На днях Apple представила новый iPhone 5S и три полностью новых аппаратных компонента, которые отличают новый смартфон от старого, несмотря на внешнее сходство. Также они отличают новинку и от конкурентов. В нашей статье мы более внимательно рассмотрим три ключевых компонента нового смартфона: SoC A7, сопроцессор M7 и датчик отпечатка пальца, обсудим технологии и новые возможности.
A7 SoC
Новая "система на чипе" A7 от Apple является первой SoC с поддержкой 64-битных вычислений в смартфонах. Samsung тоже объявила подобную SoC, но пока она не появилась в конечных решениях. Intel 2013 вчера на IDF тоже представила новую платформу "Bay Trail" с процессорами Atom, которые получили 64-битную поддержку. На кристалле площадью всего 102 мм² располагается около 1 млрд. транзисторов. По сравнению с предыдущим A6 заявлен прирост производительности CPU и GPU в два раза. Но как насчет поддержки 64 бит? Не является ли это маркетинговым трюком?
Вполне возможно, что Apple стала первым производителем, который использовал архитектуру ARMv8 в своем A7. Преимущество решения кроется в том, что оно относится к 64-битной архитектуре, но позволяет запускать 32-битный код. Конечно, на первый взгляд 64-битный процессор кажется чрезмерным для смартфона. Но не стоит забывать, что 64 бита обеспечивают большее адресное пространство. Apple на презентации упомянула большее количество регистров, особенно для операций с плавающей запятой. Не будем забывать, что серьёзной вычислительной производительности требует обработка изображений, а также вычисления биометрических данных - в том числе получаемых с сенсора Touch ID. К этому сенсору мы ещё вернёмся чуть позже. Но вполне очевидно, что фильтры и вычисления в пакетном режиме съёмки (когда смартфон автоматически выбирает лучший снимок) играют важную роль в работе камеры. Криптография с её аппаратными требованиями сегодня тоже немаловажна.
Но это в теории, как насчёт практики? 64-битные процессоры обеспечивают следующие три опции:
- Адресное пространство 232 (что соответствует 4 гигабайтам) расширяется до 264 (соответствует 16 экзабайтам). Пользователи настольных ПК давно знакомы с проблемой, что 32-битная версия Windows не может использовать весь физический объём памяти. 4 Гбайт ОЗУ являются для неё потолком, и мы не учли ещё память, выделяющуюся под графическое ядро. В некоторых high-end смартфонах оперативная память уже вплотную подбирается к этой планке, в планшеты тоже уже устанавливается до 3 Гбайт ОЗУ. Но что касается Apple, то до последнего времени iPhone 5 оснащались не более 1 Гбайт ОЗУ - и iPhone 5s не стал исключением.
- Если приложение не работает исключительно в 64-битном коде и обратно совместимо с 32-битным кодом, оно занимает больше места. Интересно будет посмотреть, станет ли Apple разделять чистые 64- и 32-битные приложения, и какие из собственных приложений Apple уже доработаны. Также и процесс разработки приложений iOS на основе новых Xcode пока не совсем понятен. Но разработчики вряд ли будут тратить дополнительные усилия под портирование на A7.
- 64-битный процессор может адресовать 264 адресного пространства в своих регистрах, хотя 32-битный ограничен 232. Подобные широкие регистры положительно сказываются на приложениях, интенсивно использующих вычисления, к которым можно отнести обработку изображений, криптографию и анализ биометрических данных.
Так что вопрос скорости здесь касается не плавности прокрутки web-страниц в мобильном браузере Safari или более быстрого запуска приложений, а также других распространённых вычислений, которые на любом настольном ПК выполнялись считанные секунды пять или десять лет назад. Поэтому информация, подобная приросту производительности CPU в два раза - чисто маркетинговая. Но будет интересно посмотреть, как iPhone 5 на iOS 7 будет справляться в 32-битном режиме с некоторыми функциями iPhone 5S. До пленарного доклада самым высоким ожидаемым уровнем был 30-процентный рост производительности, который звучит более реалистично. В любом случае, всё будет решать взаимодействие между "железом" и программами. Процессор A7, по всей видимости, по-прежнему опирается на два ядра. Другие производители уже начали многоядерную гонку, но без соответствующего программного обеспечения даже восьмиядерные SoC не дают особых преимуществ.
Вероятно, A7 позволяет заглянуть в то, что нас ждёт в будущем. Операционные системы iOS и OS X продолжают плавно перетекать одна в другую. Ключевые области операционных систем сегодня уже общие, как и некоторые части API. Упорно ходят слухи о появлении MacBook с процессором ARM. Возможно, с реализацией iPhone 5S или A7 мы подошли к этому на шаг ближе. Google в ближайшем будущем соединит Chrome OS и Android, Microsoft уже портировала Windows 8 на архитектуру ARM, но оба гиганта не смогли сделать переход безупречным. Apple придётся сделать поддержку A7 для разработчиков как можно более простой. Возможно, как и в случае OS X, платформа для разработчиков Xcode возьмёт эту задачу на себя, и разработчики вряд ли будут отвлекаться.
