A13 Bionic chip

Na de lancering van de iPhone 11 Pro en 11 Pro Max nodigde Phil Schiller, senior vice president marketing van Apple, Sri Santhanam uit om op het podium te komen en te praten over de gloednieuwe A13 Bionic-chip. Dit is de eigen Apple chip die in alle drie de iPhones zit. De vice-president engineering van Apple, nam vervolgens vier minuten het woord.

Slimme functies

Na deze presentatie bleven veel cijfers hangen. De nieuwe chip van Apple bevat 8,5 miljard transistors. Ook zijn er zes CPU-kernen: Twee high-performance kernen die draaien op 2,66 GHz (genaamd Lightning), en vier efficiency cores (genaamd Thunder). De chip heeft een quad-core grafische processor, een LTE-modem, een door Apple ontworpen beeldprocessor en een octa-core neurale motor voor slimme machine-learning functies die meer dan vijf biljoen bewerkingen per seconde kan uitvoeren.

Beter dan A12

Zoals we van Apple gewend zijn is deze nieuwe chip slimmer, sneller en krachtiger dan zijn voorganger de A12 bionic. De A12 is aanwezig in de iPhone-modellen voor de iPhone 11: de iPhone XS en iPhone XR. En ondanks al deze extra power verbruikt de A13 chip in de iPhone 11 ook minder stroom dan zijn voorganger. Volgens Apple is hij ongeveer 30 procent efficiënter dan de A12-chip van vorig jaar. Dit zorgt voor een extra lange batterijduur van vijf uur per dag! De iPhone 11 en iPhone 11 Pro staan dan ook bekend om de lange batterijduur. En dit komt deze veelzijdig iPhones met te gekke cameraopties erg ten goede.

iphone xr, iphone xs, A13 Bionic chip

Ontwerp uit eigen keuken

Het echte voordeel van Apple ten opzichte van zijn concurrenten? Dat is dat het bedrijf de hele stapel in handen heeft:

  • de software;
  • de systeem-hardware;
  • het chipontwerp.

Je ziet de voordelen van deze winst terug in de functie-set van de iPhone. Dit geldt voor de mogelijkheden voor augmented reality tot de instellingen voor fotografie, zoals Deep Fusion en Nacht Modus.

Tekst naar spraak

Schiller zei het volgende over de A13 Bionic en zijn mogelijkheden: "een voordeel van de prestatieverhoging dit jaar is de tekst-naar-spraak". Apple heeft de tekst-naar-spraak mogelijkheden zodanig verbeterd dat er een veel meer natuurlijke taalverwerking is. En dat wordt dus allemaal gedaan met machine learning en de neurale engine.

Chipontwerp

Wie herinnert zich dit nog? De smartphones met het voorkant-vullende telefoontoetsenbord, de kleine schermen en net voldoende rekenkracht om een pixelachtig spelletje te spelen. Smartphones hebben zich in de afgelopen decennia in een sneltreinvaart ontwikkeld. Ineens was Apple daar met de meest vernieuwende devices. Toch heeft ook Apple een behoorlijk lange weg afgelegd sinds de lancering van de originele iPhone uit 2007.

De eerste iPhone was traag en niet in staat om zelfs de meest simpele basistaken uit te voeren, zoals het kopiëren en plakken van tekst. Echter, de batterij ging toen nog wel verschrikkelijk lang mee. De camera wist zelfs van het mooiste supermodel een onaangenaam plaatje te maken. Multitasking bestond nog niet en de chip liep op 412 MHz. Het toestel was in elkaar gezet met een chip die ook in Dvd-spelers werd gebruikt. En toch wist deze eerste iPhone later de hele toekomst van telefoons, computers en communicatie te veranderen.

Voor Apple was één ding al heel vroeg duidelijk. Ze moesten en zouden de gehele keten gaan bouwen. Van begin tot het eind. En zeker als Apple zijn concurrenten wilde voorblijven.

