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新一代iPhone苹果芯A13性能全面预测

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论坛元老

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发表于 2019-8-28 00:30:00
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。

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?
升级版7nm工艺
A13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。
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。
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%)。
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。
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。

更大的处理器
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,面积都超过120平方毫米。
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)。
CPU性能
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。
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。
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。
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。

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。

GPU性能
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。
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。
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。
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。

图像处理和神经引擎
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。
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?
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。

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。
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。
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。
AMX是什么?
最近,彭博社的报道中提到了A13的一个新组件。其描述如下:
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。
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可能是一个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。

还没有5G
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。
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。
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。
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发表于 2019-9-6 15:57:04
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