جی پی یو اپل، گامی بزرگ در گرافیک آیفون

زوميت/ توسعه جي‌پي‌يو کار چندان آساني نيست؛ اما چرا اپل قصد دارد با وجود دشواري‌هاي زياد، جي‌پي‌يو خودش را توسعه دهد؟ اپل در حال توسعه معماري جي‌پي‌يو اختصاصي خود است؛ اما چرا؟ علاوه بر صرفه‌جويي‌هاي زياد، اين کار نشان از تغييرات تکنولوژي زيادي در آيفون دارد که مي‌تواند به اندازه معرفي iOS در ده سال پيش مهم باشد. اپل حدود چهار سال است که بر روي پروژه GPU کار مي‌کند. اپل در سال ۲۰۱۳، ده‌ها مهندس گرافيک اي‌ام‌دي را استخدام کرد تا در مرکز اين شرکت در اورلاندو مشغول به کار شوند و همچنين آگهي‌هاي استخدامي با عنوان «مدلسازي سخت‌افزار جي‌پي‌يو» منتشر کرده بود. چرا اپل يک تيم توسعه GPU داخلي تشکيل مي‌دهد، در حالي که اين شرکت در شرکت انگليسي Imagination Technologies که سالهاست GPU آيفون را تامين مي‌کند، سهام دارد؟ چرا اپل Imagination را نمي‌خرد يا به لايسنس تکنولوژي‌هاي اين شرکت ادامه نمي‌دهد؟ جواب احتمالا صرفه‌جويي در هزينه نيست. اپل هزينه کمي براي معماري جي‌پي‌يو PowerVR شرکت Imagination پرداخت مي‌کند. در سال مالي ۲۰۱۶، اپل براي فروش ۲۵۰ ميليون دستگاه که درآمد ۱۵۷ ميليارد دلاري براي اين شرکت به همراه داشت، کمتر از ۱۰۰ ميليون دلار به Imagination پرداخت کرد. توسعه معماري GPU اختصاصي، مطمئنا بيش از ۱۰۰ ميليون دلار در سال براي اپل هزينه خواهد داشت. براي اينکه درک کنيد چرا اپل قصد دارد از معماري PowerVR مهاجرت کند، بايد به تغيير گرافيکي که اپل درسال ۲۰۱۴ معرفي نمود، توجه کنيد: Metal API اختصاصي براي محول کردن کارهاي گرافيکي به جي‌پي‌يو. اپل هميشه سرمايه‌گذاري زيادي در API گرافيکي OpenGL داشته است (نسخه موبايل آن OpenGL ES نام دارد). دليل توسعه Metal صرفه‌جويي در هزينه نبود، بلکه اين بود که اپل را قادر کرد که توسعه iOS به زيرمجموعه‌هاي گرافيکي را سفارشي کرده تا اپل بتواند از آن بهره ببرد و در اين رهگذر، د‌هها هزينه‌هاي سربار بي‌ربط را دور بيندازد. OpenGL بگونه‌اي توسعه داده شده است که با پلتفرم‌هاي مختلف و معماري‌هاي مختلف جي‌پي‌يو کار کند. انعطاف‌پذيري به مرور زمان به معضلي براي اپل تبديل شد، چون باعث شد که نتواند عملکرد را بهينه کند. مايکروسافت، انويديا، اي‌ام‌دي و ديگر شرکت‌ها، جايگزين‌هايي براي OpenGL معرفي کردند تا بتوانند بر نقاط قوتشان تمرکز کنند. Metal همين کار را براي پلتفرم اپل انجام داد. همانند OpenGL، معماري PowerVR شرکت Imagination به گونه‌اي طراحي شده است که پاسخگوي نيازهاي مختلف در رده‌هاي مختلف محصولات باشد. در حقيقت، اين شرکت بريتانيايي سالهاست که تلاش دارد وابستگي خود را به اپل کاهش دهد. انتظار مي‌رفت که نسل بعدي معماري جي‌پي‌يو اين شرکت با نام Furian دو سال ديگر معرفي شود. Furian به گونه‌اي توسعه داده شده است که قابليت پشتيباني از واقعيت مجازي و واقعيت