新一代iPhone苹果芯——A13性能全面预测

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坐等最强 Soc。
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鉴于苹果的守口如瓶和对硬件内部的轻描淡写,我们还要等一段时间才能搜集到关于下一代 A 系列芯片的官方信息,而且 A13 处理器很可能会在 9 月发布随着新款 iPhone 的发布一起到来。这些芯片的设计、制造和测试都需要数年时间,苹果要想突然做出根本性的改变是不大可能的,所以我们就能够比较靠谱地预测 A13,因为无论从哪个角度来看,这些都已经是板上钉钉的事了。
% n5 v2 J' G" Q, n+ Y  W通过回顾过去的 A 系列芯片,并根据我们对苹果今年将采用的制造工艺的了解进行推断,我们可以对 A13 芯片有一个合理的预期。几乎可以肯定,这将是苹果为 iPhone 开发的最强 SoC,但我们具体可以期待哪些方面带来的改变呢?( u* ]2 `; B% d( C7 m
升级版7nm工艺
' Z/ r' {$ T; x3 u# u8 oA13 基本可以肯定由苹果和台积电继续合作,台积电作为全球市场占有最高的芯片代工厂,在制造技术方面拥有坚定的领先地位。但台积电还没有准备好向新的芯片制程节点迈出大步,直接飞跃到 5nm 制程——像去年从 10nm 制程节点跃升至 7nm 制程节点那样。5nm 制程可能会在 2020 年的 iPhone 上实现,今年的机型仍将采用 7nm 制程。
4 t! Z8 t: Y: F, @& p! ?这不代表我们不能指望它在制造业方面有任何改善,相反台积电有两个改进的 7nm 制程节点可供苹果采用。
9 Y& l" V+ x  Y) N& K% z5 D用于 A12 芯片的基本 7nm 工艺称为 N7,而其中一个改进版 7nm 工艺称为 N7+,该工艺对一些芯片层使用 EUV(极紫外)光刻技术,使芯片具有更好的密度(在相同的区域逻辑增加约 20%)和电力效率(约 10%)。
9 M& a9 y" ^5 L, \( @  D4 O  L台积电还有一个名为 N7P 的「性能增强」版的 7nm 工艺,它并不使用 EUV,只是 A12 中使用的 7nm 工艺的调整和优化版本。此前的传言中,A13 被认为采用 N7P 工艺,台积电表示,在同样的性能下,它可降低 10% 的功率,提高 7% 的性能。6 x' v0 z; Y. Y& [
两相比较之下,N7+ 显然是台积电最优的制造工艺,而苹果通常会为其芯片尽可能采用最好的批量生产工艺,所以,N7+ 同样有可能成为苹果 A13 所使用的工艺。
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更大的处理器
: U0 W: P& S, H! a7 I# J1 ~3 e7 q3 [A12 将晶体管数量增加到了令人吃惊的 69 亿颗,比 A11 的 43 亿颗增加了 60%。但是它的面积大约是 83 平方毫米,比 A11(约 88 平方毫米)的小,但却用在了有史以来最大的 iPhone 上。事实上,它是 9 年来面积最小的 iPhone 处理器。过去的苹果 Soc 要大得多,不管是久远的 A5 还是不那么久远的 A10 芯片,体积都超过 120 平方毫米。: }4 i9 W1 ~+ h4 @) A  k0 w
换句话说,苹果的 iPhone 芯片按照一般情况,都会比 A12 大,在生产与去年相同制造工艺的新芯片时也是如此。所以保守的估计是 A13 应该不是继续缩小,而是会比 A12 大 25% 左右(约 103 平方毫米),体积变大再加上 N7+ 流程节点密度的增加,A13 的晶体管数有望达到或接近 100 亿颗,这相当于新一代 iPad Pro 上 A12X 的晶体管数量(尺寸比 A12X 小一些)。
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虽然 A13 的晶体管数量预计将与 A12X 几乎相同,但苹果应该不会把晶体管预算花在相同的功能上,继续去追加高功率 CPU 核心的数量。* C- X8 K# e+ z0 n: b
相反,苹果很有可能会继续采用 2+4 设计,也就是两个高性能核心和四个能效核心设计。也有可能将高性能核心数量从 2 个增加到 3 个,不过这种可能性微乎其微。
/ o. ]/ h7 e( m6 v苹果可能会依靠一些相对较小的架构调整,以及可能更好的峰值时钟速度来提高 CPU 性能。毕竟,A 系列芯片已经是世界上最快的了,要保住这一桂冠并不难。
. e* w/ A, v8 f1 H% D: J: {! g近年来,苹果的单核 CPU 性能增长一直非常稳定。如果这种趋势持续下去,我们将看到 Geekbench 4 给出的 A13 单核得分在 5200 左右,这让所有安卓手机,甚至是最轻薄的笔记本电脑都黯然失色。
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- b: @9 l$ [  _. E# j( }6 G多核性能更难预测,由于苹果设计上的改变,使得所有的低功耗和高功耗核心可以同时工作,而不需要来回切换,因此当 A10 到 A11 的时候多核性能瞬间跃升。在苹果不增加更多核心的情况下,A13 的多核心跑分可能在 12200 到 12500 之间,如果苹果再增加第三颗高性能核心,分数能跑到 15000 - 16000 左右。
