Wat maakt Apples A11 Bionic iPhone-chip zo krachtig?

Het verjaardagstoestel van Apple – de iPhone X – bevat een gloednieuwe chip die het paradepaardje van het bedrijf van de nodige kracht voorziet. Apple creëert sinds 2010 zijn eigen SoC’s en voegt ieder jaar extra verbeteringen toe aan zijn A-reeks. Het resultaat kan je terugvinden in de iPhone X, 8 en 8 Plus: een chip die zorgt voor de krachtigste reeks iPhones tot nu toe. Wat maakt de A11 Bionic zo krachtig?

GPU

Alvorens we de rekenkracht van de A11 uit de doeken doen, nemen we een kijkje naar de grafische prestaties van de chip. Fabrikanten creëerden GPU’s initieel om de grafische prestaties van toestellen te verbeteren, maar de voorbije jaren worden de componenten eveneens ingezet om repetitieve berekeningen uit te voeren. Apple ontwikkelde voor het eerst zijn eigen GPU binnenshuis, waardoor het bedrijf voortaan eveneens de grafische prestaties van zijn hard- en software perfect op elkaar kan afstemmen.

De GPU Family 4 die je in de A11 Bionic terugvindt, maakt gebruik van Tile Based Deferred Rendering (TBDR). Deze technologie werd oorspronkelijk ontwikkeld voor mobiele toestellen met beperkte resources en reduceert op een slimme manier de hoeveelheid data die gerenderd moet worden. In een 3D-scène zie je niet alle objecten volledig doordat er overlappingen zijn en de achterkant van voorwerpen uit het zicht blijven. TBDR zorgt ervoor dat slechts de gedeeltes van objecten die zichtbaar zijn voor de kijker worden geladen. Hierdoor wordt de GPU-kracht zo optimaal mogelijk gebruikt.

Neural Engine

Typische rekenopdrachten die vaak door GPU’s worden uitgevoerd, zijn onder andere analyses en de berekening van duizenden referentiepunten die van een camerasensor komen. Apple zou dan ook zonder problemen zijn GPU kunnen inzetten om deze taken uit te voeren, maar heeft voor een andere oplossing gekozen. Op de A11 Bionic bevindt zich een Neural Engine die uitsluitend met dergelijk werk belast wordt.

De Neural Engine van Apple heeft twee parallelle cores die ontwikkeld zijn om real-time processing uit te voeren. Apple beweert dat de Engine 600 miljard operaties per seconde kan uitvoeren. Aangezien het bedrijf hier niet bij vermeldt over wat voor soort operaties het gaat, is het jammer genoeg moeilijk om een inschatting te maken over hoe krachtig de Neural Engine nu echt is. Wat wel zeker is, is dat iPhones dankzij de component effecten aan live video kunnen toevoegen. Bovendien stelt de Engine het camerasysteem in staat om objecten te identificeren in een scène, zodat de sensor gefocust blijft op het onderwerp terwijl je filmt.

Controller

Apple noemde zijn chip vorig jaar de A10 Fusion, omdat hij een nieuwe architectuur gebruikte die taken beheert tussen een paar prestatiecores en een paar efficiëntiecores. Hierdoor kan de chip zonder problemen wisselen tussen zijn volledige kracht en een zo laag mogelijk verbruik tijdens rustmomenten. Dit jaar bejubelt Apple zijn tweede generatie prestatiecontroller. Deze controller kan taken beheren over meerdere efficiëntiecores en meerdere snelle cores. Bovendien is de controller in staat om alle 6 CPU-cores gelijktijdig aan te spreken.

Om verschillende cores op een efficiënte manier te gebruiken, heb je echter meer nodig dan de juiste hardware; ook de software moet in staat zijn de verschillende rekenkernen aan te spreken. Apple werkte daarom al jaren aan aanpassingen voor zijn besturingssysteem en met third-party ontwikkelaars.

SSD

De 6 rekenkernen van de A11 Bionic worden bijgestaan door een SSD-controller met aangepaste ‘error-correcting code’ (ECC). Dat komt niet alleen de snelheid van je iPhone ten goede, maar eveneens de betrouwbaarheid van de opslag. De geheugencellen van een SSD kunnen immers slechts een beperkt aantal keer beschreven worden.

Apple introduceerde zijn eerste SSD-controller voor MacBooks in 2015, waardoor het bedrijf voor het eerst de hardwarekant van data schrijven naar en lezen van SSD’s kon optimaliseren. Dezelfde technologie werd in de iPhone 6s geïntroduceerd, waarna ook de volgende toestellen van Apple een eigengemaakte SSD-controller bevatten.

Apple gebruikt een NVMe-controller in zijn toestellen. Deze technologie was oorspronkelijk slechts bedoeld voor de bedrijfsmarkt. De iPhone-maker moest daarom zijn eigen protocollen schrijven die geschikt zijn voor de consumentenmarkt.

Snelheid

Hoe vertalen al deze technologische aspecten van Apples chip zich in de praktijk? Apple staat erom bekend SoC’s te gebruiken met veel minder rekenkernen dan zijn tegenstanders. Dankzij de nauwe samenwerking tussen software en hardware weet het bedrijf andere smartphonemakers toch te overtroeven. Ook de A11 heeft in verhouding minder cores dan andere CPU’s, al heeft Apple het aantal rekenkernen in zijn chip wel opgedreven. Van de zes rekenkernen die de CPU van de A11 heeft, zijn er echter slechts twee snelle. Is dat voldoende om andere mobiele chips te overklassen?

Geekbench

De A11 Bionic haalt 4.247 punten op de singlecore-test in onze benchmark van Geekbench 4. Daarmee presteert hij meer dan twee keer sneller dan de beste chips die je vandaag bij de Android-concurrentie kan vinden. Ook in de multicore-test steekt hij er met kop en schouders bovenuit. Bovendien rapporteren sommige websites dat de chip het beter doet dan de Intel Core i5-7267U in de MacBook Pro van 13 inch. Deze bewering is echter sterk afhankelijk van welke Geekbench-scores je bekijkt.

Jammer genoeg is er geen enkele manier om de Apple-SoC op een realistische manier uit te testen met benchmarks. Volgens de scores van Geekbench zit de Apple A11 Bionic op de hielen van Intel, wat een erg indrukwekkende prestatie is. Geekbench 4 gebruikt echter AVX2 – extensies aan de x86-instructieset geïntroduceerd bij de Haswell-microarchitectuur van Intel – bij slechts één floating-point workload. Bovendien vertelt Geekbench nergens welke SIMD (single instruction, multiple data)-instructiesets het gebruikt voor integer code. Daarom is het moeilijk om een finaal verdict te vormen over welke chip het beste is: deze van Intel of deze van Apple.

Trend

De algemene trend is wel duidelijk: ongeacht hoe goed de A11 Bionic-chip het doet ten opzichte van de Intel-chip leveren de chips van Apple steeds betere prestaties. Apple voegt ieder jaar betere prestaties toe aan zijn component aan een sneller tempo dan Intel. Er zijn echter grote verschillen tussen het bouwen van een snelle dualcore-architectuur en een chip met 8 tot zelfs 24 high-end CPU-rekenkernen. Voorlopig heeft Intel dan ook weinig te vrezen. Op lange termijn kan dat echter veranderen.