افزوده را نيز دارد و بنابر ادعاي Imagination، رهبري خود را در رده‌هاي معمول همچون موبايل، تبلت و خودرو نيز حفظ مي‌کند. از آنجايي که اپل در مورد برنامه‌هاي آينده خود به شدت رازدار است، به سادگي مي‌توان دريافت که معماري Furian براي حل مشکلات آينده اپل طراحي نشده است؛ چون Imagination حتي نمي‌داند که اين برنامه‌ها چيست و بعلاوه، Imagination به دنبال آن است که مشتري‌هاي بيشتري براي خود دست و پا کند، پس عاقلانه نيست تا طراحي را توسعه دهد که تنها براي يک خريدار، هر چند بزرگ و پولدار، و يا چند خريدار خاص مناسب باشد. در طول دهه گذشته، PowerVR براي اپل همان کار OpenGL را انجام داده است. استفاده نکردن از PowerVR به اين دليل است که اپل با توسعه جي‌پي‌يو اختصاصي، اهداف فرعي جي‌پي‌يو Imagination را کنار مي‌گذارد. معرفي Metal نيز در همين راستا بود. جي‌پي‌يو سان‌فرانسيسکو يک مثال ديگر از جايگزيني تکنولوژي حال حاضر با تکنولوژي بهينه‌شده، معرفي فونت سان‌فرانسيسکو است که در سال ۲۰۱۴ توسط اپل معرفي شد. اپل اين فونت را به طور اختصاصي براي اپل واچ توسعه داد تا خوانايي را بر روي نمايشگرهاي کوچک افزايش دهد. يک سال بعد از معرفي اين فونت، اپل نسخه‌اي از فونت سان‌فرانسيسکو را براي iOS 9 و macOS El Capitan را عرضه کرد. اپل استفاده از اين فونت را به وبسايتش، تبليغاتش، برندسازي و برچسب‌هاي کيبورد گسترش داده است. اپل در گذشته از فونت‌هاي مختلف براي هدف‌هاي گوناگون استفاده کرده است. استفاده از فونت‌هاي يک خانواده باعث شد که اپل علاوه بر حل برخي مشکلات فني، ظاهر و کاراکتر همگني داشته باشد. يکي از ويژگي‌هاي سان‌فرانسيسکو اين است که از Dynamic Type پشتيباني مي‌کند. Dynamic Type باعث مي‌شود که هنگام تغيير سايز فونت، وزن و ديگر ويژگي‌هاي آن نيز به طور متناسب تغيير کند و بدين ترتيب خوانايي متن حفظ شود. طراحي سان‌فرانسيسکو به گونه‌اي انجام شد تا از دستگاههاي کوچک همچون اپل واچ تا دسکتاپ را پشتيباني کند. اپل نيز احتمالا همين رويکرد در توسعه جي‌پي‌يو دارد. همانند سان‌فرانسيسکو، اپل قصد دارد در محصولاتي که بيشترين نياز را دارند، PowerVR را جايگزين کند: دستگاههاي iOS، اپل واچ و اپل تي‌وي و حتي ممکن است روزي از جي‌پي‌يو خود در مک نيز استفاده کند. حتي منطقي بنظر مي‌رسد که اپل از جي‌پي‌يو اختصاصي خود در مک‌هاي آينده استفاده کند تا بتواند از پردازنده‌هاي مبتني بر معماري x86 اينتل فاصله بگيرد و به سمت پردازنده‌هاي مبتني بر معماري ARM که توسط خود اپل توسعه داده شده است، برود. فارغ از اينکه بتوان از جي‌پي‌يو اپل در مک استفاده کرد، اپل از توسعه جي‌پي‌يو هدف زير را دنبال مي‌کند: جي‌پي‌يو اپل مي‌تواند به گونه‌اي طراحي شود که نيازهاي خاصي را پاسخ دهد، نيازهايي که Imagination نيازي به پاسخ به آن نمي‌بيند. واضح‌ترين مثال، اپل واچ است. طبيعتا بازار ساعت هوشمند