要約:
携帯電話用チップは長い間盛り上がっていないようですね?ここ数年、秋のカンファレンスが終わるたびに、「またパーセント改善」といった数字を聞くことができますが、その数字の背後にある経験を説明するのは難しいことがよくあります。さらに数分走ればそれがわかりますが、本当に全員にそれを「感じて」もらいたい場合は、常に 1 層離れたところにある必要があります。今年A20 Proチップが登場するまでは。
これは、パフォーマンスの向上を真に「実感」させるチップです。ランニング スコアのパーセント増加だけでなく、モバイル エクスペリエンスを根本的に再構築するエンジニアリング革命をもたらします。
2nm: 薄型軽量携帯電話におけるプロセスの優位性
「2nm プロセスにより、トランジスタの密度を高め、エネルギー効率を向上させ、パフォーマンスをさらに向上させることができます。これにより、システム全体のレベルで大きな改善がもたらされます。」 Appleのチップエンジニアリング担当副社長であるダン・マレー氏は、A20 Proの発表時にこう語った。
A20 Pro は、2nm プロセス テクノロジーを使用した Apple の最初の携帯電話 SoC です。これはかなりの数字であり、プロセス技術の数字が小さいということは、より多くのトランジスタを同じチップ領域に詰め込みながら、より低い電圧で動作させることができることを意味します。
これは、バッテリで駆動され、放熱のためのスペースが限られている携帯電話などの小型デバイスにとって非常に重要です。しかし、A20 Pro の進歩は 2nm だけではありません。本当の画期的な点は、垂直積層から「並列」設計に至るまで、チップの「内部構造」の基本的な再構築にあります。
チップパッケージングの放熱革命
A20 Pro が登場する前は、Apple の A シリーズ携帯電話チップはすべて PoP (パッケージ オン パッケージ) パッケージング テクノロジを使用していました。 SoCとDRAMメモリを縦に積み重ねるというものです。メモリチップは鍋の蓋のようなもので、SoCの鍋を圧迫しています。
PoP パッケージ化によりチップを小さくコンパクトにし、貴重な内部スペースを節約できます。しかし、コストも同様に明白です。メモリは SoC に直接配置されているため、3 人の邪魔になります。
その結果、A20 Pro は新しいパッケージング技術、WMCM (Wafer-Level Multi-chip Module、ウエハーレベルのマルチチップ モジュール) を採用しました。このテクノロジーはもともと Mac の M シリーズ チップで有効でしたが、今回初めて iPhone にも導入されました。
WMCM の核となる変更は単純です。SoC 上にメモリをスタックする代わりに、メモリを並べて配置します。
「これにより確かにサイズは大きくなりますが、私たちはシステム チームと協力してこの問題をシステム レベルで解決しています。SoC が VC ベーパー チャンバーに直接接続されるようになったため、熱を放散しやすいという利点があります。」ダン・マレー氏も付け加えた。
テーブルの上に鉄鍋（SoC）と鍋蓋（DRAM）を並べて置いたかのような感じで、熱を素早く放散します。
iPhone の熱設計の 4 つの柱
WMCM がチップの「形状」を変えたとすれば、Apple がそれを中心に構築した放熱システムは、まさに「熱を放散できる」から「放熱できる」への質的変化を完了したことになります。
iPhone 18 Pro ベーパー チャンバーとバッテリー背面の内部図
Apple の熱設計シニアマネージャーである Banafsheh Barabadi 氏は、このシステムを「4 つの柱」として要約しました。
1) SOC 直接放熱パス、2) メタル オーバー フォーム サーマル インターフェイス 素材、3) iPhone17 Pro シリーズの 3 倍の放熱面積を持つ VC ベーパー チャンバー、4) 携帯電話で使用される業界初のナノツイン銅ディスプレイ バックプレーン。
「これら 4 つの柱のおかげで、持続的な冷却性能が大幅に向上しました。iPhone 17 Pro と比較して、iPhone 18 Pro の GPU 持続パフォーマンスは 40% 向上しました。iPhone 16 Pro と比較して、持続パフォーマンスはほぼ 2 倍になりました。」バナフシェ氏は語った。
これはどういう意味ですか?携帯電話で「原神」のような高負荷のゲームを実行したり、4K ProRes ビデオを撮影したり、デバイス上の AI 機能を使用したりする場合、iPhone 18 Pro はスロットルを発生させることなく、ピークパフォーマンスを長時間維持できます。これは、過去にはほとんど不可能でした。
M シリーズの DNA: クロスプラットフォーム テクノロジーの統合
A20 Pro のもう 1 つの秘密兵器は、その「伝統」に由来します。これは、Mac 上の M シリーズ チップの設計経験に大きく依存しています。
「私たちはチップチームです。CPU、GPU、Apple Neural Network Engine などの基本モジュールは実際に一緒に設計されています。その後、さまざまな製品に拡張して、Apple Watch、iPhone、iPad、Mac で使用できます。」ダン・マレーが紹介した。
言い換えれば、Apple が携帯電話で使用している A シリーズ チップとコンピュータで使用されている M シリーズ チップは、あるグループの研究によるものです。
具体的には、A20 Pro にはいくつかの重要なクロスプラットフォーム テクノロジーが移植されています。
