iPhone 11、iPhone 11 Pro、iPhone 11 Pro Maxに搭載されているA13 Bionicチップは、Appleがこれまでに開発したAシリーズプロセッサの中で最速でありながら、消費電力を大幅に削減する設計となっています。AppleInsiderは、市場最速のスマートフォンプロセッサに採用されたいくつかの変更点について詳しく解説しています。
AppleのiPhone 11発表イベントのステージで公開されたA13は、スマートフォンやタブレットの中で最速のCPUと最速のGPUを搭載し、2018年モデルに搭載されたA12の性能を凌駕するとされています。この64ビットチップのCPUとGPUは、A12の派生モデルよりも20%高速化されており、様々な要素によって毎秒1兆回以上の演算処理が可能で、その中には機械学習関連の処理も含まれます。
パワーと機械学習
A13は多くのセクションで構成されていますが、主なものはCPU、GPU、そしてNeural Engineの3つです。CPUは2つのパフォーマンスコアと4つの効率コアで構成され、それぞれがワークロードに応じて使用されます。GPUには4つのMetal最適化コアが搭載され、Neural Engineにはさらに8つのコアが搭載されています。
CPU領域には、機械学習で頻繁に用いられる行列乗算を実行するための「機械学習アクセラレータ」が2つ埋め込まれています。Appleによると、A13はこの計算をA12 Bionicの6倍高速に実行します。これらのアクセラレータのおかげで、CPUは1兆演算というマイルストーンを達成しました。
AppleがA13 Bionicで改良した点
Apple設計の機械学習コントローラの負荷分散機能により、機械学習モデルはCPU、GPU、Neural Engineのどれが最もパフォーマンスを発揮するかに応じてスケジューリングされます。コントローラは、可能な限り効率性を維持する必要性とのバランスを取りながら、消費電力の削減にも貢献します。
コントローラーにより、機械学習モデルをいつどこで処理するかというすべての意思決定が開発者から解放されるため、開発プロセスも簡素化されます。
消費電力の削減とiPhoneのバッテリー寿命の向上
A13 Bionicは、A12よりも高い処理能力を提供すると同時に、そもそも計算に必要なエネルギー量を削減することにも取り組んでいます。この世代では、iPhone 11 Proのバッテリー駆動時間が通常1時間ではなく、数時間も延長されました。
コスト削減の一部は、チップ製造方法の変更によるものです。チップパートナーであるTSMCの最新の7ナノメートルチップ製造プロセス（「高度に改良された第2世代7ナノメートルトランジスタ」と称される）を活用し、Appleは各トランジスタの性能と消費電力を最適化しました。
同時に、この取り組みにより、Apple は A12 で使用されていた 69 億個から 85 億個のトランジスタを A13 に詰め込むことに成功した。
Apple は、トランジスタ自体だけでなく、計算を実行するために何を使用するかをより厳選するだけでなく、アーキテクチャの改善にも取り組んできました。
CPU、GPU、ニューラルエンジンはすべてより強力ですが、電力効率は向上しています。
チップ上に数百もの電圧ドメインを配置することで、Appleはどの電力をいつ使用するかをより細かく制御できます。処理に必要なセクションのみをオンにし、使用しない領域には電力を供給しないことで、計算に必要な電力を大幅に削減します。
さらに小さなレベルでは、数十万の小さなドメインを使用することで、電力供給の対象を細かく制御できるようになり、チップ内の最小限のロジックのみがプロセスに使用されるようになります。
この取り組みにより、大幅な電力節約が実現しました。CPUの2つのパフォーマンスコアは消費電力を30%削減し、4つの効率コアは40%、4つのGPUコアも40%削減しました。さらに、8つのニューラルエンジンコアは電力効率が15%向上しました。