تقريبا در کنترل کامل اپل است. رقيب اصلي اپل در اين زمينه، ترکيبي از ساعت‌هاي مکانيکي مجلل و دستبندهاي سلامتي هوشمند است. Imagination نيازي ندارد که جي‌پي‌يو اي توسعه دهد که براي پوشيدني‌ها مناسب باشد، همانگونه که نيازي به توسعه فونت اختصاصي براي يک نمايشگر کوچک اولد وجود ندارد. شباهت دوم به سان‌فرانسيسکو اين است که پيش از استفاده از اين فونت، اپل از فونت هلوتيکا، فونتي که به طور گسترده توسط شرکت‌هاي ديگر بکار مي‌رود، استفاده مي‌کرد. اگر به استفاده از هلوتيکا ادامه داده بود، ديگر کمپاني‌ها مي‌توانستند رويکرد اپل را کپي کنند و کاربران قادر نبودند که تمايزي بين اپل و ديگر شرکت‌ها قائل شوند. به طور مشابه، ديگر کمپاني‌ها از معماري از جي‌پي‌يو PowerVR استفاده مي‌کنند. يک مثال عمده آمازون است. فاير تي‌وي اين شرکت از چيپ مدياتک استفاده مي‌کند که اين چيپ از جي‌پي‌يو PowerVR بهره مي‌برد. اپل مي‌تواند با Imagination همکاري کند تا جي‌پي‌يو اختصاصي براي تلويزيون خود توسعه دهد و يا مي‌تواند جي‌پي‌يو اختصاصي خود را توسعه دهد که مي‌توان آن را به راحتي براي استفاده در اپل تي‌وي استفاده کرد. اپل که رابط کاربري دسکتاپش توسط مايکروسافت و رابط کاربري موبايلش توسط گوگل و سامسونگ دزديده شده است، دليل خوبي دارد تا از تکرار اينگونه کپي‌کاري‌ها جلوگيري کند. The APFS GPU تکنولوژي ديگر که اپل در حال توسعه آن است، سيستم فايل اپل (Apple File System (APFS)) است که در حال حاضر در iOS 10.3 بکار مي‌رود و قرار است تا آخر سال جاري ميلادي در مک نيز بکار گرفته شود. همانند OpenGL و هلوتيکا، سيستم فايل +HFS اپل بسيار کاربردي بود و مي‌توانست براي مدت زيادي کار کند. اما مسائلي وجود دارند که بايد پاسخ داده شوند، تا پلتفرم فعلي تقويت شود و توانايي ايجاد ويژگي‌هاي جديد براي آينده بوجود آيد. APFS نيز مثل سان‌فرانسيسکو و Metal، به گونه‌اي طراحي شده است تا نياز محصولات مختلف اپل از اپل واچ گرفته تا مک، را برآورده کند و در عين حال، آيفون، آيپد و اپل تي‌وي را نيز پشتيباني کند. در حاليکه Metal به گونه‌اي طراحي شد که قسمت‌هاي غير ضروري OpenGL حذف شود و سان‌فرانسيسکو فونتي بود که محصولات اپل را خاص مي‌کرد، APFS جايگزين +HFS مي‌شود تا سيستم فايلي ايجاد شود که با رشد و نيازهاي آينده سازگار باشد. به طرز مشابه، PowerVR به اپل اجازه مي‌دهد که در حوزه‌هايي همچون اپل واچ، آيفون، آيپد پرو و اپل تي‌وي رقابتي باقي بماند. اما، اپل براي قابليت‌هاي آينده نياز به بنياد محکمي دارد. طراحي PowerVR مثل +HFS به عصر پيشين تکنولوژي بر مي‌گردد. طراحي اوليه آن در اواسطه دهه ۹۰ ميلادي اتفاق افتاد، اما حتي نسخه مخصوص موبايل آن نيز يک دهه پيش توسعه داده شده و در نسل بعدي گوشي‌هاي هوشمند استفاده شده است. ويژگي tile-based deferred rendering آن در ميان جي‌پي‌يو‌ها منحصربفرد است، اما