De beslissing van Apple om zelf te ontwerpen en te bouwen werd ergens in 2008 genomen. Op dat moment had het bedrijf slechts 40 technici die werkten aan de integratie van chips van verschillende leveranciers. In april 2008 kocht Apple het chipbedrijf P.A. Semi voor 287 miljoen dollar. Daarmee steeg het totale aantal chipingenieurs tot zo'n 150 en werd expertise in huis gehaald op het gebied van wat in een telefoon het belangrijkst is: energiezuinigheid. De vruchten van het werk van deze groep werden voor het eerst aan de wereld getoond in de iPad 4 en de iPhone 4. Die apparaten werden aangedreven door een processor met de naam A4, een aangepaste versie van een chipontwerp van ARM Holdings. De A4 was vooral bedoeld om de Retina-beeldschermen te laten schitteren.

Wapenwedloop

Steve Jobs kwam dus al vroeg tot de conclusie dat de enige manier voor Apple om zich echt te onderscheiden en iets echt unieks en echt geweldigs te leveren, je je eigen silicium moet bezitten. Naar verluidt heeft het bedrijf een paar honderd mensen in dienst voor de chipfabricage. Echter, hierover is niet veel zeker. Wanneer Apple-managers om details worden gevraagd, houden ze natuurlijk hun lippen strak op elkaar.

Het chipvoordeel van Apple bleef niet lang onopgemerkt in de smartphone-industrie. Het gebruik van een handelssilicium was niet meer genoeg om Apple in te halen. Apple dat bleef hameren op zijn chipvoordeel, één telefoon en één tablet tegelijk. Huawei en Samsung zijn twee bedrijven die zich snel realiseerden dat de toekomst van mobiele technologie aangepaste silicium ging vereisen waarmee ze hun Android rivalen voor konden blijven en beter konden concurreren met Apple.

Deze Apple concurrenten, samen met Qualcomm, bevinden zich in een silicium-wapenwedloop, waarbij ze voortdurend van plaats wisselen. De A12 Bionic-chip van de laatste generatie had een kleine voorsprong op de rivalen van Apple toen hij werd aangekondigd, en in 2019 greep Apple de gelegenheid van het iPhone 11 event aan om zijn voorsprong te versterken.

Benchmarks A13 Bionic

Hoe verhoudt de nieuwe A13 Bionic met zes kernen zich precies tot de nieuwste chips van Apple's drie grote rivalen? Laten we eens naar de cijfers kijken.

Samsung chip

Een van de nieuwste processoren van Samsung is de Exynos 9825. De chip heeft acht kernen verdeeld over drie clusters: twee krachtige aangepaste kernen die draaien op 2,73 GHz, nog eens twee Cortex A75-kernen die draaien op 2,4 GHz, en vier op efficiëntie gerichte Cortex A55-kernen die draaien op 1,9 GHz. Er is een Mali GPU en Samsung's neurale verwerkingseenheid, samen met LTE en geheugenmogelijkheden.

Huawei chip

Huawei's chip, genaamd de Kirin 990 5G, volgt een vergelijkbare tri-cluster, acht-core (ook bekend als octa-core) aanpak. Er zijn twee krachtige Cortex A76-kernen die draaien op 2,86 GHz, nog eens twee A76-tweekernen die draaien op 2,35 GHz, en vier op efficiëntie gerichte Cortex A55-kernen die draaien op een nog langzamere 1,95 GHz. De chip wordt gecompleteerd door een 16-core GPU en een Da Vinci neurale engine met drie kernen. Huawei's chip bevat maar liefst 10,3 miljard transistors.

Qualcomm chip

Qualcomm's nieuwe Snapdragon 855 Plus lijkt veel op de Kirin 990 en Exynos. Het maakt gebruik van aangepaste Kryo 485 Gold-kernen met één krachtige cluster geklokt op 2,96 GHz, nog eens drie Kryo 485 Gold-kernen met een kloksnelheid van 2,42 GHz, en vier efficiëntie-georiënteerde Kryo 485 Silver-kernen die op 1,78 GHz draaien. De chip bevat een Adreno GPU en Qualcomm's Hexagon 690 AI-engine.

