我们对苹果 A14 处理器的期望

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我们不太可能听到有关 Apple 新款手机处理器的任何消息直到 9 月份,届时该公司推出 iPhone 12。但设计这些芯片需要数年时间,并且需要数月时间才能提高产量,因此 A14 可能已经确定,并且可能已经开始测试生产。

年复一年,苹果的手机芯片一直保持着整体性能的桂冠,尽管 高通 Snapdragon 865,我们预计苹果将在今年新 iPhone 发布时夺得桂冠。

人们永远无法准确判断未发布的 A 系列处理器将提供哪些功能或性能,但我们可以做出一些明智的猜测。我们认为今年晚些时候我们可能会从苹果的 A14 SoC 中看到以下内容。

跳跃到 5nm 制造

苹果将连续第三年受益于其制造合作伙伴台积电的制造工艺改进。 A12 采用 7nm 工艺制造,A13 采用增强型 7nm 工艺制造,主要实现更快的时钟速度和更低的功耗(当以与之前 7nm 工艺制造的芯片相同的速度运行时)。

今年,苹果可能会转向台积电全新的 5 纳米工艺。事实上,它可能是第一个使用它的大型消费芯片。

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WikiChip 有一个 台积电各种工艺技术的精彩总结

这是一次重大升级。 5nm模式无论如何都不是半步,但它是继7nm之后的下一个”全节点”。它在整个工艺过程中广泛使用极紫外 (EUV) 光刻技术,台积电表示,它的逻辑密度提高了 80%,并且在与 7nm 芯片相同的功耗下运行速度提高了 15%,或者在相同性能水平下功耗降低了 30%。

当然,设计也很重要。苹果不一定会达到这些确切的数字。但仅就制造工艺而言,A14 将是一款速度更快、能效更高的芯片。

大量的晶体管预算

A13 尺寸约为 98.5 毫米2,比 83.2 毫米2 A12 大约大 20%。这仅比我的去年的原始预测略小,但我对晶体管预算的假设却相差甚远。

我以为苹果会使用台积电的 N7+ 节点,它可以提高晶体管密度。相反,苹果选择了 N7P 模式,但事实并非如此。结果,A13 拥有大约 85 亿个晶体管,而不是我当时预测的 100 亿个。

今年,我认为苹果可能会保持处理器的整体尺寸保持不变。对于具有大量堆叠组件的高性能优质移动处理器来说,大约 100 毫米是一个不错的尺寸。

如果我们相信台积电关于 5nm 工艺提高晶体管密度的说法,那么我们看到的晶体管数量达到了令人难以置信的 150 亿个。这比除最大的高端桌面和服务器 CPU 和 GPU 之外的所有产品都要多。它超大。它太大了,如果苹果将总芯片面积缩小到约 85 mm2 和约 125 亿个晶体管,我不会完全感到惊讶。

晶体管数量本身并不是评估处理器性能的一种糟糕方法,但它确实告诉我们苹果需要使用多少”空间”。这意味着更多的核心,或更大的核心,或更多的缓存,或这些改进的任意组合。

CPU性能

对于 A13,苹果没有做太多改变其基本 CPU 架构。核心数量仍然相同,并且核心没有显着不同。相反,该公司依靠增强型 7 纳米工艺提供的更快时钟速度来提高性能。

在单线程性能方面,A13 比 A12 提高了 20%(在 Geekbench 5 中)。这比我去年的预测要高一些,并且是最快的移动 CPU。

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单线程性能有望提高,但不如多线程性能提高那么多。

简单地遵循趋势线(这与最近的 A 系列处理器非常一致),我们可以预期 A14 的得分接近 1,600。仅 5nm 工艺就应该比苹果在 A13 中使用的增强型 7nm 工艺快约 8%,这将使我们的得分在 1,400 左右。我的猜测是,由于更高的峰值时钟速度以及更高的晶体管预算带来的一些架构改进,Apple 最终可能会在 1,500-1,600 范围内。

多核性能更难预测。 A12和A13有四个小高效核心和两个大高性能核心。苹果已经非常有效地安排工作负载以尽可能地利用所有核心,因此我们不太可能看到更好的调度带来的重大改进。但随着晶体管密度从 5nm 开始大幅跃升,苹果可能会增加第三个大核心,或者显着提升高效核心的性能,这将真正提升多线程性能。

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如果苹果不添加更多核心,多线程性能将会上升,但这是一个保守的预测。我期待更多。

趋势线给我们的分数约为 4,500,但我认为架构变化和时钟速度的结合会给我们带来更多。如果 Geekbench 5 多核得分攀升至 5,000 左右,我不会感到惊讶。

就其价值而言,最快的 Android 手机在此测试中得分约为 3,000 分,5,000 分与 6 核主流桌面 CPU 或高端笔记本电脑 CPU 相似。这是 15 英寸 MacBook Pro 的领域。

图形性能

从 App Store 首次亮相起,iPhone 就一直是一款游戏设备。但对于 Apple 来说,游戏从未像现在这样通过 Apple Arcade 服务变得更加重要。图形性能确实让游戏大放异彩,但 GPU 还用于图像处理、机器学习和许多其他任务中的计算功能。

换句话说,GPU 性能至关重要,Apple 不会在 A14 上原地踏步。

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A13 的图形性能取得了巨大飞跃。我认为 A14 也会带来类似的飞跃。

