GPU مستقل اپل، یک جهش بزرگ در گرافیک آیفون ۸

کمپانی اپل در سال ۲۰۱۷ درصدد تدارک برنامه‌های ویژه برای ۱۰ سالگی آیفون است. یکی از همین برنامه‌ها که زمزمه‌هایش در سرتاسر وبسایت‌های خبری پخش شده، طراحی و معماری پردازنده‌ی گرافیکی (GPU) مستقل و شخصی خود اپل برای نسل بعدی آیفون یعنی iPhone 8 است. در ادامه به بررسی این موضوع پرداخته‌ایم.

کلیک، اپل در حال ساخت معماری GPU خود است، اما چرا؟ به جای اینکه با صرفه‌جویی هزینه‌های ساده انگیزه ایجاد شود، شواهد زمانی نشان می‌دهد که یک جهش فنی قابل توجهی رو به جلو است که می‌تواند به عنوان یک پیشرفت بزرگ برای سیستم عامل Ios در ۱۰ سالگی آن باشد.

بنا به گزارش اپل، این کمپانی حداقل چهار سال است که بر روی پروژه‌ی GPU کار می‌کند. در اوایل سال ۲۰۱۳ کمپانی اپل با ارسال مطلب استخدامی در زمینه‌ی مدل‌سازی سخت‌افزار GPU چند تن از مهندسان گرافیک سابق شرکت AMD را به خود جذب کرد.

چرا این شرکت یک تیم توسعه‌ی GPU داخلی را راه‌اندازی کرد در حالی که سهامی در Imagination Technologies مبنی بر ساخت GPU‌های آیفون دارد. شرکت بریتانیایی Imagination Technologies که چند سالی است پردازنده گرافیکی معروف PowerVR را برای استفاده در iPhone و iPad تولید می‌کند، اعلام کرد که اپل احتمالا تا کمتر از ۲ سال آینده پردازنده شخصی خود را تولید خواهد کرد و همکاری با Imagination Technologies در این زمینه به پایان خواهد رسید.اپل به این شرکت معتبر و بریتانیایی اعلام کرده است که در حال تولید پردازنده گرافیکی اختصاصی در مجموعه خودش است تا محصولات و سرویس های خود را بیشتر از قبل تحت کنترل خود داشته باشد به همین دلیل همکاری خود با Imagination Technologies را قطع خواهد کرد. اپل در راستای جذب و در اختیار گرفتن هرچه بیشتر شرکت‌هایی که هر روز به آن‌ها بیشتر وابسته می شود با این شرکت نیز مذاکرات طولانی جهت خرید آن داشته است ولی این دو شرکت در نهایت نتوانستند تاکنون به توافقی دست یابند. به همین دلیل در صورت وقوع این اتفاق در دو سال آینده، حداقل ۵۰ درصد از سود شرکت Imagination Technologies کاهش خواهد یافت. Imagination Technologies طراح پلتفرم مرجع بریتانیاست که اپل برای GPU‌های تلفن همراه خود از زمان راه‌اندازی آیفون، از آن استفاده کرده است.

1TH PIC

اپل هزینه‌ی نسبتا کمی را بابت لاینسس طرح‌های پرازنده‌های گرافیکی PowerVR Imagination پرداخت می‌کند. در سال مالی ۲۰۱۶، اپل به Imagination کمتر از ۱۰۰ میلیون دلار بابت فناوری‌های مورد استفاده در ۲۵۰ میلیون دستگاه که بیش از ۱۵۷ میلیارد دلار درآمد داشته، پرداخت کرده است. اگر اپل خودش طرح‌های GPU را توسعه می داد مطمئنا بیش از ۱۰۰ میلیون دلار در هر سال برای این کمپانی هزینه می‌شد.

برای درک اینکه چرا اپل از طرح‌های پردازنده‌ی گرافیکی PowerVR به نوع دیگر مهاجرت کرده این است که اپل در سال ۲۰۱۴ یک API فلزی (رابط برنامه‌نویسی کاربردی) اختصاصی برای رند کردن عملیات گرافیک به GPU معرفی کرد.

