ما هو المحرك العصبي Neural Engine من Apple وكيف يعمل؟

يستفيد كل من الـ iPhone والـ iPad والـ Mac و Apple TV من محرك معالجة عصبية مُتخصص يُسمى Apple Neural Engine (ANE) وهو يُوفر طريقة أسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة من وحدة المعالجة المركزية أو وحدة معالجة الرسومات.

يُتيح المحرك العصبي Neural Engine من Apple ميزات مُتقدمة على الجهاز مثل معالجة اللغة الطبيعية وتحليل الصور دون الاستفادة من الحوسبة السحابية أو استخدام الطاقة الزائدة. تحقق من ما هي الشبكة العصبونية الالتفافية (CNN) وكيف تعمل؟

1fAo0iAVZ4FJJC8mMVInIHA DzTechs | ما هو المحرك العصبي Neural Engine من Apple وكيف يعمل؟

دعنا نستكشف كيف يعمل المحرك العصبي Neural Engine وتطوره ، بما في ذلك الاستدلال والذكاء الذي يُشغله عبر منصات Apple وكيف يمكن للمُطورين استخدامه في تطبيقات الطرف الثالث.

ما هو المحرك العصبي Neural Engine (ANE)؟

المحرك العصبي Neural Engine من Apple هو اسم تسويقي لمجموعة من النوى الحاسوبية المُتخصصة للغاية والمُحسَّنة من أجل التنفيذ المُوفر للطاقة للشبكات العصبية العميقة على أجهزة Apple. حيث يعمل على تسريع خوارزميات تعلم الآلة (ML) والذكاء الاصطناعي (AI) ، مما يُوفر سرعة هائلة وذاكرة ومزايا طاقة على وحدة المعالجة المركزية (CPU) أو وحدة معالجة الرسومات (GPU) الرئيسية.

يُعد المحرك العصبي Neural Engine جزءًا كبيرًا من سبب تحسن استجابة أحدث أجهزة iPhone و iPad و Mac و Apple TVs وعدم تعرضها للسخونة أثناء مُعالجة حسابات ML و AI المُجهدة. لسوء الحظ ، لا تحتوي جميع أجهزة Apple على المحرك العصبي Neural Engine — Apple Watch وأجهزة Mac المُستندة إلى Intel والأجهزة الأقدم من 2016 تفتقر إليه.

1KdDzhuqiLcJgasEXBxKDNQ DzTechs | ما هو المحرك العصبي Neural Engine من Apple وكيف يعمل؟

حيث ظهر المحرك العصبي Neural Engine لأول مرة داخل شريحة Apple A11 في iPhone X لعام 2017 وكان قويًا بما يكفي لدعم Face ID و Animoji. وبالمقارنة ، فإنَّ أحدث محرك عصبي Neural Engine في شريحة A15 Bionic أسرع 26 مرة من الإصدار الأول. في الوقت الحاضر ، يُتيح ANE ميزات مثل Siri في وضع غير المُتصل بالإنترنت ، ويُمكن للمطورين استخدامه لتشغيل نماذج ML المُدربة مسبقًا ، وتوفير موارد وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات للتركيز على المهام التي تُناسبهم بشكل أفضل. تحقق من مُقارنة بين Samsung Galaxy S23 Ultra و iPhone 14 Pro Max: أيهما أفضل؟

كيف يعمل المحرك العصبي Neural Engine؟

يُوفر ANE التحكم والمنطق الحسابي الأمثل لأداء عمليات الحوسبة المُكثفة مثل الضرب والتراكم ، وهي شائعة الاستخدام في خوارزميات ML و AI مثل تصنيف الصور وتحليل الوسائط والترجمة التلقائية والمزيد.

وفقًا لبراءة اختراع Apple بعنوان “Multi-Mode Planar Engine for Neural Processor” ، يتكون ANE من عدة نوى للمحرك العصبي وواحدة أو أكثر من الدوائر المُستوية متعددة الأوضاع.

تم تحسين التصميم للحوسبة المتوازية ، حيث يجب تنفيذ العديد من العمليات ، مثل مضاعفات المصفوفة التي تعمل في تريليونات من التكرارات ، في وقت واحد.

لتسريع الاستدلال في خوارزميات الذكاء الاصطناعي ، يستخدم ANE النماذج التنبؤية. بالإضافة إلى ذلك ، يمتلك ANE ذاكرة تخزين مُؤقت خاصة به وتدعم فقط أنواعًا قليلة من البيانات ، مما يُساعد على زيادة الأداء إلى الحد الأقصى.

ميزات الذكاء الاصطناعي المدعومة من المحرك العصبي Neural Engine

1OqcCUjXJsdyPbGpZaFqGMw DzTechs | ما هو المحرك العصبي Neural Engine من Apple وكيف يعمل؟

فيما يلي بعض الميزات الموجودة على الجهاز والتي قد تكون على دراية بها والتي يُتيحها ANE.