iphone 11 processor a13 bionic chip

Snelle componenten

De hiervoor genoemde chips hebben wat snellere componenten, dus je zou kunnen denken dat die chips beter presteren dan die van Apple. Maar de realiteit is dat we nauwelijks de volledige capaciteit gebruiken van de chips die in onze mobiele apparaten zitten. Eén of twee krachtige kernen zijn genoeg voor het meeste wat we van onze telefoons vragen. Het zes-core ontwerp van Apple lijkt misschien achter te blijven bij de acht-core processors van de concurrentie, maar in werkelijkheid presteren de twee grote processors op de chip van Apple met gemak beter dan de ontwerpen van de concurrentie. De processors van Apple verbruiken energie efficiënter, en dat geeft ze een duidelijk voordeel ten opzichte van de concurrenten. De Mongoose-chips van Samsung bijvoorbeeld moeten oordeelkundig worden gebruikt, anders veroorzaken ze oververhitting van het apparaat waarop ze zitten. Ook de nieuwe ontworpen aangepaste efficiëntie-kernen in A13 zijn beter dan hun concurrenten. We kunnen dus wel stellen dat ondanks de kernen van Apple niet de grootste zijn. Ze blijven wel toonaangevend in prestaties.

Kortom, de specificaties en benchmarks houden geen rekening met de voordelen van Apple:

  • de hechte integratie in het apparaat;
  • de ontwikkelingsstrategie van Apple voor een betere batterijduur;
  • de prestaties van belangrijke apps verbeteren.

Presentatie van Apple chips

In de praktijk zien we dat Apple vooralsnog geen nadruk legt op de chip-spraak functie. Wat wel telt in de communicatie van Apple is de beste camera, de snelste telefoon en de beste batterij(duur). Hoe langer het toestel meegaat, des te meer men bereid is om voor een premium iPhone te betalen.

Apple's iPhone 11 en iPhone 11 Pro hebben de grootste batterij van de iPhones uitgebracht in 2019. De telefoons krijgen een extra batterijduur van respectievelijk vier en vijf uur ten opzichte van de X-familie die de generatie voor de 11 furore gemaakt. Hoe doen ze dat?

Het antwoord op die vraag illustreert duidelijk het inherente voordeel van het feit dat Apple de hele stapel in handen heeft. Om te weten te komen hoe die verticale integratie tot uiting komt in een chip als de A13 Bionic, is gevraagd naar Schiller en Anand Shimpi. Shimpi maakt deel uit van Apple's Platform Architecture-team.

Ieder jaar lukt het Apple weer de chip van het jaar ervoor te overtreffen. Zo overtreft de A12, met een prestatiewinst van 20 procent voor alle hoofdcomponenten: de zes CPU-kernen, de grafische processor en de neurale motor. Dat een toch al goed presterende chip zo'n flinke boost krijgt, is een beetje alsof je kijkt naar een hardloper die je zichzelf ziet verslaan in een sprint.

iphone chip cpu

In de praktijk heeft men het vaak over prestaties. In de werkelijkheid zien we het als prestaties per watt. Er wordt gekeken naar energie efficiëntie. Als je namelijk een efficiënt ontwerp maakt, heb je ook een goed presterend ontwerp.

Apple heeft hierdoor een hyperfocus op energie-efficiëntie en prestaties. Het ontwikkel-team van Apple is dan ook constant aan het bestuderen hoe toepassingen op iOS worden gebruikt. Vervolgens bekijken ze hoe de gegevens kunnen worden gebruikt om toekomstige CPU-ontwerpen te optimaliseren. Op deze manier zal de volgende versie van het apparaat beter zijn in het doen van de dingen die de meeste mensen op hun iPhones doen.

Met andere woorden: voor toepassingen die geen extra prestaties nodig hebben, levert Apple dezelfde prestaties als het vorige jaar, maar dan met een veel lager vermogen.