اپل در حال حاضر عمیقا بر روی اهداف عمومی خود یعنی سرمایه‌گذاری در API‌های گرافیکی OpenGL (به طور خاص OpenGL ES در پلتفرم تلفن همراه) تمرکز دارد. دلیل معرفی کردن API فلزی (رابط برنامه‌نویسی کاربردی اختصاصی) صرفه‌جویی در پول و سرمایه شرکت نبود بلکه امکان سفارشی‌سازی کردن IOS و بعد‌ها macOS و tvOS فراهم می‌شد و توسعه‌ی سیستم‌عامل‌ها تحت سازگاری‌های گرافیک GPU امکان‌پذیر می‌شد. این تصمیم باعث شد که زمزمه‌های فسخ قرارداد اپل با کمپانی Imagination به گوش برسد. نه تنها طراحان چیپست کمپانی Imagination Technologies در حال اخراج شدن از شرکت اپل می باشند تا اپل بتواند ساخت چیپ‌های اختصاصی خود را در داخل شرکت شروع کند بلکه اپل قصد دارد همین حق امتیاز باقیمانده را نیز قطع کند. بر اساس یک گزارش جدید، اپل در نظر دارد تنها یک سوم از حق امتیاز فعلی را با قطع رابطه در دو سال دیگر پرداخت کند.با این کار اپل، کمپانی Imagination Technologies مجبور خواهد بود برخی هزینه های خود را کم کند، چرا که در حال حاضر اپل بیش از نیمی از درآمد کلی شرکت را اختصاص با سفارشات خود داده است. اپل می خواهد در آینده بجای پرداخت ۰٫۳۰ دلار فعلی، تنها ۰٫۱۰ دلار پرداخت کند. این نرخی است که شرکت برای مشتریان دیگری مانند MediaTek تعیین کرده است.کمپانی Imagination در گذشته نیز از اپل درخواست کرده بود که اپل باید اسنادی مبنی بر اینکه GPU در حال توسعه نباید از هیچ یک از منابع هوشمند Imagination استفاده کند؛ اما اپل این درخواست را رد کرده است.

2TH PIC

Open GL به گونه‌ای طراحی شده که انعطاف‌پذیری خاصی در عملکردش برای پلتفرم‌های OS و معماری GPU وجود دارد. البته این انعطاف‌پذیری عملکرد Open GL بعد‌ها برای کمپانی اپل به دلیل محدود کردن بهینه‌سازی عملکرد دستگاه‌ها تبدیل به یک مسئله بزرگ شد. کمپانی‌های Microsoft، Nvidia، AMD‌ و سایر کمپانی‌ها جایگزینی را برای Open GL با هدف تمرکز بر روی نقاط قوت معرفی کرده‌اند. پردازنده‌ی گرافیکی فلزی همین کار را برای پلتفرم‌های اپل انجام می‌دهد.

مشابه به Open GL، GPU‌های PowerVR کمپانی Imagination در حال حاضر نیاز طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های مختلف در طبقه‌بندی‌های متفاوت و با هدف‌های مجزا از هم را برآورده می‌کند. در واقع طراح تراشه بریتانیایی برای کاهش وابستگی خود نسبت به اپل این طیف گسترده‌ی کاری را برای خود فراهم کرده است.

در خبر بزرگ دیگر، انتظار می‌رود از نسل بعدی طرح‌های پردازنده‌های گرافیکی موبایل شرکت Furian در دو سال آینده رونمایی شود. کمپانی Furian در این رابطه اشاره می‌کند که این GPU‌ها در مقیاس وسیع‌تر عملکرد بیشتر برای برنامه‌های کاربردی مانند AR و VR طراحی می‌شوند و در آینده‌ی نه چندان دور می‌توانند از طیف وسیعی از موبایل‌ها،تبلت‌ها و حتی خودرو‌ها پشتیبانی کنند.

