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我们可以期待苹果的A13芯片

我们离听到关于苹果下一代系统芯片的任何官方消息还有很长的路要走。A13可能会在9月份发布,同时发布的还有它将提供动力的新款iphone。但这些芯片的设计、制造和测试需要数年时间,对苹果来说,这段时间太长了,它无法突然做出根本性的改变。A13的设计,无论从哪方面来看,都很可能已经板上钉钉了。

通过研究过去的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芯片的前景有一个合理的预期。几乎可以肯定,这将是苹果为iphone开发的最快的SoC,但我们究竟能期待多快呢?


对于A13,我们可以预期苹果将坚持其制造合作伙伴台积电,该公司在芯片制造技术上处于领先地位。但台积电尚未准备好向新的芯片工艺节点迈出又一步,就像去年该公司从10nm制程节点跃升至7nm制程节点那样。到5nm制程的飞跃可能会在2020年的iPhone上实现,但今年的iPhone仍将采用7nm制程。

这并不意味着我们不能指望制造业方面有任何改善。台积电有两个改进的7nm制程节点,苹果可以采用。用于A12芯片的基础7nm工艺称为N7。台积电现在已经准备好为它的第一批客户使用N7+工艺,该工艺在一些芯片层上使用EUV(极紫外)光刻技术。该公司声称,这将使芯片具有更好的密度(在同一领域大约多20%的逻辑)和功率效率(大约多10%)。

台积电还有一个“性能增强”的7nm节点,称为N7P。它完全不使用EUV,只是A12中使用的7nm制程的调整和优化版本。台积电表示,在同样的性能下,它可以降低10%的功耗,或者提高7%的功耗。

台积电第二代7nm制程的效率略高,但7nm+制程的效率要高得多。

因此,N7+是台积电的最佳制造工艺,而苹果通常会为其芯片使用尽可能多的量产。我们认为N7+节点很可能是苹果A13的节点。

A12让苹果公司的晶体管数量达到了惊人的69亿,比A11的43亿增长了60%。但是死的面积大约是83毫米²小比A11(约88毫米²)和远离有史以来最大的芯片苹果的iPhone。事实上,它是9年来面积最小的iPhone处理器。过去苹果soc大得多,A5和A10²都超过120毫米。

换句话说,苹果的iPhone芯片通常比A12大,尤其是在生产与前一年相同工艺的新芯片时。认为这将是一个保守的估计是A13将大25%左右(约103毫米²),由于台积电N7 +流程节点密度的增加,晶体管数约100亿。这相当于新一代iPad pro上A12X的晶体管数量,但体积更小。

虽然我预计A13的晶体管数量将与A12X不相上下,但我不认为苹果会把晶体管预算花在相同的功能上;将高功率CPU内核从2增加到4。相反,我怀疑苹果将继续拥有两个高性能的CPU核心和四个高能效的核心,而将高性能的核心数量从2个增加到3个的可能性微乎其微。

苹果可能会依靠一些相对较小的架构调整和更好的峰值时钟速度来提高CPU性能。毕竟,该公司的芯片已经是世界上最快的,而且不需要花太多时间就能保住桂冠。

Apple拥有业界领先的单线程性能。这种情况可能会持续下去。

近年来,苹果的单核CPU性能增长一直非常稳定。如果这一趋势持续下去,我们将看到Geekbench 4的单核CPU得分在5200左右。这让所有的安卓手机,甚至是最轻薄的笔记本都黯然失色。

苹果的多核性能已经很出色了;要成为市场上速度最快的手机,只需要一个小小的改进。

多核性能更难预测。趋势线是倾斜的事实,多核性能采取了一个大的飞跃,从A10到A11,由于一个设计的变化,允许所有的低功耗和高功耗的核心在同一时间工作,而不是切换他们之间。如果苹果不增加更多的核心,A13的多核性能将会在12200到12500之间,因为单个核心会更快。如果苹果再增加第三个高性能CPU核心,这个数字将跃升至15- 16000个左右。

图形性能对苹果来说至关重要,尤其是当它推出带有高级游戏的Apple Arcade服务时。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,以及将GPU用于复杂的非图形计算任务(如图像处理)的能力。

图形性能开始停滞不前,如果没有内存带宽的大幅提升,这种情况可能不会改变。

在过去几代a系列处理器中,传统的图形性能一直在以稳定的速度增长。它常常受到内存带宽的限制,从一年到下一年很少有大的飞跃。如果这一趋势继续下去,我们可以期待3DMark的弹射极限无限分数达到4500分左右。这对苹果来说是一个重大的进步,但速度比不上最新的高通芯片。