如果我们看一下 3DMark Sling Shot Extreme Unlimited 测试,就会发现 A13 的性能取得了巨大飞跃,远远超出了近期趋势的预测。我预计得分约为 4,800,而 Apple 的得分远高于 6,000!这足以击败最新的 Android 手机,但后来更新的型号已经推得更高了,今年发布的顶级 Android 手机将走得更远。

我预计苹果会花费大量的晶体管预算来使 GPU 变得更强大。随着内存带宽的增加,我们可以预期 GPU 性能将远远超出本次测试中趋势线预测的 7,000 低范围。除非出现新的性能瓶颈,我认为超过 9,500 分肯定是有可能的。换句话说,我认为我们可以预期游戏中使用的高端图形的图形性能将提高 50%。

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GPU 计算变得越来越重要。如果 A14 的速度提高 50%,我不会感到惊讶。

当谈到使用 GPU 进行计算时,我认为我们可以期待类似的速度提升。更大的 GPU 加上更快的时钟速度和更多的内存带宽可以为我们提供 50% 或更多,从而使 Geekbench 5 计算得分跃升至 9,500 到 10,000 的范围。

图像处理和神经引擎

A 系列处理器的功能远不止容纳 CPU 和 GPU 内核。它们包含用于特定任务的专用硬件,例如图像处理(将相机中的数据转换为出色的照片和视频)、视频编码和解码,以及为整个 iOS 使用的机器学习任务提供支持的神经引擎。

在 A13 中,Apple 添加了专门的硬件来处理矩阵乘法,并添加了更新的”机器学习控制器”,以平衡处理器各个部分(CPU、GPU 和神经引擎)之间的计算任务。它并没有像我预测的那样向神经引擎添加核心,但由于 CPU、GPU 和 NE 的所有部分都以更高的时钟速度运行,因此性能得到了提高。

苹果 a13 矩阵

Apple 在 A13 的 CPU 中添加了新的矩阵数学硬件。 A14 可能没有类似的”新”功能,但更多的神经引擎核心似乎是一个合理的期望。

这是苹果非常关心的一个领域,也是提高照片和视频质量、增强现实以及整个操作系统中 Siri 的许多功能的必要组成部分。由于 5nm 制造工艺提供了更高的晶体管预算,我认为苹果这次会添加神经引擎核心,并且可能还会进行其他架构改进。

看到 Apple 声称机器学习任务的速度至少是 A13 的两倍,我不会感到惊讶。

苹果并没有真正提供其图像处理引擎的性能细节,但对更好相机质量的推动是永无止境的,所以它可能也会更好。

我会大胆地说,我认为 A14 将是苹果首款具有硬件解码功能的芯片 AV1 视频编解码器,甚至可能有硬件编码支持。如果是这样,预计苹果会在舞台上花一些时间谈论用 iPhone 12 拍摄的视频如何比以往更小、质量更高。

更快的 LPDDR5 RAM

Apple 多年来一直在其 iPhone SoC 中使用 LPDDR4 内存。它首先在 2015 年的 A9 中从 LPDDR3 跃迁到 LPDDR4,然后在 2017 年的 A11 中跃迁到 LPDDR4x(更快、更省电的版本)。A12 和 A13 使用相同的 RAM,就 < a href="https://www.ifixit.com/Teardown/iPhone+11+Pro+Max+Teardown/126000&xcust=1-1-233741-1-0-0&sref=https://ipressx.com/what- we-might-expect-from-apples-a14-processor" rel="nofollow">拆解可以确定。

但我们正处于下一代低功耗移动内存的风口浪尖。 LPDDR5 的规格已于去年最终确定,三星已经开始生产,SK-Hynix(苹果另一家受欢迎的 RAM 供应商)也即将开始生产。高端 Android 手机将在今年上半年首先配备该 RAM,因此 iPhone(至少是高端机型)很可能会在年底效仿。

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三星现在正在为今年出货的手机生产 LPDDR5。苹果可能就是其中之一。

有什么好处?目前三星生产的 LPDDR5 比 iPhone 11 中使用的 LPDDR4x 快约 30%,能效至少高 30%。内存带宽是许多任务的关键瓶颈,尤其是移动图形性能和图像处理。

值得注意的是:三星目前仅量产 12GB LPDDR5 芯片。如果苹果使用它作为供应商,这可能意味着 iPhone 12 的 RAM 升级到 6GB。你无法使用 12 GB 芯片巧妙地生产 4GB RAM,但你可以轻松地使用四个芯片生产 6GB(48千兆位)封装。

通过 Snapdragon X55 调制解调器支持 5G

虽然无线调制解调器和无线电是 A14 芯片本身的一部分,但它是 iPhone 的重要组成部分,值得我们仔细分析一下。

今年,苹果预计将提供 5G 支持在新款 iPhone 中。看来,所有高端 iPhone 都将配备 X55 调制解调器,这在一定程度上要归功于苹果和高通之间的和解诉讼和许可协议。低端型号甚至可能配备该调制解调器,但通过软件禁用 5G 无线电。

这将使 iPhone 成为最好的蜂窝调制解调器之一,支持大量 LTE 功能和全球网络以及当时最先进的 5G。不过,这并不一定让它领先于 Android 领域的任何产品:配备 X55 调制解调器的 Android 手机将在 2020 年全年发货。

x55 芯片天线

苹果几乎肯定会在 iPhone 12 中使用高通的 Snapdragon X55 调制解调器。

就其他无线功能而言,我们预计将继续支持 Wi-Fi 6、蓝牙 5、NFC 和超宽带 (UWB)。后者是 iPhone 11 的一个惊喜,但我预计 iPhone 12 不会再出现另一个无线惊喜。