با توجه به محرمانه بودن برنامه‌های اپل برای محصولات آینده‌ی خود، هیچ درک عمیقی از این موضوع وجود ندارد که آیا کمپانی Furian در جهت حل مسائل و مشکلات اپل گام برمی‌دارد یا خیر؟ چرا که کمپانی Imagination هرگز بر این موضوع تمرکز نداشته و دلیلش هم این است که Imagination به دنبال خدمت‌رسانی به طیف گسترده‌ای از مشتریان خارج از شرکت اپل است.

در سراسر دهه‌ی گذشته، کمپانی اپل همواره مقایسه‌ای بین PowerVR و OpenGL داشته است. با این حال، اهداف عمومی طراحی‌ PowerVR و مسیر مستقل کمپانی Imagination هر دو با هم در جهت تولید GPU‌های ارتقا یافته‌ی آینده هدایت پیدا می‌کنند. همین موارد باعث شد که کمپانی اپل تصمیم به طراحی و ساخت یک GPU مستقل و مجزا از لاینسس کمپانی Imagination شود که مقدمه‌ی آن معرفی Metal GPU (پردازنده‌ی گرافیکی فلزی) است.

3TH PIC

مثال دیگر از جایگزین کاربردی اپل، استفاده از روش جایگزین بسیار بهینه‌سازی شده در سال ۲۰۱۴ بود که شروعش با معرفی و تغییر فونت در اپل سان‌فرانسیسکو آغاز شد. اپل فونت جدیدی را به طور خاص برای استفاده در AppleWatch‌ها به منظور افزایش خوانایی متن بر روی صفحه نمایش کوچک آن توسعه داد.

سال بعد، کمپانی اپل یک نوع دیگری از سان‌فرانسیسکو را برای ios 9 و macOS El Capitan معرفی کرد و از آن زمان استفاده از فونت جدید خود را به وب‌سایت،تبلیغات،نام تجاری شرکت و کاراکتر‌های چاپ شده بر روی صفحه کلید توسعه داد.

اپل قبلا از فونت‌های متفاوتی (عمدتا مربوط به Helvetica) برای مقاصد مختلف استفاده کرده است که معمولا فونت‌ها به منظور تشکیل یک خانواده‌ی فونت سفارشی ساخته می‌شدند (حداقل برای حروف لاتین، یونانی و سیریلیک). این فونت‌های سفارشی با هدف یک سری از مقاصد فنی و همچنین با ایجاد ظاهرسازی و شخصیت‌سازی جدید شکل می‌گرفتند.

یکی از ویژگی‌های سان‌فرانسیسکو حمایت از خدمات پویا در تغییر ظاهر فونت است. به عنوان مثال تغییر اندازه‌ی فونت متن درحالی که وزن فونت تنظیم شده و به طور مداوم خواناست و قابل ردیابی می‌باشد. طراحی سان‌فرانسیسکو برای استفاده‌ی پوشا در ساعت‌های مچی کوچک، دستگاه‌های تلفن همراه، مکینتاش‌های دسکتاپ و تلویزیون‌ها و سینمای خانگی اپل در نظر گرفته شده است.

اپل به احتمال زیاد از رویکردی مشابه با همین رویکرد ولی در طیف گسترده و در جهت طراحی و ساخت GPU استفاده کند. سان‌فرانسیسکو در این مورد می‌تواند کمک به سزایی به اپل کند چرا که سابقه‌ی استفاده از روش‌های جایگزین را در خود دارد. درواقع به طور قطع اپل می‌خواهد جایگزینی را برای GPU‌های PowerVR پیدا کند که نه تنها در دستگاه‌های خاص مانند: دستگاه‌های IOS، AppleWatch‌ها و AppleTV بلکه در همه‌ی سیستم‌های مک به عنوان یک GPU‌ فعال و پویا کاربرد داشته باشد.

