成本是苹果 A15 的 2.4 倍, A16 就这点提升?

在本年的 iPhone 14 系列发布会上,苹果对 A16 芯片没有花费太多笔墨。而按照后续的实测中我们可以得知,A16 相较 A15 的整体性能提升不到 20%。

有人会说,苹果已经厚颜无耻到这种地步,不仅 A16 挤牙膏,A15 还更是一款型号用两年,也有人说摩尔定律已经失效,后续 SOC 的升级幅度只会越来越小。

然而我们此时回顾一下历史,会发现苹果从本身开始做定制芯片以来的这十年间,苹果已经能够将 CPU 性能提高 100 倍, GPU 性能提高 1000 倍。

在最开始的 iPhone 2G、iPhone 3G 中,它们搭载的处理是三星的 S5L8900【90nm】,单核 412MHz、GPU 是 PowerVR MBX Lite。

而到了iPhone 3GS,3GS 后缀的 S 也代表了速度 (speed),处理器相应升级为三星 S5PC100【65nm】,运行频率提升到 600Mhz,GPU 则是 PowerVR SGX535,在这台手机上,我们已经可以流畅的游玩无尽之剑、现代战争 2 等手游。

之所以要提及前面的三星,是因为在 iPhone 4时代,苹果正是基于三星这颗 S5PC100 魔改出了本身的 A4 芯片,这也是苹果内部设计的第一款 SOC,当然,也有人说处理器是苹果找三星定制的,只不外打上苹果自主设计的标签。不外,本相与否这些在今天已经没那么重要了。

A4 有 iPhone4 和 iPod Touch 上以 800Mhz 运行的版本,也有 iPad 上以 1Ghz 运行的版本,值得一提的是的,采用 Cortex-A8 内核的 A4 看重电源效率办理,删去了 iPad 和 iPhone 不需要的模块,而由于 L2 升级到 640K,GPU 升级为 PowerVRSGX540,理论上每秒可以处理 3500 万个多边形和每秒 5 亿个像素,所以你甚至能用它流畅运行狂野飙车 8。

到了 2011 年的 A5,CPU 和 GPU 都升级为双核,并且有三个版本,45nm 用于手机,工艺改良版的 32nm 用于 iPod 和 iPad,此外还有一个屏蔽核心板的用于 apple TV,所以其实从这里,我们也能找到 A15 不同体质用在不同机型上的历史渊源。

A5 相较 A4 升级幅度极大,CPU 性能提升 2 倍,GPU 提高 9 倍。虽然 iPhone4 和 4S 长得差不多,但两者在运行 iOS7 上加入的毛玻璃特效时,完全就是一个天一个地的体验,搭载 A5 的 4S,得益于其强大的处理器性能,也因此将系统版本更新撑到了 iOS9。

对了,相较 A4 的工作频率固定在 800 MHz,A5 可以按照运行程序的不同而自适应工作频率。

2012 ,苹果 A6 伴随 iPhone 5 发布,这是苹果第一款非标准 ARM 架构的处理器,A6 采用三星 32nm 工艺,与 A5 比拟,它的功耗降低了 22%,速度和 GPU 性能均提升了 2 倍,拍照速度也提升了 40%。

A6 使用 ARMv7 的双核 CPU,称为 Swift,而这个名字后来也被苹果用在了 2014 年推出的新编程语言上。值得一提的是,到了 A6 这一代处理器是开始有必然程度的领先,也正是从这代开始,A6 处理器走上了和安卓高频多核不同的道路,而是低频大核心策略。

伴随 iPhone 5S 发布的 A7 处理器,基于 28nm 工艺制成,集成了超过 10 亿个晶体管,在发布会上,苹果官方自信的放出了这个 CPU 性能相较初代提升 40 倍的图片。

从这一代开始,安卓与苹果的差距越来越大,因为彼时的安卓厂商正好碰上了火龙 810 这个大冤种,而从其他方 面来说,A7 也是具有里程碑意义的,它是首个基于 ArmV8 架构处理器,首个用于智能手机和平板电脑的 64 位架构处理器,并且首次加入 M7 运动协助处理器,且 GPU 支持苹果新开发的metal 游戏图像引擎。

可能由于 A7 牙膏挤得太猛,到了 A8 这里就显得平平无奇了许多。与 A7 比拟,它的 CPU 性能提高了 25%,GPU 性能提高了 50%。

然而需要注意的是,A8 上的 iPhone 6 和 6Plus 分辨率也有所升级,所以虽然 GPU 提升 50% 不算低,但这更多的性能开销也被吃掉,除此之外还有 1G 运存的锅,所以 A8 的iPhone6 系列和 A7 的 iPhone5S 一样,系统更新只支持到了 iOS12。

2015 年,A9 处理器来了,全体起立!

本代处理器采用了三星 14nm 和台积电 16nm 双工艺,A9 也是苹果与三星签订合同制造的最后一款 CPU,此后所有的 A 系列芯片均交由台积电制造。

当然这些都不是重点,A9 作为苹果 A 系芯片历史上提升幅度最大的一款,相较于 A8,CPU 性能提升了 70%,GPU 提升了 90%。

同样是跑 GFX 曼哈顿 3.0,6S 能达到 41 帧,而 iPhone 6 只有 20 帧。直到 2022 年你还能用 6S 或者 SE 以 60 帧流畅运行王者荣耀。系统版本更是坚挺到了 iOS15,是目前系统更新坚持时间最长的处理器,大名鼎鼎的钉子户。

iPhone7 上的 A10 Fusion,其实也是有里程碑意义的,作为苹果首款首次采用 2 大 + 2 小四核心架构的处理器,其设计概念也一直被沿用至今。

这款处理器上台积电也首次引入了新的 InFO 封装技术,这也是台积电能够独揽苹果芯片代工的一大原因。不外也可能是因为苹果第一次玩这种四核心架构,功耗发热控制的不太抱负,所以即便它的性能提升幅度不算小,(CPU 提升 40%,GPU 提升 50%)但实际上你很难完美发挥出它的全部性能。