برخي رهيافت‌‌هاي آن با Mali اي‌آرام و موتور گرافيکي تجميع‌شده اچ‌دي اينتل يکسان است. از آنجايي که تکنولوژي موبايل از سال ۲۰۰۵ به بعد پيشرفت‌هاي زيادي داشته است، سخت نيست تصور کنيم که رهيافت‌هاي جديدتر و پربازده‌تر از چيزي که Imagination در دهه گذشته توسعه داده است، وجود داشته باشد. اين حقيقت که Imagination در حال توسعه نسل بعدي طراحي خود کار مي‌کند، مويد اين حقيقت است. The iOS GPU با پديدار شدن Furian شرکت Imagination در افق، حال زمان مناسبي است که اپل يک طراحي جديد GPU ارائه کند که از وضع موجود فاصله گرفته و جهش بزرگي در قابليت‌هاي گرافيکي بوجود آورد. اپل يک دهه پيش به اين حقيقت دست يافت که تکنولوژي، گروه جديدي از سوپر موبايل‌ها را قادر خواهد ساخت که به جاي اجراي پلتفرم‌هاي قديمي موبايل که در دهه ۹۰ ميلادي براي PDA‌ها و پيجرها توسعه داده شده بود، اپليکيشن‌هاي رده دسکتاپ را اجرا کنند. نتيجه iOS بود. در همين راستا، اپل مي‌تواند دانش خود را در زمينه گوشي‌هاي هوشمند و نيازهاي سيستم عامل براي توسعه جي‌پي‌يو براي دهه آينده بکار گيرد. راههاي زيادي وجود دارد که وجود يک جي‌پي‌يو اختصاصي مي‌تواند محصولات iOS را همانگونه که خود iOS يک دهه پيش متمايز کرد، متمايز کند. برخي از اين راهها عبارتند از: توابع GPGPU بهينه‌شده براي فشرده‌سازي فايل و حافظه، رمزنگاري فايل‌ها، افکت‌هاي و فيلترهاي جديد ويدئويي، يادگيري ماشين و بهينه‌سازي‌ها براي اجراي جاوا اسکريپت و سويفت که مي‌تواند منجر به افزايش سرعت وب و توسعه نرم‌افزار براي آيپد گردد. اپل ادعا کرده است که پردازشگر سيگنال تصوير که در چيپ‌هاي سري A آيفون ۷ وجود دارد، قادر است ۱۰۰ ميليارد محاسبه را در ۲۵ ميلي‌ثانيه انجام دهد. اين کمپاني همچنين موتورهاي محاسباتي ديگري در سيستم-بر-روي-يک- چيپ خود استفاده کرده است که از حذف نويز صدا گرفته تا Secure Enclave شامل مي‌شود. شايد بتوان برخي از کارهايي را که پردازنده انجام مي‌دهد به جي‌پي‌يو منتقل کرد که براي انجام کارهاي GPGPU به طور اختصاصي برنامه‌ريزي شده‌اند و يا سخت‌‌افزار جديد ساخت که مرز بين سي‌پي‌يو، جي‌پي‌يو و ديگر هسته‌هاي پردازشي در چيپست را محو کند. از آنجايي که اپل کار پيشرفته‌اي براي بهينه‌سازي هسته‌هاي سي‌پي‌يو و ديگر اجزاي چيپ‌هاي سري A انجام مي‌دهد، دشوار نخواهد بود که بتواند به طور تهاجمي در چيپ سيليکوني جديد، پردازش موبايلي را به جلو ببرد. علاوه بر جي‌پي‌يو، اپل در حال کار بر روي سيستم مديريت انرژي (در حال حاضر بر عهده شرکت Dialog) است و ممکن است در آينده به سمت طراحي مودم اختصاصي نيز برود (اپل مودم‌هاي خودش را از اينتل و کوالکام خريداري مي‌کند). اپل مي‌تواند تکنولوژي جديد خلق کند کمپاني‌هاي ديگر نيز در حال کار بر روي جي‌پي‌يو‌هاي اختصاصي خود هستند. علاوه بر Furian، انويديا اميدوار است که چيپ‌هاي تگراي خود را براي