos 5 של סמסונג במרוץ כלל תעשייתי לספק דור חדש של שבבים ניידים המבוססים על החדשים של ARM עיצוב Cortex A15 big.LITTLE.
עיצוב ההתייחסות של ARM חיבר קבוצות של מספר ליבות מהירות ואיטיות יחד כדי לאזן בין מהירות ויעילות הספק. קוואלקום גם בדיוק הוציאה ארכיטקטורת Krait Snapdragon מרובת ליבות חדשה משלה המיישמת טכניקות דומות.
באותו סתיו, אפל פרסמה את ה-A6 שלה, ששוב הכפיל את ביצועי המעבד וה-GPU שלו לעומת השנה הקודמת. כתיבה עבור אננדטק, אנאנד לאל שימפינָקוּבכי "נראה שאפל שילבה שתי ליבות ARM Cortex A15 בתהליך 32nm LP HK+MG של סמסונג", והוסיפה כי "זו עסקה ענקית כי זה אומר שאפל ניצחה גם את TI וגם את סמסונג בהבאת מכשירי A15 לשוק", וקוראת ל-Cortex A15 "המעבד בעל הרישיון בעל הביצועים הגבוהים ביותר שהתעשייה ראתה אי פעם."
זה היה למעשה עניין גדול יותר אפילו מזה. במקום להיות הראשונה שמספקת גרסה מואצת של ליבה חדשה עם רישיון ARM, אפל יצרה עיצוב מעבד חדש "Swift" מותאם אישית לחלוטין עבור A6 כפול הליבה שלה. סוויפט הייתה מהירה יותר מכל דבר שכל אחד יכול להעניק רישיון מ-ARM.
A6 עם שתי ליבות מעבד Swift
סיליקון ייעודי של אפל
בנוסף, ליבת ה-Swift החדשה של אפל אפילו לא עקבה אחר תפיסת העיצוב הגדולה כביכול המתקדמת של ARM, כביכול מרובת ליבות, המציינת את השימוש בקבוצות של ליבות א-סימטריות. במקום זאת, A6 השתמש בשתי ליבות מעבד גדולות יחסית ששלטו בעיצוב שלה.
כפלטפורמת האפליקציות הסלולריות המשמעותיות ביותר בעולם, לאפל הייתה תובנה ייחודית כיצד להאיץ בצורה הטובה ביותר קוד בעולם האמיתי הפועל במכשיר נייד. אדריכלי השבבים ב-ARM לא ניהלו חנות אפליקציות מובילה. לא היא ולא קוואלקום פיתחו מערכת הפעלה.
נראה כי עיצובי הליבה בעלי הביצועים הגבוהים של ARM נבנו במקור תוך מחשבה על שרתים. רק כמה שנים קודם לכן, אף אחד לא ציפה שמכשירים ניידים יקפצו במהירות כלפי מעלה בתחכום כל כך מהר, בתשלום ממכירות יחידות רווחיות של כמויות עצומות של מכשירים חדשים שיכולים לעמוד בקצב כזה של פיתוח סיליקון.
אפל רק יצרה קטגוריה חדשה לגמרי ובעלת קיימא של מכשירי טאבלט בשנת 2010. היא השתמשה בתחילה באותו שבב עבור האייפד והאייפונים שלה במשך שנתיים לפני שהוציאה את ה-A5X במיוחד עבור גרפיקה של iPad 3 בעלת עוצמה גבוהה יותר. בינתיים, מעצבי שבבים בחברות אחרות חיפשו להתרחב לשווקים משובצים חדשים במקום להכפיל את הביצועים של שבבים עבור שוק טאבלטים שאפילו לא היה קיים.
אז אמנם נראה שאפל מדביקה את הקצב רק עם יצרניות שבבים ניידות אחרות ב-2012, אבל המציאות הייתה שעיצוב הליבה המותאם אישית לחלוטין של אפל - שנבנה כשאסטרטגיית ה-iOS של החברה החלה לעבור מציפייה מלאת תקווה להצלחה מבוססת - לא היה אפילו ירד עדיין.
