تراشه A16 اپل در آیفون 14 پرو چگونه می‌تواند معادلات را به هم بزند؟

اگر نگاهی به دانسته‌های خود درباره تولید تراشه‌های مدرن اپل، فرآیندهای دخیل در بسته‌بندی چیپست‌ها و بهینه‌سازی تراشه‌های قبلی این شرکت داشته باشیم، می‌توانیم به طور کلی پیش‌بینی کنیم که نسل بعدی سیستم بر تراشه (SoC) کوپرتینویی‌ها چه وضعیتی خواهد داشت. در این مطلب می‌خواهیم نگاهی به تراشه نسل بعدی اپل یعنی A16 داشته باشیم، اما کار نسبتا سخت‌تری در پیش داریم.

با توجه به شایعات موجود، تراشه A16 قرار نیست از نظر لیتوگرافی جهش بزرگی داشته باشد و فقط بر روی آیفون 14 پرو و آیفون 14 پرو مکس به کار گرفته خواهد شد. بنابراین مدل‌های استاندارد آیفون 14 از همان تراشه A15 نسل قبلی استفاده می‌کنند.

افزون بر این، باید در نظر داشته باشیم که اپل چگونه از طراحی تراشه‌های خود استفاده می‌کند. این شرکت در گذشته از تراشه‌های قبلی سری A با پسوند X برای آیپد پرو استفاده می‌کرد، اما حالا این تراشه‌ها بزرگ‌تر شده و برای کامپیوترهای مک به سری M تبدیل می‌شوند. در ادامه مطلب سعی می‌کنیم با بیشترین اطلاعاتی که در اختیار داریم، وضعیت تراشه A16 را پیش‌بینی کنیم. با این حال، امسال متغیرهای بیشتری در کار است و احتمالا با غافل‌گیری‌های بیشتری روبرو خواهیم شد.

تراشه‌ای فقط برای مدل‌های پرو

اپل در گذشته معمولا در مدل‌های پرو رم بیشتری ارائه می‌کرد اما این محصولات هم تراشه‌ای مثل مدل‌های استاندارد داشتند. منتها در سری آیفون 13 شرایط کمی تغییر کرد. آیفون 13 پرو و پرو مکس نه تنها رم بیشتری داشتند بلکه به یک هسته GPU اضافه دسترسی پیدا کردند. البته مدل‌های استاندارد هم از همان تراشه برخوردار بودند اما یکی از هسته‌های آن‌ها غیرفعال شده بود. این تصمیم یک تاکتیک رایج برای افزایش نرخ بازدهی در تولید تراشه‌های پیشرفته است. با این حال، این اولین باری بود که اپل در مدل‌های آیفون دست به انجام چنین کاری زد.

در خصوص تراشه A16، اکثر منابع آگاه می‌گویند اپل می‌خواهد این تراشه را فقط در آیفون 14 پرو و پرو مکس عرضه کند. مدل‌های استاندارد این خانواده به تراشه A15 مجهز می‌شوند اما نسخه‌ای را دریافت خواهند کرد که 5 هسته دارد و پیش‌تر در آیفون 13 پرو قرار گرفته بود.

تراشه A16 پیشرفت کمی نسبت به نسل قبلی خواهد داشت، اما مشخص نیست که اپل نام دیگری را برای آن انتخاب می‌کند یا خیر. اگر این تراشه واقعا فقط در آیفون‌های گران‌تر عرضه شود، کوپرتینویی‌ها می‌توانند افزایش قیمت 100 دلاری این مدل‌ها را که در شایعات به آن‌ها اشاره شده، توجیه کنند. مدل‌های آیفون 14 پرو علاوه بر ویژگی‌هایی مثل صفحه همیشه روشن، احتمالا به دوربین اصلی 48 مگاپیکسلی هم مجهز می‌شوند. و این دوربین به احتمال زیاد توان پردازشی بالاتری لازم دارد.

فرآیند تولید جدیدی که قدیمی است

باورپذیرترین شایعه موجود می‌گوید A16 درست مثل A15 و A14 با لیتوگرافی 5 نانومتری ساخته می‌شود. البته در برخی از شایعات آمده که این تراشه ممکن است با لیتوگرافی 4 نانومتری تولید شود، اما TSMC چنین خط تولیدی ندارد. این شرکت از فناوری N4P پشتیبانی می‌کند که اسم رمزی برای نسل سوم همان لیتوگرافی 5 نانومتری است. N4P از نظر توان 11 درصد قوی‌تر، از نظر مصرف انرژی 22 بهینه‌تر و از نظر تراکم 6 درصد بهتر از نسل اول لیتوگرافی 5 نانومتری یعنی N5 است.