Сопроцессор M7
Важную роль в презентации играл сопроцессор M7. До сих пор Apple встраивала внешние сенсоры, такие как цифровой компас, гироскоп с тремя осями и акселерометр с тремя осями. Через APU CoreMotion любая программа iOS могла запрашивать эти данные. Сопроцессор M7 теперь сочетает все эти датчики, что более важно - постоянно фиксирует их значения. Так что приложениям больше не требуется запрашивать API CoreMotion через SoC, они могут получать данные напрямую с M7.
Данный метод даёт два преимущества:
- Энергопотребление снижается, поскольку за фиксацию данных отвечает не SoC, а компактный и эффективный сопроцессор
- Поскольку приложениям теперь не требуется постоянно опрашивать сенсоры и записывать данные, могут появиться новые приложения фитнеса, ранее недоступные для смартфонов. Новый смартфон сможет потеснить на рынке специализированные аксессуары для фитнеса, такие как Nike Fuelband или Fitbit.
Датчик отпечатка пальца Touch ID
Третье и последнее аппаратное новшество в новых смартфонах касается датчика отпечатка пальца. Конечно, Apple уже не первый производитель, предложивший подобный датчик в смартфоне. Но Apple наверняка станет первым, кто реализовал данную функцию максимально дружественно к пользователю.
Apple использует ёмкостный датчик для считывания папиллярной структуры кожи на подушечке пальца. Это стало возможным в новом смартфоне только по причине того, что сенсоры теперь имеют размер всего 170 микрон, а разрешение составляет 550 ppi. Кожа и сенсор формируют оба электрода ёмкостного датчика, а слой эпидермиса кожи с папиллярной структурой является диэлектриком. Каждый пиксель сенсора определяет ёмкость между двумя "электродами", в зависимости от расположения бороздок кожи ёмкость будет различаться.
Сенсор защищён сапфировым стеклом, которое также служит своего рода линзой для сенсора ниже. Стальное кольцо вокруг кнопки Home определяет касание пальцем и активирует сенсор. Последний, в свою очередь, определяет отпечаток пальца и по специальным алгоритмам строит структуру папиллярных линий. В новом iPhone 5S вы можете сохранять до пяти отпечатков.
На первоначальное снятие отпечатка уходит несколько секунд. Последующее сканирование и распознавание выполняется существенно быстрее, времени уходит намного меньше, чем на ввод пароля из четырёх символов.
Конечно, возникает вопрос о защите хранящихся отпечатков. Здесь работает общее правило, применимое ко всем данным на iPhone: если используется кодовая блокировка, то все данные шифруются на аппаратном уровне. Закрытый ключ записывается в SoC при изготовлении, у каждого устройства он свой. Предположительно его не знает даже Apple, хотя теоретически ключ можно считать на этапе изготовления SoC, после чего хранить библиотеку ключей, привязанную к серийным номерам iPhone, либо использовать master-ключ. К сожалению, Apple не раскрывает систему шифрования, так что ответить на этот вопрос пока затруднительно.
Apple указывает, что iPhone может хранить до пяти отпечатков пальца в защищённой области. Передача на серверы Apple не выполняется. Опять же, здесь пользователям придётся довериться Apple, либо не хранить отпечатки пальцев на iPhone. Скорее всего, хранится не сам отпечаток, а его определённые характеристики. Специальный алгоритм анализирует отпечаток, после чего шифрует данные. К ним добавляется случайный вектор. Каждый раз, когда необходимо сравнить отпечаток пальца, методика повторяется - так что сам отпечаток не сохраняется. Работники Apple подтвердили данную методику.
Если датчик отпечатка пальца используется для упрощения ввода пароля iTunes, сам пароль хранится в iOS Keychain. Отпечаток пальца позволяет извлечь пароль и передать пароль Apple. Но всё сказанное подразумевает, что Apple выполняет свои обещания, и отпечаток пальца не покидает устройство.
У iPhone 5S и даже у iPhone 5C есть некоторые другие инновации, которые мы упоминали в предыдущих новостях. Сюда относятся улучшенная камера с сенсором большего размера, поддержка большего количества диапазонов LTE, в том числе диапазонов 2600 МГц (Band 7) и 800 МГц (Band 20), актуальных для России. Всё это уже нельзя назвать революционными функциями, но их появление можно приветствовать.
Обновление:
Представитель Apple поделился в интервью Wall Street Journal несколькими деталями о работе Touch ID. Так что в безопасной зоне SoC A7 хранится не сам отпечаток пальца, а связанные с ним результаты анализа. Эти данные не передаются Apple и не хранятся в каких-либо других местах, они не резервируются в iCloud или в iTunes.
Также при перезапуске смартфона вам придётся ввести пароль, а не отпечаток - этот пароль необходимо задать вместе с отпечатком в качестве резервной меры разблокирования смартфона. Также если в течение 48 часов смартфон не был разблокирован, его разблокировка будет возможна только с помощью пароля, а не по отпечатку пальца. Подобная мера добавлена для противодействия хакерам. Некоторые тестеры сообщают о том, что смартфон сложно разблокировать, если палец влажный или руки вспотели. В таких случаях тоже поможет пароль. Также на пальцах с ожогами или ранами отпечаток папиллярных линий может не распознаваться - и здесь можно будет воспользоваться паролем.