Deze strategie geldt niet alleen voor CPU's. Dezelfde prestatie-per-watt-regels gelden voor machine-leerfuncties en grafische verwerking. Als een ontwikkelaar die aan de camerasoftware van de iPhone werkt bijvoorbeeld ziet dat de GPU veel wordt gebruikt, kan hij met een GPU-architect samenwerken om een betere manier te bedenken om dingen te doen. Dit leidt tot een efficiënter ontwerp voor toekomstige grafische chips.

iphone 11, iphone 11 pro, a13 bionic

iPhone 11 & iPhone 11 Pro

De iPhone 11 en 11 Pro (Max) zijn uitgebracht in september 2019 waren de eerste twee iPhones die Apple heeft voorzien van de A13 Bionic chip. Dankzij deze processor is deze reeks ontzettend krachtig en maakt het gebruik van de slimste en meest efficiënte technieken. Doordat de iPhone 11 en iPhone 11 Pro gebruik maken van deze chip zijn beide toestellen ontzettend zuinig en genieten ze een lange batterijduur. De iPhone 11 is het instapmodel waarbij gebruik is gemaakt van andere materialen. Hierdoor werd de iPhone 11 voordeliger op de markt gebracht dan de iPhone 11 Pro. De iPhone 11 is uitgerust met 2 cameralenzen aan de achterzijde, waar de iPhone 11 Pro er 3 telt. Het instapmodel is uitgerust met een Lcd-beeldscherm, waar het premium model beschikt over een Oled-beeldscherm. Hoe dan ook, zul je met beide iPhones dus van optimale rekenkracht en efficiëntie genieten.

iphone se 2020 , a13 bionic chip

iPhone SE 2020

Waar de iPhone 11 het instapmodel van september 2019 was, is de iPhone SE het budgetvriendelijke model van 2020. Het toestel is, zo'n 7 maanden later, in maart uitgebracht. Het heeft qua design veel weg van de iPhone 8, beschikt over een lcd-scherm en heeft een thuisknop met Touch ID. Met de iPhone SE 2020 spreekt Apple een groot publiek aan die een recente, krachtige, maar niet te ingewikkelde iPhone wil hebben. Waarom niet ingewikkeld? De vertrouwde homeknop, plus een compact en handzaam 4.7 inch formaat, en de scherpe prijs, maken dit toestel voor een groot publiek interessant. Omdat de iPhone SE 2020 is uitgerust met de A13 Bionic chip, heeft hij niet alleen veel rekenkracht en efficiëntie, maar ook een lange iOS software-ondersteuning.

Hoe werkt de A13 Bionic chip

Wat gebeurt er precies in de A13 Bionic als hij aan het werk gaat?

Het algemene concept omvat:

  • opdrachten,
  • delegatie en
  • hand-offs.

Voor energiezuinige taken, zoals het openen en lezen van e-mail, gebruikt de iPhone de efficiëntere cores. Maar voor meer intensieve taken, zoals het laden van complexe webpagina's, nemen de krachtige cores de leiding. Voor routinematig en beproefd machine-leerwerk kan de neurale motor op eigen kracht verder werken. Maar voor nieuwere, geavanceerdere machine-learning modellen helpen de CPU en zijn gespecialiseerde machine-learning versnellers een handje.

Het geheim van Apple zit hem echter in de manier waarop al deze verschillende onderdelen van de chip samenwerken, zodat de batterij zuinig wordt gebruikt. In een typische smartphone-chip worden delen van de chip ingeschakeld om bepaalde taken uit te voeren.

Met de A13 chip, geldt dezelfde aanpak, maar gebaseerd op een enkel huis. Er gaan minder elektronen verloren. Tien jaar geleden was machine learning nog niet actief. Nu is het altijd aan het werk en doet het dingen.

Uiteindelijk wordt de vooruitgang van deze technologie aangevoerd door simpele dingen die wij mensen van onze telefoons eisen. Intensieve games die net zo soepel lopen op een mobiele telefoon als op een console, of een camera die midden in de schemerige nacht mooie en schone foto's maakt. Terwijl wij tikken en vegen, letten de technici van Apple goed op, passen ze hun ontwerpen aan en werken ze aan een chip voor volgend jaar die ons ertoe zal verleiden opnieuw te upgraden.