苹果 A15 处理器:速度有多快?

通常情况下,苹果对其未来的处理器保持沉默,更愿意将它们与新产品一起发布。例如,直到 Apple 推出由它提供支持的新款 MacBook,我们之前对 A14 知之甚少它出现在 iPad Air 中。因此,在 Apple 推出 iPhone 13 今年晚些时候推出。

但是,我们仍然可以拼凑出我们可能的未来的图景。通过研究过去 A 系列处理器的趋势以及我们对尖端硅制造的了解,以及一些有根据的猜测,我们可以很好地了解 A15 的预期。

仍然是 5nm,但有所增强

凭借 A14,苹果从 7nm 制造工艺跨越到了台积电全新的 5nm 工艺。事实上,它是第一个用它制造的大规模消费芯片(高通 5nm Snapdragon 888 几个月后推出)。

通往更小、更节能的芯片制造技术的下一步是 3 纳米。这将是一件大事,芯片逻辑密度几乎翻倍,同时在相同性能下功耗降低 25-30%,或者在相同功耗下性能提高 10-15%。

但 3nm 还没有准备好。苹果斥巨资成为第一个使用台积电最先进的新制造技术的公司,但台积电根本无法在明年的 A16 之前为苹果生产数千万颗 3nm 芯片。

与此同时,苹果预计将在 A15 上使用改进版的 5nm 制造工艺,这可能会略微提高性能和功耗特性。

尺寸更大,晶体管更多

A14 的尺寸估计略低于 90mm2(比 A13 小约 10%),但迄今为止最大的 iPhone SoC 略高于 100mm2。但由于 A15 的制造工艺技术没有重大进步,性能和功耗的改进主要需要来自架构改进和简单地制造更大的芯片,就像 A13 与 A12 相比。因此,我们假设 A15 最多会大 15-20% 左右,晶体管预算也要匹配。没有 iPhone SoC 比这更大。

这使得 A15 的假设晶体管预算在 140 亿左右。这个估计有很大的回旋余地,苹果必须在芯片尺寸与成本和性能方面做出很多艰难的决定。但作为一个非常广泛的经验法则,我预计该公司有大约 15-20% 的晶体管可供使用,并将我的性能和功能预测建立在该值的基础上。

CPU性能

过去几年,Apple A 系列 SoC 的单核 CPU 性能的改进一直非常一致。我预计这种趋势可能会持续下去,这将使 A15 的单核 Geekbench 5 成绩达到 1,800 左右,甚至更高一点。

A14的单核CPU性能已经很疯狂,A15可能会更疯狂。

这太荒谬了。苹果目前刚刚开始对 Android 手机进行研究。 1,800 分的得分比 Galaxy S21 中的 Snapdragon 888 快大约 75%。就此而言,2018 年底的 A12 比 三星 Galaxy S21(在我们的测试中获得 1076)。苹果公司独树一帜。

苹果没有太多理由将核心数量扩展到当前设置之外:两个高效核心和四个高性能核心。多核性能与单核性能一样提高,但通常程度较小(由于缓存争用、资源分配、热约束等)。 Geekbench 5 多核得分 4,800 并不是不可能的,但我的猜测是我们会接近 4,600。

在没有额外 CPU 核心的情况下,A15 可能会在单核性能之后获得多核性能提升。

同样,这只会让 Android 手机感到尴尬,因为 Android 手机现在才刚刚突破 3,000 大关。

图形性能

苹果在 A14 中配备了自己定制的四核 GPU,它的速度仅比 A13 中的四核 GPU 快一点点。但 A13 比 A12 中的四核 GPU 快得多。换句话说,不要太在意 A15 中的 GPU 有多少个”核心”。图形性能取决于很多因素,其中最重要的是可用内存带宽。

按照简单的趋势线,我预计 3DMark Sling Shot Unlimited 测试的得分约为 7,200 分左右。这非常好,但与 A14 相比并没有太大的飞跃。

目前,这个基准已经过时了。

然而,Sling Shot 测试在这一点上已经相当古老了。新的 3DMark Wild Life 测试更加现代,并且更好地体现了现代 GPU 如何处理最新的高端 3D 游戏。该测试中的帧速率可能会达到 50 多秒,甚至可能达到 60fps 的神奇数字。

