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苹果芯片是什么 苹果A系芯片到底强在哪里?真的就一点缺陷都没有吗?并不是
发布时间 : 2024-10-06
作者 : 小编
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苹果A系芯片到底强在哪里?真的就一点缺陷都没有吗?并不是

在麒麟990发布以后,小编发现很多人对于处理器的认知还没有那么全面,所以今天特地写一篇文章,对SoC进行全方位的讲解,并列举一些常见的问题来进行解答,希望大家可以认真的看完,并能从中获益。

SoC我们可以简单理解为芯片,但是芯片某种意义上讲却不能等于SoC,因为SoC不仅包含了用于日常运转设备的CPU,还有负责处理图像和游戏的GPU,负责处理拍照和光线信息的ISP以及负责收发信号的基带模块。

所以从某种意义上来说,备受果粉的推崇的苹果A系处理器甚至都不能算是一颗完整的SOC——因为A系处理器从诞生伊始就是基带外挂。如果按照某些人不给你XX,你连处理器都研发不出来的逻辑,那么不给苹果基带,苹果手机连最基本的通讯都没办法保障。

做基带有多难?目前有能力做全网通基带的只有高通、英特尔、三星、华为和联发科。至于为什么要做全网通基带,很简单。看目前的手机有多少不支持全网通?

那么再回来说苹果A系芯片的性能,我们都知道A系芯片性能一骑绝尘,早些年苹果单核的性能甚至可以3倍于安卓旗舰,哪怕到了现在,今年的A13芯片单核也达到了5400分,而最新公布的麒麟990仅3900+,年末的高通骁龙865也在4000+左右。

为什么差距那么大?苹果IC(芯片)设计师的能力已经强到秒杀全世界各地的天才IC设计师了?显然不完全是,苹果的IC设计师虽然很强,但是依然有很大一部分原因是基带外挂。

我们以图来说明,大家是否能够看清基带在SoC里面占据了多大空间?或者我们再来看看外挂基带基带所占据的面积。(大红框内为SoC,外挂的基带为下面的小红框)

那么道理就很简单了,同样的空间,A系芯片省出来了如此之多的空间在堆叠CPU和GPU性能,如果反而和集成了基带的高通和海思麒麟性能没有拉开差距,是不是反而说不过去了?

至于外挂基带有哪些不好的地方,首先就是内部空间了,手机内部的空间可谓寸土寸金,为了节省空间,什么双层主板、C形主板、缩水的线性马达、缩减的电池容量……苹果的电池容量有多小、XsMax有多大多重大家都知道吧?

此外,外挂基带的功耗、基站寻址速度和效率都非常差,网络优化难度也很大。在实际测试中经常会出现载波掉落和锚定失败的问题。(这里不细讲,不懂的自行查阅相关资料)

一万块的苹果旗舰信号如何,大家多多少少都是有数的。这里就说句比较直接的话,集成基带一定是未来,而很多果粉眼中万能的苹果,技术世界第一的苹果,却没有基带技术和经验。

当然,除了基带以外,CPU和GPU的强势性能对于整体的提升确实是有非常大的帮助的,iPhone在性能上的优势也毋庸置疑,这一点不得不承认。

但是这样的优势会不会无限延续下去呢?答案是不见得。这里引入一个叫做“摩尔定律”的概念,不展开细讲,有兴趣的同学自行查阅资料。目前7nm EUV是最先进的工艺制程,而明年台积电和三星的5nm制程就会量产,3nm是在2022年。接下来是1nm……再然后,可能就没有然后了。

科技有极限吗?其实没有。但是这个社会的承受能力有极限。台积电的5nm制程所需要的发电量已经超过了台南一个50万人口城市的用电量总和,那么1nm呢?此外,我们都知道华为为了研发芯片投入了非常多的资金,制程、IC设计,所有的科技都一样,也讲求一个投入产出比。随着科技研究的不断深入,需要的资金越来越庞大,所需要的时间更是越来越长。

现在现在一台7nm光刻机需要1亿欧元,3nm呢?1nm呢?当国内还有上亿人没有解决温饱,花如此大的力气去打造尖端科技,是好事还是坏事?这是全世界的难题,不仅是中国。

某种意义说科学正在被社会拖慢脚步,或者说研究的投入/产出比已经达到了社会承受的极限。纯科研不求回报?天真。那么在方方面面科技都受到制约的时候,苹果的优势会不会被一点点磨平?小编不敢确定。但是希望大家能够给我们国产企业更多的宽容,理解和支持。

多说一句,作为整个业内、乃至全球第一款集成了SA/NSA双模5G基带的SOC,麒麟990,实属不易。我们可以不买、可以客观看待其和A系列芯片在绝对性能上的差距,但是,我们千万不要否定这背后千千万科研人员的努力。

最后祝大家中秋快乐!