而到了 A11 处理器,可以说又带了一个全新的概念——仿生芯片。

作为苹果苹果旗下首款采用 6 核心架构的 SOC,它采用了全新的 10nm 工艺,CPU 多核性能提升幅度惊人,有 75%,但单核性能只提了 20%,创下了当时的历史最低。

值得一提的是,苹果在挖了 Imagination 不少高层后,终于首次在 A11 上采用了自主的 GPU 架构,但作为第一款自研 GPU,表示有一点点小翻车。别的也有消息表示,苹果也正是从这段时间开始着手M系芯片的设计。在这一年,iOS11 也彻底淘汰 32 位处理器,全面进入 64 位时代。

A12 处理器搭载的 XS、XR,也被不少用户称为新一代神机。A12 基于台积电 7nm 工艺打造,CPU 依旧是 2 大核 + 4 小核的设计,其大核主频为 2.49GHz,小核 1.59GHz。性能较 A11 仿生最高提升 15%,小核心功耗最多降低 50%,CPU提升其实较为有限,但四核 GPU 比 A11 快 50%。

GPU GFX 曼哈顿 3.0 可以跑到 148 帧,比拟前代高出 61%。其实 A12 的功耗还是有些高的,但由于吃了台积电 7nm 的红利,在实用性上要优于 A10、A11不少。

A13,又一个神仙处理器,至今仍被苹果在发布会上拿出来提:友商仍在追赶我们的 A13。

A13 采用台积电第二代 7nm N7P 工艺制造,包含了 85 亿个晶体管。两个高性能核心比 Apple A12 快 20%,功耗降低 30% ,四个高效核心比 A12 快 20%,功耗低 40%。

A13 的功耗之所以控制的如此之好,一方面也是因为苹果在上面使用数千个时钟门、数百个电压域, 从而更好地控制电源使用。按照极客湾 SOC 天梯榜里的数据,A13 也 107.7 分的能耗比排行第 3。

伴随着 iPhone 12 发布的 A14 Bionic ,是首个商用的 5nm 芯片,它包含 118 亿个晶体管,搭载 6 核 CPU 和具有实时机器学习功能的 4 核 GPU,以及 16 核 AI 处理器,每秒可进行 11 万亿次运算。在 Geekbench5 中的跑分中,单核可以到 1500 以上。

也就是说安卓这边如果想赶超,怕不是得比及 Cortex X3 大核才行。。。

不外由于上代 A13 已经很强了,所以苹果在发布会上老奸巨猾的不和 A13 比,而是和上上代的 A12比,官方表示,相较 A12,CPU 速度 快 40% ,GPU 速度快 30%。

到了一款处理器用至少用两代的苹果 A15,晶体管数量来到了 150 亿,Geekbench5 单核可以跑到 1700 多分,用了 3 年的 4 核心终于升级到 5 核了,不外 5 核心在 13 系列种只有 Pro 搭载,标准版仍采用 4 核心。

可能由于这颗处理器太强了,官方标语干脆直接用“强得很”这样简单粗暴的宣传语。

不外强归强,A15 在去年依然喜获提升幅度最小的处理器称号,但有一说一,也正是从比来几代的 A 系芯片开始,苹果更加注重能耗比,A15 的能耗比优化是立竿见影的。跑分毕竟是跑分,合理的功耗控制才能为用户带来更持久良好的体验,我相信正在使用 A15 处理器的狐友应该感同身受。

不外,虽然 A15 荣获升幅度最小的处理器称号,但只坚持了一年就被 A16 抢去了。文章又回到了我们的开头——A16 相较 A15 的 整体性能提升不到 20%。

而按照 TechInsights 公布的 A16 透视图来看,GPU 对照 A15 几乎完全没变,犹如照抄作业一般,甚至有人说 A16 就是提升了主频的 A15。至于最高 28% 的性能提升,可能还要算在 LPDDR5 内存的功劳上。

然而尽管 A16 提升有限,但生产成本却是 A15 的 2.4 倍,A15 芯片的成本价格在 45 美元摆布(约合 321 元),而 A16 芯片的成本价接近 110 美元(约合 780 元),实在是让人不解 A16 的钱到底花在了哪里。

限于篇幅原因,苹果A系每代处理器其实还有许多细节没有聊到,而 iPad 上的处理器我们也没有提及,以后有机会的话再来讲得更全面一点。

总的来说,自 2008 年苹果以 2.78 亿美元的价格收购 P.A.Semi 以来,在加上随后收购多个涉及 CPU 设计、GPU 图像处理等公司的手笔,苹果想要做自研处理器的决心至少早在十几年前就已经有了。

而本年苹果 A 系成为当之无愧的移动端最强 SOC,并且逐步在电脑端使用 ARM 架构的处理器,其研发人员在背后的心血以及投入的资金都是不行思议的,而正是这些提前的的规划布局,以及每一代积累的经验,才得到了如今苹果自研芯片的诸多成果。

参考资:

快科技:苹果 A16 芯片透视图出炉:GPU 简直照抄 A15

知乎:如何评价苹果历代处理器?

百度百科:苹果A系芯片

半导体行业观察:苹果 A 系列芯片,辉煌不再?

图源网络

“科技狐”(ID:kejihutv),作者:果子,编纂:辉仔,经。

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