تبلت و خودروها پيش ببرد و کوالکام نيز جي‌پي‌يو موبايل Adreno را دارد. سامسونگ از جي‌پي‌يو Mali شرکت ARM استفاده مي‌کند. اما تفاوت اينجاست که اپل نه تنها قصد دارد تکنولوژي خود را توسعه دهد، بلکه قصد دارد آن را به ديگر شرکت‌ها بفروشد. بر خلاف ديگر شرکت‌ها، اپل اين توانايي را دارد که از طريق آپديت‌هاي نرم‌افزاري و با استفاده از فروش محصولات پريميوم که صددرصد مشتري خود را دارند، تکنولوژي‌هاي جديد را براي صدها ميليون دستگاه عرضه کند. اپل در سال ۲۰۱۲ محصولات موبايل خود را به Lightning تبديل کرد و سال بعد، Touch ID و اپليکيشن‌هاي ۶۴ بيتي را عرضه کرد که هر دو در حال حضار به وفور يافت مي‌شوند. اپل هر ساله حدود ۸۰ درصد iOS را بازتوليد مي‌کند و ويژگي‌هايي مانند فونت سان‌فرانسيسکو، APFS و Metal، که قبلا به آنها اشاره شد، اضافه مي‌کند. سامسونگ، بزرگترين رقيب اپل، سالانه حدود ۳۵۰ ميليون دستگاه مي‌فروشد که تنها حدود ۱۰۰ ميليون از آنها گوشي‌هاي پريميوم گلکسي اس هستند. برخي از اين محصولات با نسخه‌هاي قديمي اندرويد عرضه مي‌شوند که احتمالا هيچ‌ گاه آپديتي براي آنها عرضه نخواهد شد. سامسونگ مي‌تواند جي‌پي‌يو اختصاصي خود را توليد کند، اما براي استفاده از آن دچار مشکل خواهد شد، چون بسياري از گوشي‌هاي اين شرکت، رده پايين هستند. حتي گلکسي اس ۸ نيز از دو نسخه جي‌پي‌يو استفاده مي‌کند: Mali و Adreno. سامسونگ حتي نتوانست سيستم عامل تايزن و ساعت‌هاي گلکسي گير را در تعداد و مقياس بالا عرضه کند. گوگل نيز ثابت کرده است که توانايي کمي در عرضه پلتفرم نرم‌افزاري خود براي بخش اعظمي از کاربران دارد. مايکروسافت نيز نشان داد که نمي‌تواند يندوز ۱۰ را به سرعت فراگير کند، حتي وقتي که کاربران را مجبور به آپديت مي‌کرد. بسياري از سازندگان سخت‌افزار از گوشي فاير فون آمازون گرفته تا تجربه اچ‌پي با webOS تا تلاش انويديا براي فروش محصولات Shield تا تلاش گوگل براي فروش نکسوس کيو، گوگل تي‌وي و پيکسل سي، نشان داده‌اند که در همان ابتدا دچار مشکل مي‌شوند. اپل مي‌تواند يک معماري جديد جي‌پي‌يو معرفي کند و سريعا آن را در طيف گسترده‌اي از محصولات، حتي در آيفون ۸، اپل تي‌وي ۵ و اپل واچ ۳، بکار گيرد. اپل حتي مي‌تواند مدل‌هاي پيشين محصولات خود را به جي‌پي‌يو جديد مجهز کند. اپل ترسي از هزينه براي پيشرفت استراتژيک ندارد اپل دائما براي ويژگي‌هاي پيشرفته براي محصولاتش که رقبا قدرت کپي‌کردن نداشته باشند، چه در نرم‌افزار و چه در سخت‌افزار، هزينه کرده است. بيشتر اين کار به دليل آن است که اپل با فروش زياد سخت‌‌افزار قادر است درآمد بالايي داشته باشد. اپل در حال حاضر حدود ۱۰ ميليارد دلار در سال براي تحقيق و توسعه هزينه مي‌کند. در مقام مقايسه، هزينه تحقيق و توسعه انويديا کمتر از ۱.