تراشه A14 اولین محصول اپل بود که از N5 استفاده کرد. سپس A15 به سراغ استفاده از نسل دوم N5P رفت که بهینه‌سازی‌های کمی نسبت به نسل قبلی داشت. پس طبیعی است که کوپرتینویی‌ها نخواهند دنبال بهینه‌سازی‌های قابل توجهی نسبت به لیتوگرافی 5 نانومتری باشند. این پیشرفت مطمئنا به اندازه جهشی که در حرکت به سمت لیتوگرافی 3 نانومتری TSMC انجام خواهد شد، نیست. این فناوری هم احتمالا امسال آماده می‌شود اما انتظار نمی‌رود که به زمان تولید آیفون 14 پرو برسد. اپل سال آینده با تراشه 3 نانومتری می‌تواند تعداد ترانزیستورها را 70 درصد افزایش دهد.

با وجود این که لیتوگرافی نسل سوم 5 نانومتری پیشرفت بزرگی نسبت به نسل دوم ندارد، اما تراشه جدید اپل پیشرفت‌های بیشتری را به کاربران ارائه خواهد کرد. این شرکت احتمالا از 15 میلیارد ترانزیستور در A15 به سراغ 18 تا 20 میلیارد ترانزیستور در A16 می‌رود. بخش عمده این افزایش ترانزیستور به موتور عصبی برای یادگیری ماشینی، پردازنده سیگنال تصویری، رمزگذاری و رمزگشایی ویدیو و برخی بهینه‌سازی‌ها در عملکرد CPU اختصاص می‌یابد.

عملکرد CPU در تراشه A16

ارتقای پیکربندی هسته‌های تراشه آیفون توجیه چندان قابل قبولی ندارد. دو هسته پرتوان و چهار هسته بهینه برای پلتفرمی که تقریبا همیشه فقط یک اپلیکیشن در حال اجرا به‌صورت تمام صفحه و چند برنامه کوچک پس‌زمینه دارد، کافی است.

این شرکت احتمالا بیشتر به دنبال بهینه‌سازی هسته‌های CPU و اجرای آن‌ها با سرعت‌های بالاتر است. به ویژه، احتمالا باید منتظر تمرکز بر هسته‌های پرتوان باشیم، چون این هسته‌ها در نهایت به طراحی تراشه‌های سری M در دنیای مک‌ها منتقل می‌شوند. سری M3 احتمالا مبتنی بر طراحی A16 ساخته می‌شود و صرفا هسته‌های بیشتر و احتمالا حافظه کش بزرگ‌تری خواهد داشت.

یک منبع آگاه توییتری که صحت گزارش آن قابل تایید نیست، اخیرا اعلام کرد که A16 حدود 42 درصد سریع‌تر از A15 است. ولی بعید به نظر می‌رسد که چنین پیشرفتی برای سال جاری میلادی ممکن باشد. این شرکت احتمالا به سراغ استفاده از حافظه LPDDR5 می‌رود و به پهنای باند بیشتری دست می‌یابد. این پیشرفت در کنار حداکثر سرعت کلاک که بالاتر می‌رود عملکرد موبایل جدید اپل را 15 درصد بیشتر کند.

البته این‌جا باید از یک استثنا هم حرف بزنیم. زمانی که شرکت آرم پارسال داشت معماری ARMv9 را کامل می‌کرد، شایعاتی در این باره مطرح شده بود که آیا اپل به اولین شرکتی تبدیل می‌شود که از این معماری استفاده کند یا نه. معماری ARMv9 حالا در تعدادی از هسته‌های تحت مجوز این شرکت از جمله Cortex-A710 و Cortex-A510 در دسترس است. این معماری امسال در تراشه‌هایی مثل اسنپدراگون 7 نسل 1 عرضه می‌شود.

اپل طراحی هسته‌های خود را از آرم نمی‌گیرد؛ این شرکت طراحی‌های خاص خود را دارد که با مجموعه دستورالعمل‌های آرم سازگارند. A15 از مجموعه دستورالعمل‌های ARMv8.5-A پشتیبانی می‌کرد و حرکت به سمت ARMv9 می‌تواند اثر مثبتی روی برخی از حوزه‌های مشخص عملکرد این تراشه داشته باشد.