  1. معالجة اللغة الطبيعية: التعرف على الصوت بشكل أسرع وأكثر موثوقية للإملاء والإستجابة بواسطة Siri ؛ تحسين تعلم اللغة الطبيعية في تطبيق الترجمة وفي جميع أنحاء النظام ؛ ترجمة نصية فورية في الصور والكاميرا وتطبيقات الـ iPhone الأخرى.
  2. الرؤية الحاسوبية: البحث عن الأشياء في الصور مثل المعالم والحيوانات الأليفة والنباتات والكتب والزهور باستخدام تطبيق “الصور” أو بحث Spotlight ؛ الحصول على معلومات إضافية حول الكائنات التي تم التعرف عليها باستخدام البحث المرئي في أماكن مثل Safari والبريد والرسائل. تحقق من إصابات واقعية أثناء ممارسة ألعاب الفيديو وكيفية تجنبها.
  3. الواقع المُعزَّز: إضافة العديد من العناصر وتتبع الحركة في تطبيقات AR.
  4. تحليل الفيديو: اكتشاف الوجوه والأشياء على الفيديو في تطبيقات مثل Final Cut Pro.
  5. تأثيرات الكاميرا: اقتصاص تلقائي باستخدام Center Stage ؛ تمويه الخلفية أثناء مكالمات الفيديو عبر FaceTime.
  6. الألعاب: تأثيرات الصور الواقعية في ألعاب الفيديو ثلاثية الأبعاد.
  7. النص المباشر: توفير التعرف الضوئي على الأحرف (OCR) في الكاميرا والصور ، مما يُتيح لك نسخ الكتابة اليدوية أو النصوص بسهولة مثل كلمة مرور Wi-Fi أو العنوان من الصور.
  8. التصوير الحاسوبي: يُحلل Deep Fusion وحدات البكسل لتقليل الضوضاء بشكل أفضل ، ونطاق ديناميكي أكبر ، وتحسين التعريض التلقائي وتوازن اللون الأبيض ، والاستفادة من Smart HDR عند الاقتضاء ؛ التصوير بعمق المجال الضحل ، بما في ذلك التقاط صور الوضع الليلي ؛ ضبط مستوى ضبابية الخلفية باستخدام ميزة ضبط العمق.
  9. الذكريات: يتم استخدام ANE أيضًا لأنماط التصوير في تطبيق الكاميرا ، وتنظيم الذكريات والتأثيرات الأسلوبية في الصور ، والتوصيات المخصصة مثل اقتراحات الخلفية ، والتعليق على الصور في VoiceOver ، والعثور على الصور المكررة في الصور ، وما إلى ذلك.

بعض الميزات المذكورة أعلاه ، مثل التعرف على الصور ، تعمل أيضًا بدون وجود ANE ولكنها ستعمل بشكل أبطأ بكثير وستستنزف بطارية جهازك.

تاريخ موجز للمحرك العصبي Neural Engine: من iPhone X إلى الـ Mac المُزوَّد بشريحة M2

في عام 2017 ، نشرت Apple أول محرك ANE لها في شكل نواتين مُتخصصين داخل شريحة A11 الخاصة بـ iPhone X. وفقًا لمعايير اليوم ، كان بطيئًا نسبيًا ، حيث تمكن من معالجة 600 مليار عملية في الثانية فقط.

ظهر الجيل الثاني من ANE داخل شريحة A12 في عام 2018 ، بأربعة أضعاف النوى. تم تقييمه بخمسة تريليونات عملية في الثانية ، وكان ANE أسرع بنحو تسع مرات ويستخدم عُشر قوة سابقه.

تحتوي شريحة A13 لعام 2019 على نفس محرك ANE ثُماني النوى ، ولكنه يعمل أسرع بخمس مع استخدام طاقة أقل بنسبة 15% ، وهو منتج من عقدة أشباه الموصلات المُحسّنة 7 نانومتر من TSMC. تقوم شركة TSMC (شركة تصنيع أشباه الموصلات التايوانية) بتصنيع شرائح من تصميم Apple.

تطور المحرك العصبي Neural Engine

في العام التالي ، ضاعفت شريحة Apple A14 تقريبًا أداء ANE إلى 11 تريليون عملية في الثانية ، وتم تحقيق ذلك من خلال زيادة عدد نوى ANE من 8 إلى 16. في عام 2021 ، استفادت A15 Bionic من TSMC من الجيل الثاني لعملية 5 نانومتر ، مما عزز ANE بشكل أكبر ليصل الأداء إلى 15.8 تريليون عملية في الثانية دون إضافة المزيد من النوى.

كانت أول شرائح M1 و M1 Pro و M1 Max المُرتبطة بنظام الـ Mac تحتوي على نفس مُحرك ANE مثل A14 ، مما أدى إلى توفير ML و AI المُتقدمين والمسرّعين بالأجهزة إلى نظام macOS الأساسي لأول مرة.