通过一些架构调整和更快的内存,它可以达到4800的范围,在这个特定的测试中快了20%。

然而,图形计算的性能还有很大的增长空间。这对苹果的软件来说比以往任何时候都有用,所以预计会有显著的收益。

苹果在图形和计算方面使用自己的Metal API时,似乎更倾向于加快芯片的速度。我认为这一趋势将会继续,虽然GPU可能不会看到从A11到A12的巨大金属性能飞跃,我们可能仍然会得到一个Geekbench 4的计算分数远远超过25000。

执行设备上的计算对苹果来说是至关重要的——它的许多竞争对手将数据上传到云端进行处理,而苹果通过确保你的数据永远不会离开你的iPhone,将你的隐私最大化。GPU计算性能是其中一个非常重要的方面,我不会惊讶于看到20%的改进。

我在开始测试时表示,我相信苹果将把A13的体积比A12大25%左右,同时还采用了一种制造工艺,可以在更小的空间里塞进更多的晶体管。结果将产生一个大约100亿个晶体管芯片——比A12增加了40%以上。因此,如果CPU和GPU只能通过微小的设计调整和时钟速度的提高来实现适度和可预测的改进,那么苹果将把所有这些额外的晶体管预算花在哪里呢?

我认为公司将继续大力发展设备上的机器学习和图像处理。

去年,苹果对A12的神经引擎的改进远远超出预期。A11的神经引擎每秒可以执行6000亿次操作,而苹果让A12的速度提高了8倍,达到每秒5万亿次操作。我不确定今年我们是否还会看到如此大的飞跃,但苹果很可能通过一些巧妙的设计改进和更大的晶体管预算实现3到5倍的改进。

CPU可能不会改变太多,但GPU可能会增长到6核,而神经引擎可能会更大。

机器学习和人工智能现在是iPhone体验的关键部分,从拍摄更好的照片和视频到增强现实和Siri,它们被广泛应用于方方面面。如果苹果公司宣布A13的神经引擎每秒可以执行20万亿次操作,我会很惊讶,但不会感到惊讶。

用于处理相机传感器数据的图像信号处理器(ISP)是另一个很难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的摄像头成为市场上最好的。它与神经引擎和GPU一起被用来提高照片和视频的质量,毫无疑问,苹果今年将再次提高它。

ISP甚至可能是第一批包含编码和解码新AV1视频编解码器的硬件之一,这是一种免版税的视频压缩标准,有望取代目前的HEVC、AVC和VP9格式。如果你不知道所有这些意味着什么,只要知道大多数网络视频(比如YouTube和Netflix)可能会在未来几年过渡到这种新的视频格式。这是非常有效的,并不是包裹在一个复杂的网络版税。

在这篇文章最初发表很久之后,彭博社的一篇文章提到了A13的一个新组件。其描述如下:

芯片中有一个新的组件,内部称为“AMX”或“matrix”协处理器,用于处理一些计算量大的任务,因此主芯片不必如此。这可能有助于电脑视觉和增强现实,苹果正在推动其移动设备的核心功能。

如果你问我,那听起来很像A11和A12的神经引擎。这只是相同功能的新名称;为其扩展功能打造更好的品牌?或者这是一种完全不同的东西,一种不同的数学协同处理单元,或者是一组我们多年来在桌面处理器(SSE和AVX)上看到的SIMD指令集扩展?

虽然iphone上的调制解调器不属于苹果的a系列处理器,但值得讨论的是,我们今年应该期待什么。今年你会听到很多关于5G的消息,今年秋天,运营商将努力推动消费者购买新的5G手机。但别搞错了:5G还处于起步阶段。这些网络非常小且有限,2019年全年都将如此。支持5G的移动调制解调器也不是很省电。

总有一天你会得到一部5G的iPhone,但要等到2020年,甚至2021年。要为iphone安装可靠、省电的调制解调器,再加上足够的网络覆盖来进行真正好的硬件和软件测试,只需要这么长的时间。毕竟,苹果不只是向数百万早期用户销售iphone。一款新的iPhone手机有望在第一年就卖出1亿多部,而苹果公司不会在网络芯片上冒这个险,因为这些芯片可能会给用户带来不满意的体验。

一直有传言说苹果公司正在研发自己的5G移动调制解调器,但你不应该指望在2019年甚至2020年就能实现。由于苹果和高通最近达成的和解协议,我们可能会期待今年的iphone只使用高通4G LTE调制解调器,可能是Snapdragon X24。这有可能使最好的蜂窝性能和最广泛的网络兼容性的任何iPhone的日期。

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