آرم می‌گوید معماری ARMv9 حدود 30 درصد نسبت به نسل قبلی بهتر شده، اما با توجه به این که اپل از معماری خودش استفاده می‌کند، نمی‌توان به‌طور دقیق گفت که پیشرفت تراشه A16 چقدر خواهد بود. صرفا می‌توانیم انتظار داشته باشیم که این تراشه از ARMv9 پشتیبانی کند و برخی از عملیات‌های CPU را سریع‌تر انجام دهد.

عملکرد GPU در تراشه A16

با وجود این که آیفون معمولا در زمینه پردازشگر گرافیکی با فاصله زیاد از رقبا جلوتر است، اپل به سرمایه‌گذاری جدی در زمینه عملکرد GPU ادامه می‌دهد. این موضوع حالا با توجه به تولید تراشه‌های لپ‌تاپ و دسکتاپ با گرافیک مجتمع و حذف گرافیک‌های اختصاصی اهمیت بیشتری پیدا کرده است.

با این حال، اپل نمی‌تواند بدون ایجاد جهشی بزرگ در لیتوگرافی و افزایش تعداد ترانزیستورها، تعداد هسته‌های GPU را بالا ببرد. پیش‌بینی‌ها حاکی از آن است که پردازشگر گرافیکی تراشه A16 حداکثر پنج یا شش هسته داشته باشد. با این وجود، پیشرفت‌هایی که از نظر معماری به دست می‌آید، در کنار ارتقای حافظه به مدل LPDDR5 و افزایش پهنای باند، می‌تواند عملکرد GPU را بهتر کند.

بر همین اساس، به نظر می‌رسد که افزایش 25 تا 30 درصدی عملکرد GPU قابل انتظار و منطبق با آخرین پردازنده‌های سری A باشد. این روند افزایش قدرت در بنچمارک‌ها و تست‌هایی که فعلا به خاطر پهنای باند حافظه محدود شده‌اند، قابل مشاهده است.

اپل احتمالا برای شتاب دادن به قابلیت رهگیری پرتو در پردازشگرهای گرافیکی بعدی خود باید از توان سخت‌افزاری استفاده کند. این قابلیت به سرعت به یکی از استانداردهای لپ‌تاپ‌ها و کامپیوترهای دسکتاپ تبدیل شده و سری M هم طراحی خود را از سری A دریافت می‌کند. حالا حتی برخی از تراشه‌های قدرتمند دنیای موبایل از شرکت‌های کوالکام و آرم هم ارائه قابلیت رهگیری پرتو را در نقشه راه خود قرار داده‌اند.

با این حال، پیش‌بینی نمی‌شود که چنین اتفاقی امسال بیفتد. شتاب‌دهی با توان بالا برای قابلیت رهگیری پرتو نیازمند افزایش قابل توجه تعداد ترانزیستورهاست و بعید به نظر می‌رسد که این شرکت بدون افزایش قابل توجه تعداد ترانزیستورها بخش بزرگی از تراشه خود را به این ویژگی اختصاص دهد. این شرکت به احتمال زیاد سال آینده با حرکت به سمت فرآیند 3 نانومتری به سراغ پشتیبانی از رهگیری پرتو خواهد رفت.

سرمایه‌گذاری سنگین در یادگیری ماشینی و تصویرسازی

یکی از پرتکرارترین شایعات درباره آیفون 14 پرو به برخورداری از دوربین اصلی 48 مگاپیکسلی مربوط می‌شود. این دوربین در شرایط کم نور از مقادیر نوری پیکسل‌های مجاور استفاده می‌کند تا تصاویر 12 مگاپیکسلی بسازد، اما در شرایطی که نور کافی وجود داشته باشد، می‌تواند تصویری بسازد که رزولوشن آن چهار برابر خروجی دوربین آیفون‌های امروزی است. از این طریق، امکان فیلمبرداری 8K، قابلیت‌های زوم قوی‌تر و غیره نیز فراهم می‌شود.

با این وجود، استفاده از دوربین 48 مگاپیکسلی به قدرت زیادی در پردازنده نیاز دارد، چون باید مسیرهای بزرگ‌تر و سریع‌تری برای پردازنده سیگنال تصویری داشته باشید. پردازنده تصویری باید بتواند چهار برابر بیشتر پیکسل‌ها مدیریت کند، وگرنه زمان انتظار چهار برابر افزایش می‌یابد.

گوشی‌های هوشمند مدرن با نوردهی‌های مختلف چند صحنه را با هم ترکیب می‌کنند و با کمک یادگیری ماشینی بهترین خروجی را به دست شما می‌رسانند. برخی از مراحل انجام این کار می‌تواند در رزولوشن‌های پایین‌تر انجام شود، اما برخی باید در رزولوشن کامل 48 مگاپیکسلی صورت بگیرد تا بهترین نتیجه حاصل شود.