في عام 2022 ، جمعت M1 Ultra شريحتين M1 Max في حزمة واحدة باستخدام اتصال Apple المُخصص الذي يطلق عليه UltraFusion. مع ضعف نوى ANE (32) ، ضاعف M1 Ultra أداء ANE إلى 22 تريليون عملية في الثانية.

تم تصنيع Apple A16 في عام 2022 باستخدام عقدة N4 المُحسّنة من TSMC ، مما أدى إلى أداء أسرع بنسبة 8% من ANE (17 تريليون عملية في الثانية) مقارنةً بشريحةA15.

كانت أجهزة iPad الأولى المُزوَّدة بمحرك ANE هي الجيل الخامس من iPad mini (2019) ، والجيل الثالث من iPad Air (2019) ، والجيل الثامن من iPad (2020). جميع أجهزة iPad التي تم إصدارها منذ ذلك الحين تحتوي على ANE. تحقق من الخيارات التي تجعل Mac mini المُزوَّد بـ M1 أفضل Mac للمُبتدئين.

كيف يمكن للمطورين استخدام ANE في التطبيقات؟

تستخدم العديد من تطبيقات الجهات الخارجية مُحرك ANE للميزات التي لن تكون مُجدية بخلاف ذلك. على سبيل المثال ، يُوفر مُحرِّر الصور Pixelmator Pro أدوات مثل ML Super Resolution و ML Enhance. وفي Djay Pro ، يفصل ANE الإيقاعات والآلات الموسيقية والمسارات الصوتية عن التسجيل.

ومع ذلك ، لا يحصل مطورو الطرف الثالث على وصول مُنخفض المستوى إلى ANE. بدلاً من ذلك ، يجب أن تمر جميع مكالمات ANE عبر إطار برنامج Apple لتعلم الآلة ، Core ML. مع Core ML ، يُمكن للمطورين بناء وتدريب وتشغيل نماذج ML الخاصة بهم مُباشرةً على الجهاز. ثم يتم استخدام هذا النموذج لعمل تنبؤات بناءً على بيانات الإدخال الجديدة.

“بمجرد أن يكون النموذج على جهاز المستخدم ، يُمكنك استخدام Core ML لإعادة تدريبه أو ضبطه على الجهاز ، باستخدام بيانات هذا المستخدم ،” وفقًا لنظرة Core ML على موقع Apple على الويب.

لتسريع خوارزميات ML و AI ، لا يستفيد Core ML ليس فقط من ANE ولكن أيضًا وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات. يسمح هذا لـ Core ML بتشغيل نموذج حتى في حالة عدم توفر ANE. ولكن مع وجود ANE ، سيعمل Core ML بشكل أسرع ، ولن يتم استنزاف البطارية بالسرعة الكبيرة. تحقق من كيفية إنشاء نموذج تعلم الآلة باستخدام Microsoft Lobe.

لن تعمل العديد من ميزات Apple بدون ANE

لن تكون العديد من الميزات على الجهاز مُمكنة بدون المعالجة السريعة لخوارزميات الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة وتقليل حجم الذاكرة واستهلاك الطاقة الذي يجلبه ANE إلى القائمة. يتمثل سحر Apple في وجود معالج مساعد مُخصص لتشغيل الشبكات العصبية بشكل خاص على الجهاز بدلاً من تفريغ هذه المهام على الخوادم في السحابة.

مع ANE ، يُمكن لكل من Apple والمطورين تنفيذ شبكات عصبية عميقة وجني فوائد تعلم الآلة المُتسارع لمختلف النماذج التنبؤية مثل الترجمة الآلية واكتشاف الكائنات وتصنيف الصور وما إلى ذلك. يُمكنك الإطلاع الآن على كيف تصبح مهندس تعلم الآلة والذكاء الاصطناعي: دليل المبتدئين.

DzTech

أنا مهندس دولة مع خبرة واسعة في مجالات البرمجة وإنشاء مواقع الويب وتحسين محركات البحث والكتابة التقنية. أنا شغوف بالتكنولوجيا وأكرس نفسي لتقديم معلومات عالية الجودة للجمهور. يُمكنني أن أصبح موردًا أكثر قيمة للمُستخدمين الذين يبحثون عن معلومات دقيقة وموثوقة حول مُراجعات المُنتجات والتطبيقات المُتخصصة في مُختلف المجالات. إنَّ التزامي الثابت بالجودة والدقة يضمن أنَّ المعلومات المُقدمة جديرة بالثقة ومفيدة للجمهور. السعي المُستمر للمعرفة يدفعني إلى مواكبة أحدث التطورات التكنولوجية، مما يضمن نقل الأفكار المُشتركة بطريقة واضحة وسهلة المنال.
زر الذهاب إلى الأعلى