ה-big.LITTLE של ARM הומצא כדרך להשתמש במספר ליבות מקבילות בעלות ביצועים גבוהים במכשיר נייד: היא אפשרה אפשרות להפעיל אותן בעת הצורך ולהחליף שימוש בליבות בהספק נמוך כשלא היו. זה דרש קוהרנטיות מורכבת של מטמון בין קבוצות הליבות כדי לעבוד ביעילות. שתי קבוצות הליבות פעלו למעשה כמו שני מעבדים שונים, שהמערכת יכלה לעבור ביניהם, וכתוצאה מכך הרבה כפילות ב-SoC.
ה-big.LITLLE של ARM החליפו בין סטים של Cortex-A15 מהירות לבין ליבות Cortex-A7 יעילות
ארכיטקטורת הליבות הרבות לא עברה אופטימיזציה למקרי שימוש טיפוסיים במכשירים ניידים בשנת 2012. בטלפון, מכשיר לעתים קרובות יושב בטל, אבל כשהמשתמש רוצה לעשות משהו, הוא צריך להידלק ולהתמקד במשימה ב- יד, ואז כבה שוב באותה מהירות כדי לחסוך בסוללה.
זה שונה לחלוטין משרת, שבו חיי הסוללה אינם מהווים בעיה וליבות מרובות יכולות כל הזמן לעבד הרבה משימות עצמאיות בו-זמנית. הדרך העיקרית לגרום ל-Big.LITTLE להיראות נהדר במכשיר נייד הייתה להריץ עליו משימה דמוית שרת, וזה בדיוק איך נראה אמת מידה מרובה ליבות. אבל בעולם האמיתי, משתמשים רק לעתים רחוקות ניסו להפעיל עומסי עבודה מתמשכים שיכולים להשתמש ביעילות במספר ליבות בו-זמנית.
נראה שזאת הסיבה שאפל התמקדה בשימוש יותר מהסיליקון שלה כדי לספק שתי ליבות גדולות יותר, שיכולות להתעלות במהירות, לעבור משימת ליבה אחת במהירות, ואז להקטין במהירות חזרה למצב סרק. פחות ליבות גדולות יותר הקדישו יותר נדל"ן מסיליקון למקרה השימוש הטיפוסי של מכשיר נייד: יציאה מהירה של משימה בודדת - בעיקר כדי להניע ממשק משתמש מגיב.
אריזה של ארבע או יותר "ליבות ביצועים" לאותו אזור, עיצוב Cortex A15 הפחית למעשה את גודל המנוע הגדול ביותר שלו כדי לפנות מקום לאפשרות שעלולה להתרחש נסיבות שבהן ארבעה מנועים קטנים יותר יכולים לעבוד יחדיו במקביל. ה-A6 של אפל נראה יוצא דופן בשל שני מנועי מעבד גדולים יותר.
לולאת הסיליקון הייחודית של אפל
אפל הבינה טוב יותר מכל צוות עיצוב סיליקון אחר בדיוק מה גרם לכל פן של מכשירי אייפון לצרוח. עיצובי הסיליקון שלו יכולים לספק בהתאמה אישית בדיוק את מה שמערכת ההפעלה והאפליקציות לנייד צריכים כדי להרגיש מהיר תוך כדי ריצה יעילה. במיוחד, לאפל היה אכפת יותר מביצועי "ספרינט" המספקים ממשק משתמש מגיב, בעוד שנראה כי יריבים מכוונים במידה רבה לספק ביצועי CPU מתמשכים ומתמשכים במודל של מחשב.
גוגל לא בנתה מכשירי אנדרואיד מותאמים; היא בנה את הפלטפורמה הגנרית והרב-תכליתית ביותר שיכולה להתקיים, בתקווה שכולם ישתמשו באנדרואיד מכיוון שהיא יכולה לפעול על כל ארכיטקטורת מעבד ו-GPU. גוגל אפילו לא השתמשה בהצפנה מואצת בחומרה ודחפה רכיבי קודקים "חינם" של מדיה במקום רכיבי קודקים מתקדמים שעברו אופטימיזציה לחומרה שדרשו רישוי.