به عبارت دیگر، این دوربین جدید احتمالا نیازمند پردازنده سیگنال تصویری و موتور عصبی قوی‌تری است. به‌علاوه، بدیهی است که اپل حالت Cinematic Mode را هم ارتقا خواهد داد. این حالت در حال حاضر روی 1080p محدود شده، اما در صورت رفتن به 4K به قدرت پردازشی بیشتری نیاز دارد. بهینه‌سازی ویژگی‌های دیگری مثل جلوه بوکه یا ردیابی اشیاء هم از جمله چیزهایی هستند که بدون ارتقای قدرت پردازنده در دسترس قرار نمی‌گیرند.

از سوی دیگر، رمزگذاری و رمزگشایی ویدیو اهمیت زیادی دارد. جدیدترین پردازنده‌های ویدیویی اپل از HEVC و ProRes پشتیبانی می‌کنند، اما با کدک جدیدتر AV1 سازگار نیستند. این کدک می‌تواند ضمن حفظ کیفیت ویدیوها، اندازه فایل آن‌ها را به شکل قابل توجهی کاهش دهد. با توجه به این که کوپرتینویی‌ها یکی از اولین شرکت‌ها در ارائه پشتیبانی از تصاویر HEIC و ویدیوهای HEVC بودند، آیا پشتیبانی از AV1 هم به آیفون 14 پرو اضافه خواهد شد؟

رم LPDDR5

عده‌ای پارسال باور داشتند که اپل LPDDR4x را کنار می‌گذارد و به سراغ LPDDR5 می‌رود. اما چنین اتفاقی نیفتاد. ولی مک‌بوک پرو با M1 پرو و M1 مکس، مک‌بوک ایر با M2 و مک استودیو با M1 اولترا به این حافظه مجهز شدند. آیا اکنون بالاخره می‌توانیم شاهد استفاده از این حافظه در آیفون‌ها باشیم؟ احتمالا بله. تحلیل‌گر زنجیره تامین، «مینگ-چی کو» می‌گوید کوپرتینویی‌ها برای مدل‌های آیفون 14 پرو حافظه LPDDR5 سفارش داده‌اند.

مهاجرت از رم LPDDR4x به LPDDR5 حدود 50 درصد پهنای باند حافظه را بهبود می‌دهد و اثر مثبتی بر مصرف انرژی خواهد داشت. این فناوری شاید به تنها باعث افزایش سرعت پردازش‌ها نشود، اما به سیستم اجازه می‌دهد تا برای پردازش‌های گرافیکی سه بعدی و پردازش تصاویر یا ویدیوها پهنای باند بیشتری داشته باشد.

مودم اسنپدراگون X65 در تراشه A16

مودم‌های سلولار بخشی از خود تراشه A16 نیستند، اما با این چیپست یکپارچه می‌شوند و برای آیفون ضروری خواهند بود. اپل سال‌هاست که سعی دارد مودم 5G خودش را برای آیفون‌ها تولید کند، اما شایعات جدید نشان می‌دهد که این محصول هنوز آماده عرضه نیست.

پس انتظار داریم که آیفون 14 پرو (و احتمالا آیفون 14) از مودم اسنپدراگون X65 استفاده کنند. به گفته کوالکام، پیشرفت اصلی در این مودم مربوط به مصرف انرژی و اعتمادپذیری است. این مودم حداکثر سرعت تئوری خود را افزایش داده و آن را به 10 گیگابیت بر ثانیه رسانده، اما بعید است که شبکه‌های 5G موجود در دنیا بتوانند به چنین سرعتی برسند. به‌علاوه، گفته می‌شود که این مودم بهتر از قبل می‌تواند ارتباط خود را با سیگنال‌ها حفظ کند، در نتیجه انتظار می‌رود که عملکرد کلی گوشی‌ها بهتر شود و در شرایط غیرایده‌آل باتری کمتری مصرف شود.

منابع مختلف درباره تاریخ عرضه مودم اختصاصی اپل برای آیفون با هم اتفاق نظر ندارند. برخی می‌گویند این مودم در سال 2023 به بازار می‌آید، اما عده‌ای باور دارند که تاخیرهای پیش آمده باعث می‌شود عرضه این دستگاه چند سال دیگر به تعویق بیفتد. پاسخ این سوال هر چه که باشد، مطمئنا امسال مودم 5G اپل را روی سری آیفون 14 نخواهیم دید.