スーパー コアが iPhone に初めて搭載されました。もともと Mac で使用されていたこれらの超大型コアは、iPhone の熱と電力の制約に合わせて A20 Pro で再調整されました。アプリケーションの起動や Web ページの読み込みなどの短時間のバースト ワークロードに対して、デスクトップのようなパフォーマンスを提供します。
デュアル ニューラル ネットワーク エンジン設計 - A20 Pro には、初めて 2 つの独立した 16 コア ニューラル エンジンが搭載され、合計 32 コアになります。これらは独立して動作することも、「ボンディング モード」で連携して、より低い電圧でより高いスループットを達成することもできます。これは、Siri、コンピュテーショナル フォトグラフィー、画像生成などのエンドサイド AI ワークロードにとって重要です。
メモリ帯域幅が 50% 増加 - 64 ビット LPDDR5 から 96 ビット LPDDR5X インターフェイスに拡張され、メモリを大量に使用するワークロード (ゲーム、AI 推論など) のデータ スループットが向上しました。
7 コア GPU - 前世代と比較してグラフィックス パフォーマンスが 40% 向上しました。第2世代GPUニューラルアクセラレータを搭載し、画像生成機能をさらに強化しました。
この「完全にエコロジーな」テクノロジー共有により、A20 Pro は孤立したチップではなく、モバイル側の Apple ハードウェア システム機能全体の拡張になります。 iPhone 18 ProシリーズのAI機能も大幅に向上しました。
Dan Murray 氏は、AI に関する Apple の基本的な考え方について次のように述べました。「すべての AI ワークロードに同じコンピューティング要件があるわけではありません。CPU、GPU、ANE がすべて関与する必要があります。Core AI フレームワークは、開発者がさまざまな AI タスクを最適なコンピューティング ユニットにマッピングし、各ハードウェアの利点を最大限に発揮するのに役立ちます。」
目に見えないデザイン、目に見えるエクスペリエンス 「Apple では、グリップ領域の表面温度を下げることと、持続的な負荷持続時間を長くすることは、実際には同じ目標の 2 つの表現です。なぜなら、私たちの目標は、ユーザーがすべての操作を行う際に最高のエクスペリエンスを体験できるようにすることだからです。」 - この世代の熱設計の中核目標について尋ねたところ、バナフシェ氏はこう言いました。
Apple の戦略は、システムの冷却能力を向上させながら、チップのエネルギー効率を最適化するという 2 つの側面からのアプローチです。
第 2 世代の VC ベーパー チャンバーからナノ双晶銅材料の使用に至るまで、Apple の関連チームが行ったすべての決定は、ユーザーのグリップ領域の熱をできるだけ早く放散できるようにしながら、より優れた持続的なパフォーマンスを達成するためにチップに十分なマージンを確保することを目的としています。
iPhone 18 Pro ベーパー チャンバーの前面内部図
この設計コンセプトの結果、iPhone 18 Pro はより高いパフォーマンス負荷を実現しながら、ユーザーが保持する領域の温度はより制御しやすくなりました。大規模なゲームを長時間にわたって周波数を落とすことなくスムーズに実行でき、ゲーム中に目玉焼きが焼けるような感覚を感じなくなります。
「私が最も誇りに思うことは、ユーザーが実際に目に見えないということです。これは私たちのデザインの本来の意図の 1 つでもあります。」バナフシェ氏はこの冷却システムについてこう語った。
これは非常に「Apple」です。ユーザーが VC ベーパー チャンバーの領域やナノ双晶銅の微細構造を気にしないことを望んでいます。ユーザーに知っておいてほしいことは 1 つだけです。それは、この携帯電話は非常に安定しているということです。
Apple の製品哲学は常に、細部の複雑さを隠し、自然でスムーズなエクスペリエンスを実現するというものでした。 A20 Pro にも同じことが当てはまります。2nm プロセスの意味や WMCM の仕組みを理解する必要はありません。知っておく必要があるのは、アプリを開くのが速くなり、ゲームがより安定し、写真がよりスムーズに撮影され、ビデオ編集が停止しなくなるということだけです。
これは A20 Pro の本質です。これは誇示するための技術的な名刺ではなく、ユーザー エクスペリエンスにおける静かで穏やかな革命です。
Apple のエンジニアリングの声
2nm プロセスから WMCM パッケージング、デュアル ニューラル エンジンから 4 つの主要な放熱柱に至るまで、この世代のチップのあらゆる技術的ブレークスルーは、個別のパラメーター ゲームではなく、システム エンジニアリングの完全なセットです。
ここには、非常に「Apple」らしい製品ロジックも隠されています。つまり、ユーザーが本当に関心のあるエクスペリエンスから始めて、製品システム全体の機能を使用してそれを解決します。
この観点から見ると、A20 Pro は Apple チップ チームによる技術レポートであるだけでなく、モバイル コンピューティング業界全体の再定義でもあります。 Android陣営は依然として「超大型コア+大型コア+小型コア」というスケジューリング戦略を議論しているが、Appleはデスクトップレベルのパフォーマンスアーキテクチャ、自社開発のAIアクセラレータ、業界初の放熱ソリューションを厚さ9mm未満の携帯電話に密かに統合した。
これが、iPhone 18 Pro がこれまでとは大きく違うと感じられる理由かもしれません。携帯電話がこれほど高速でありながら、同時に非常に穏やかであることを人々は初めて認識します。
そしておそらく、これを実現できるのは Apple だけです。
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