حتی ممکن است در آینده‌ی نه چندان دور اپل از یک GPU کاملا سفارشی‌سازی شده و مبتنی بر پردازنده‌ی ARM توسعه یافته در سیستم‌های مک به جای پردازنده‌های X86 اینتل استفاده کند. صرف‌نظر اینکه چه چیزهایی در آینده برای سیستم‌های مک استفاده خواهد شد، عزم آشکار اپل نشان می‌دهد که اولین هدف این کمپانی تعویض GPU‌های دستگاه‌هایی است که از پردازنده‌ی گرافیکی PowerVR استفاده می‌کنند. یکی از دلایلی که اپل تصمیم دارد یک GPU کاملا سفارشی و مستقل برای دستگاه‌های خود طراحی کند این است که از زیر بار لاینسس کمپانی Imagination خارج شود به همین خاطر در وهله‌ی اول قصد دارد اقدام به تعویض GPU‌های دستگاه‌هایی کند که از PowerVR استفاده کرده‌اند

4TH PIC

روشن‌ترین مثال AppleWatch است. در واقع برای این ساعت‌های هوشمند اپل مارکتی به غیر از مارکت خود اپل در بازار‌های جهانی وجود ندارد و قطعا این نوع از ساعت‌های هوشمند دیجیتالی ۳۰۰دلاری که با UI مایع و محدودیت باتری خاصی هستند مشتری‌های منحصر به فرد خود را دارد. رقابت اصلی ساعت‌های هوشمند دیجیتالی اپل با ترکیبی از ساعت‌های مکانیکی لوکس و یا ساده هستند که تفاوت‌ آن‌ها در ارائه سرویس‌ها و خدمات کاملا بارز است.

کمپانی Imagination هیچ دلیلی نمی‌بیند که یک پردازنده‌ی گرافیکی را در یک مقیاس پایین طراحی کند همان طور که طراحی و ساخت یک صفحه نمایش OLED کوچک برای ساعت‌های هوشمند اپل واقعا بی معنی است. با این وجود اپل خواستار تغییر و تحول در مکانیزم ساختاری پردازنده‌های گرافیکی محصولات خود است. براساس اطلاعات رسمی منتشر شده توسط Imagination Technologies، برای سال‌های بسیاری، شرکت اپل از فناوری Imagination استفاده کرده است و به خوبی بر مالکیت معنوی این فناوری واقف است. این فناوری، پایه و اساس پردازشگرهای گرافیکی (به اصطلاح GPU) در آیفون‌ها، تبلت‌ها، اپل تی‌وی‌ها و ساعت‌های شرکت اپل را تشکیل داده است. با این حال شرکت اپل ادعا می‌کند که واحد پردازش گرافیکی جداگانه‌ای را برای محصولات خود در آینده توسعه می‌دهد که وابستگی این شرکت را به Imagination Technologies به‌طور قابل‌توجهی کاهش خواهد داد. به هرحال، در سال۲۰۱۶ شایعاتی مبنی به تمایل شرکت اپل برای تصاحب IImagination Technologies منتشر شده بود اما طبق آنچه که می‌دانیم، شرکت اپل موفق نشده است تا تصمیم خود را به واقعیت مبدل نماید.به دنبال اعلام رسمی توقف همکاری شرکت اپل با Imagination Technologies برای توسعه پردازشگرهای گرافیکی، این سازنده بریتانیایی تحت‌فشار قرار گرفته است و این موضوع باعث شده تا ارزش سهام این شرکت پس از انتشار اعلام خبر عدم همکاری بیشتر شرکت اپل با Imagination Technologies به بیشتر از ۷۰ درصد کاهش پیدا نماید.

5TH PIC

اینکه کمپانی Imagination Technologies برای مقابله به مثل، دست به چه عملی خواهد زد؛ هنوز مشخص نیست اما شاید بتواند مدیران اپل را برای مذاکره بیشتر و منصرف نمودن آن‌ها متقاعد نماید. البته Imagination Technologies نسبت به عدم رعایت مالکیت معنوی و برخی از پتنت‌های خود در صورت توسعه یک پردازشگر گرافیکی اختصاصی توسط شرکت اپل، اعتراض دارد و باید دید که آیا اپل با استفاده بدون مجوز از این پتنت‌ها به دنبال توسعه یک چیپ‌ پردازشگر گرافیکی جدید است یا خیر.



بدون دیدگاه