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0 c" O; q0 f6 P7 J6 f" n图形性能对苹果来说至关重要,尤其是它现在又推出了带有高端游戏的 Apple Arcade 服务。GPU 性能有两个方面值得讨论:渲染传统 3D 场景(如游戏)的能力和使用 GPU 完成复杂的非图形计算任务(如图像处理)的能力。7 ^3 `+ K, O7 e4 P# c- @1 \
在过去的几代 A 系列处理器中,传统的图形性能增长速度比较平稳,没有什么太大惊喜。由于经常受到内存带宽的限制,移动 GPU 很少在一年到下一年之间有很大的飞跃。如果这一趋势继续下去,我们可以预见 A13 3DMark 跑分在 4500 左右,这对苹果来说是一个重大的进步,但没有高通最新的芯片那么令人兴奋。9 }8 L. n" w( g8 b6 D7 S
不过,通过一些架构调整和更快的内存,在这个特定的测试中可以再快 20%,使得分攀升到 4800。苹果更倾向于在图形和计算方面使用自己的 Metal API 来加快芯片的速度,这一趋势将继续下去,虽然可能不会看到它从 A11 到 A12 的巨大 Metal 性能飞跃,我们仍有望看到 Geekbench 4 超过 25000 的 GPU 跑分。7 C: l' x* |' W0 M
对苹果来说,在设备上进行计算至关重要,GPU 计算性能是其中一个非常重要的方面,20% 的改进其实很正常。
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' s5 Z5 a" Q. S- I0 P& ?图像处理和神经引擎
0 l. Z  M/ V# G/ r7 t: E前文说过,A13 的体积预计将比 A12 大 25% 左右,同时还采用了升级版的制造工艺,可以在更小的区域里塞进更多的晶体管——大约 100 亿颗晶体管,比 A12 增加 40% 以上。
8 [' D) x" Z7 u( p! b4 J# \如果 CPU 和 GPU 仅能通过微小的设计调整和时钟速度改进,就能实现适度且可预测的改进,那么苹果要把多出来这么多的晶体管性能花在哪里呢?4 O  x+ ^; Z1 O% d" h6 s" E) h
答案是提升设备上的机器学习和图像处理的性能。去年,苹果对 A12 处理器的神经引擎的改进远远超过预期。A11 的神经引擎每秒可以执行 6 千亿次操作,而苹果公司将 A12 的速度提高了 8 倍,达到每秒 5 万亿次。我们不确定今年是否还会看到如此大的飞跃,但通过设计改进和更多的晶体管预算,苹果很可能实现 3 到 5 倍的改进,达到每秒 20 万亿次的运算力。
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: G6 S6 m! f# H0 Y" l% o  i( _+ c机器学习和人工智能如今已经成为 iPhone 体验的关键部分,从拍摄更好的照片和视频到 AR 和 Siri,它们被广泛应用于方方面面。我们有理由相信苹果会在神经引擎上倾注更多心血。- v" H/ \* k4 E; g
用于处理相机传感器数据的图像信号处理器(ISP)是另一个难以进行基准测试的关键组件,苹果每年都在这方面投入巨资,不断努力使 iPhone 的摄像头做到最好。它与神经引擎和 GPU 一起被用来提高照片和视频的质量,而苹果公司无疑将在今年再次提升它的性能。
* a6 |5 {$ [. h5 o) ~A13 的 ISP 甚至有可能首批包含编码和解码新 AV1 视频编解码器,大多数网络视频(例如 YouTube 和 Netflix)可能会在未来几年过渡到这种新的视频格式。6 t+ @/ S1 a8 X8 [8 X
AMX 是什么?3 a7 F: t: w* I6 L
最近,彭博社的报道中提到了 A13 的一个新组件。其描述如下:! M, k8 M6 B: r7 r. O7 E) b6 c1 J# G& W
芯片中有一种新的组件,内部称为「AMX」或「matrix」协处理器,用于处理一些计算量较大的任务,解放主芯片的性能,可能有助于机器视觉和增强现实这两项核心功能。
1 ?2 F# ?% ?  |* s对于这个神秘的协处理器,目前也说法纷纭,有的认为它其实就是 A11 和 A12 的神经引擎,只不过是相同功能的新名称,为其扩展功能打响更好的品牌。有人则认为这完全是两码事,AMX 可能是一歌新的数学协同处理单元,或者是一组 SIMD 指令集扩展,就像我们多年来在桌面处理器上看到的 SSE 和 AVX 指令一样。
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, `; r6 R% d' K5 Q/ w& M9 w还没有5G1 d+ q+ c+ l1 P- O' n3 W) {
虽然 iPhone 基带不是苹果 A 系列处理器的一部分,但值得讨论一下这个足够大的期待点。5G 已经触手可及,运营商开始推动客户购买新的 5G 手机,但 5G 还处于起步阶段,网络覆盖范围非常有限,2019 年全年的情况都是如此,而支持 5G 的基带芯片也不是很节能。- _9 x4 D0 n# r& C9 A
总有一天你会得到一部 5G 的 iPhone,但要到 2020 年甚至 2021 年才会有。为 iPhone 配备可靠、省电的基带芯片,再加上足够的网络覆盖率来进行正式的硬件和软件测试,这需要很长的时间。毕竟,苹果不只是向数百万的早期用户销售 iPhone,新款 iPhone 很可能在第一年销量就超过 1 亿部,这个体量决定了苹果不敢在网络芯片上冒险。
8 B0 o% [2 m1 G. A- i2 {9 v+ N+ ^: |; |/ w由于苹果和高通达成和解走向合作,我们预计今年的 iPhone 会只采用高通 4G LTE 基带芯片,可能是骁龙 X24。2 x6 x+ l- \$ [
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