这是一个更现代的 3D 图形测试,也是我们对高端游戏性能的期望的一个更好的例子。

不过,我们不应该只关注 3D 图形性能。苹果似乎越来越关注提高 GPU 的计算能力。这意味着使用 GPU 处理图像和视频处理、人工智能和机器学习以及科学工作等领域经常使用的大规模并行数学例程。 Geekbench 5 使用 Metal API 对此 GPU 计算能力进行了测试,苹果的 A 系列芯片每次发布都会变得更快。 A15 的得分可能高达 12,000 分,与使用 A12Z 的 iPad Pro 持平。这与 GeForce GTX 980M 的性能相当。

GPU 计算性能一直是苹果关注的焦点。

但是,如果当前的 3D 图形性能主要受到内存带宽的瓶颈,并且 Apple 设法大幅改进它(通过更大/更好的缓存或转向 LPDDR5),我们可以获得更大的 GPU 性能提升。

LPDDR5 内存终于来了吗?

我去年推测苹果将从过去三代 A 系列芯片中采用的 LPDDR4X 切换到 Galaxy S21 和其他高端 Android 手机中使用的 LPDDR5 RAM。奇怪的是,这种情况并没有发生——A14,甚至基于它的 M1,都使用 LPDDR4X。

最新的手机配备 LPDDR5 内存,带宽比 LPDDR4X 高出约 50%。

三星

今年一定是苹果公司实现飞跃的一年。这样做将在同等功率下提供高达 50% 的内存带宽。这将使所有 CPU 和 GPU 核心更容易保持数据传输,这意味着更好的持续性能。它还可以降低功耗,延长电池寿命。

在进行基准测试时,测试通常会适合处理器的缓存,并且不会直接随内存带宽进行扩展。与综合基准测试相比,实际应用程序往往会从额外的内存带宽中受益更多。然而,现代高端 3D 图形通常可以通过额外的带宽进行良好的扩展。改用 LPDDR5 将改善任何受内存限制的情况,但对高端图形应用的影响最为明显。

图像处理和神经引擎

我们通常不会获得有关 Apple SoC 的”非核心”部分的大量详细信息。 Apple 芯片拥有广泛的编码器和解码器、图像处理、音频 DSP 以及其他可加速特定任务的功能。有一些重要但难以隔离的因素来衡量性能。这会是第一款包含 AV1 视频编解码器硬件解码器的 Apple 芯片吗?我希望如此!

但是,我们确实获得了有关此类专用加速器的一些重要信息:神经引擎,Apple 的机器学习处理阵列。 A14 具有 16 个神经引擎核心,是 A13 核心数量的两倍。与其他增强功能一起,这将性能提升至 11 TOPS(每秒万亿次操作)。

Apple 非常重视机器学习,并且肯定希望进一步提高 ML 性能。同样,我期望架构改进和额外内核的某种组合,尽管后者可能会受到有限的芯片尺寸和晶体管预算的限制。我估计最终的性能数字在 15-20 TOPS 之间,但这只是猜测。

调制解调器升级

当前的 iPhone 12 系列使用高通的 Snapdragon X55 调制解调器。虽然该公司已经发布了 X65,但它不会及时为今年的新款 iPhone 做好准备。高通公司在开始批量生产前几个月就宣布了这些调制解调器,然后手机制造商还需要几个月的时间才能集成、测试和鉴定它们。

简而言之,A15 可能会与 Snapdragon X60 调制解调器搭配使用。 X60 支持与 X55 相同的峰值速度(远远超过任何运营商目前可以提供的速度),但由于改进的载波聚合技术,它应该能够更一致地提供高速度。

高通 Snapdragon X60 Snapdragon X60 调制解调器的性能应与 iPhone 12 系列中的 5G 调制解调器类似,但功耗更低。

高通

最大的改进可能是电池寿命; X60采用5nm工艺制造,而X55则采用7nm工艺制造。这意味着需要更小、功耗更低的芯片,而且使用 5G 时电池寿命的损失也可能更小。

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)。我们甚至可能会看到更新的 Wi-Fi 6E。目前支持 6GHz 频谱的路由器还不是很多,但到今年秋天 iPhone 13 推出时,它将变得更加普遍,并且在产品的整个生命周期中都会变得更加普遍。