סמסונג, החברה הנוספת היחידה שבדומה לאפל היו לה צוותים שבנו גם טלפונים וגם שבבי סיליקון, בנתה חומרה ותוכנה גנרית שיכולה לפעול על קוואלקום Snapdragon כמו גם על Exynos משלה, או כל שבב אחר שעשוי להיות זול וטוב מספיק לשימוש. אפילו בשבבים שלו, הוא פשוט עקב אחר העיצובים הגנריים שנוצרו על ידי ARM, הן למעבדים והן בגרפיקה עם ה-Mali GPU של ARM. סמסונג גם מכרה שבבי Exynos לחברות אחרות, כלומר העיצובים שלה צריכים לרצות בדרך כלל שווקים רחבים, שבהם המחיר הוא גורם קריטי מאוד. ליבת ה-SoC המותאמת אישית הראשונה של סמסונג לא נמסרה עד 2015, נקודה שבה אפל הקדימה ללא תקנה.
אפל ביצעה אופטימיזציה של iOS מהקרנל לממשק המשתמש עבור ארכיטקטורת סיליקון אחת. בנוסף, הצרכים של מערכת ההפעלה של אפל ומפתחים ברמת האפליקציה יכולים להיות מוזנים ישירות לצוותים שמתכננים את דורות הסיליקון העתידיים שלהם. מכיוון שאפל הייתה המשתמשת היחידה בשבבי ה-Axe שלה, היא יכלה לעצב עבור מכשירים קנייניים ומובחרים שבהם העלות לא הייתה הגורם החשוב ביותר. אפל לא רק הרוויחהיתרונות גודל של סיליקוןעל ידי ייצור צ'יפס משלה, זה גם היהשיפור קיצוני של לולאת המשוב המריטוקרטית המשפרת מוצרים בשוק.
אפל בנתה רק A6 לשימוש עצמי: אייפון 5
האינטגרציה באפל בין צוותי חומרה ותוכנה שונים הביאה למוצר פרימיום אופטימלי רב. חוסר האינטגרציה בין יצרניות טלפונים אנדרואיד, פיתוח מערכת ההפעלה אנדרואיד ויצרניות השבבים השונות המספקות אותם, הביאו למוצר בסיסי ברמות אופטימליות גרועות. במקביל, המתחרים של אפל נאלצו לבנות טלפונים שעמוסים בהרבה יותר זיכרון RAM ושעינו את הצ'יפים שלהם גבוה יותר רק כדי להיראות תחרותיים.
מכיוון ש-iOS יכול לבצע ביצועים טובים במהירויות שעון נמוכות יותר ודרש פחות זיכרון RAM, הוא יכול גם לספק חיי סוללה טובים יותר. למעשה, הסיליקון של אפל עבר עידון ואופטימיזציה כל כך מהר, עד שההובלה הנוחה של הביצועים שלו אפשרה לחברה לקחת על עצמה משימות מיוחדות עוד יותר. צוות עיצוב הסיליקון של אפל פיתח בקרי אחסון משלו, בנה לוגיקת שמע מותאמת אישית, עיצב את המומחיות שלו במעבד אותות תמונה, ובסופו של דבר אפילו ארכיטקטורת GPU משלו.
כל מה שאפל הוסיפה לשבבי ה-Axe שלה נהנה גם מיתרונות גודל עצומים מכיוון שאפל יכלה להסתמך על מכירה רווחית של יותר מ-100 מיליון יחידות מהשבבים הטובים ביותר שלה בשנה הראשונה לזמינותם. מתחרות הסיליקון מכוונות הביצועים של אפל TI, Nvidia ואינטל לא יכלו. רק בשלוש השנים הראשונות לפיתוחי Axe של אפל, התברר שגם זה לא עומד להשתנות.
במקביל, מכשירי הסלולר של אפל החלו לשבש קטגוריות מוצרים אחרות, ותמכו בצמיחה נוספת בהיקפי המכירות שהמשיכו להניע את ההתקדמות בסיליקון, כפי שיבחן הפלח הבא.