۵ ميليارد دلار است. بزرگترين شکايتي که در حال حاضر از اپل وجود دارد؛ نبود نسخه جديدي از مک پرو است. هر کسي در دنياي پي‌سي و موبايل بر عکس اين مشکل را دارد: يا محصولي که دارند که پرچمدار بوده، ولي فروش کمي دارد يا محصولاتي دارند که فروش بالايي دارد ولي باعث پيشرفت نمي‌شود. نگاهي به برخي از سرمايه‌گذاري‌هاي سخت‌افزاري اپل بيندازيد. در زمينه سخت‌افزار، اپل شرکت AuthenTec را به مبلغ ۳۵۰ ميليون دلار خريد و سپس بر روي Touch ID سرمايه‌گذاري مجدد انجام داد تا آن را براي استفاده عموم آماده کند. موتورولا قصد داشت در سال ۲۰۱۰ در گوشي Atrix خود از فناوري شرکت AuthenTec استفاده کند، اما نتوانست کاري کند که سنسورهاي اين شرکت به خوبي کار کنند و در نهايت، از اين کار منصرف شد. AuthenTec اشاره مي‌کند که بجز اپل، ديگر سازندگان از بهترين سنسورهاي اثر انگشت اين شرکت به دليل قيمت بالا صرفه‌نظر کردند. دليل آن اين است که بجز آيفون، گوشي‌هاي هوشمند يا هزينه بالا و ميزان فروش کم دارند يا هزينه پايين و فروش بالا دارند که هيچ کدام استفاده از قطعات گران‌قيمت را توجيه نمي‌کند. علاوه بر سخت‌افزار، اپل ميلياردها دلار براي تحقيق و توسعه نرم‌افزارها از iOS گرفته تا Xcode تا اپليکيشن‌هاي کامل، هزينه مي‌کند. هيچ سازنده موبايلي نتوانسته است سيستم عامل خود را بسازد، براي ۱۰ سال آن را نگه دارد و در عين حال، سودآور نيز باشد. نوآوري‌هاي نرم‌افزاري رقباي اپل، بيشتر از حقه‌بازي تقليد آميز، پوسته‌هاي رابط کاربري نازک و اپليکيشن‌ها باندل شده تشکيل شده است. سامسونگ تابحال بر روي دو سيستم عامل، بادا و تايزن، سرمايه‌گذاري کرده است که هر دو نيز شکستي بيش نبودند. در حاليکه سامسونگ تقريبا نيمي از گوشي‌هايي اندرويدي دنيا را به فروش مي‌رساند و انگيزه لازم را براي توسعه سيستم عامل اختصاصي خود را دارد. گوگل و مايکروسافت پول زيادي صرف توسعه سيستم عامل اختصاصي موبايل خود کرده‌اند بدون اينکه بتوانند با استفاده از فروش سخت‌افزار، لايسنس نرم‌افزار يا درآمدهاي ديگر مرتبط با اکوسيستم‌شان، بتوانند اين درآمدها را جبران کنند. تلاش‌هاي ديگر براي توسعه سيستم موبايل (مانند وب او اس يا اوبونتو تاچ) نيز که اساسا نتوانستند پول لازم براي توسعه خود را پيدا کنند. اپل همچنين ميليارد‌ها دلار براي توسعه چيپ‌هاي خودش خرج کرده است. اپل در سال ۲۰۰۸ شروع به توسعه چيپ اختصاصي خودش کرد که در نهايت منجر به ارائه A4 در سال ۲۰۱۰ شد. بنظر مي‌رسيد چيپ‌هاي OMAP از تگزاس اينسترومنتر، تگرا از انويديا و اسنپدراگون از کوالکام بتوانند تنها با استفاده از قدرت محاسباتي، اندرويد و ويندوز را از اپل جلو بيندازند. اما اپل نه تنها توانست پابه‌پاي آنها جلو بيايد، بلکه با معرفي چيپ ۶۴ بيتي A7، خود را از هر شرکتي در دنياي موبايل جلو انداخت. با اين کار، تگزاس اينسترومنتر و انويديا از ميدان خارج شدند و کوالکام نيز مدتها دست و پا مي‌زد. مطالب جذاب، داغ و آموزشي فناوري اطلاعات در کانال تلگرامي «آي تي»