苹果iPhone性能为何逆天强?A系列芯片了解一下

今年9月,苹果如期发布了iPhone13系列,他们身上有着不少让竞争对手难以企及的闪光点:比如iPhone13ProMax凭着比很多安卓旗舰还要小的电池容量,却实现了鹤立鸡群般的续航成绩,此前能做到这种表现的,也只有一部分大电池且性能较低的中端机型;而且iPhone13系列在性能足够强大到在驯服《原神》的同时,还实现比较理想的温控水平,最后《原神》官方还特意为iPhone13Pro系列开放了120帧的选项,其性能之逆天可见一斑。

苹果iPhone13系列能取得如此出色的表现背后,得归功于其所搭载的A15处理器,苹果宣称A15处理器要比其他安卓手机快50%或以上,相比于自家去年的A14处理器,A15除了架构和规模方面的升级以外,还有一个易被人所忽略的点就是A15处理器在制程工艺方面的进步,尽管A14和A15采用了看似一样的台积电5nm工艺,可是A15却采用的是台积电最新的N5P工艺,性能相较此前的N5工艺提升了7%,功耗也下降了15%,和一众搭载三星5nm工艺旗舰处理器的安卓手机来说,台积电的工艺所带来的优势不言而喻。

不少朋友可能会觉得疑惑,为什么苹果A系列处理器会这么强呢?答案是,苹果A系列处理器之所以能领先安卓阵营一两代,一方面是因为苹果强大的芯片设计能力,而另一方面则是苹果始终都在用最新最先进的芯片制程工艺,可以说,苹果A系列处理器的发展史,就是浓缩的芯片制程工艺进步史,接下来不妨让我们一起来回顾一下吧。

2010年前是诺基亚最后的辉煌时期,此时苹果的iPhone一代、iPhone3G以及iPhone3GS一直都是用的三星所研发生产的处理器,比如3GS就是采用的是三星的S5PC100处理器。或许是出于减少对三星的依赖考量(毕竟双方正逐步在手机市场上成为竞争对手),苹果也组建了自己的处理器设计研发团队。

从魔改到自研

苹果的小试牛刀是2010年跟着iPhone4一起发布的A4处理器,该芯片采用了一颗定制的三星45nm制程 800MHzARMCortex-A8的单核心处理器,GPU为PowerVRSGX535,摒弃了iPhone4或iPad所不需要的模块,L2的缓存加大到640KB,其在同等频率下性能表现好于三星S5PC110。但即便如此,由于A4处理器上还有不少三星的影子,仍然不能算是苹果真正自主研发的产物。

2011年的iPhone4s是乔布斯的遗作,其搭载的A5处理器也同样具有特殊意义,它是第一款苹果设计的双核处理器芯片,虽然采用了和上一代一样的三星45nm制程 工艺,但它的变化远不止是增加了一颗核心那么简单,它的处理器架构是脱胎于上一代的Cortex-A8平台的新架构——Cortex-A9,拥有更高的计算能力和更低的功耗。GPU部分则搭载了PowerVRSGX543+,图形性能提升明显。当时苹果号称该处理器CPU性能是初代iPad的两倍,GPU是初代的9倍,A5X是其性能的加强版,图形处理器采用的是四核心,用于第三代iPad,图形处理能力为iPad2上的两倍。

2012年发布的A6处理器由苹果旗下的子公司Intrinsity设计、三星代工制造,采用了独特自研架构设计,性能介于Cortex-A9和Cortex-A5之间,基于32纳米HKMG工艺 打造,具有能动态调整CPU电压/频率特性,GPU集成的是一颗三核心的PowerVRSGX543MP3图形处理单元,性能是上一年A5的两倍多。

A6处理器横空出世的时候,苹果iPhone手机就已经是傲视群雄的存在了,当时搭载A6处理器的iPhone5在跑分榜上就将不少采用四核处理器的安卓机皇踩在脚下,苹果也向世人证明了一款处理器性能如何并不能只看它的核心数量。

进入64位处理器时代

iPhone5s对于苹果而言是一个新的高度,除了开创手机指纹识别的先河,其搭载的A7处理器也为手机处理器打开了64位时代的大门,这款芯片无疑有着巨大的跨时代意义。

A7采用的是全新的64位设计,采用了三星28nm制程 工艺打造,使用了Arm-v864位指令集以及自家的Cyclone架构,主频为1.3GHz。A7处理器的性能比iPhone5上的A6快2倍,是初代iPhone上使用的处理器的40倍,图形能力是初代的56倍,它的理论性能比肩当时的Xbox360和PS3。此外,从A7开始苹果为旗下处理器配备低功耗协处理器M系列,专门负责计算手机的各项传感器数据,并且可以保持极低的功耗。

而此后A8,A9,A10这几代则是进一步提升核心数和制程工艺,性能也节节攀升,从20nm到16nm ,苹果也在这几年在台积电和三星之间反复横跳,值得一提的是,A9和此前产品相比最特别的就在于当时苹果实行的双代工厂战略,A9的代工订单同时交给三星和台积电两家公司分别进行,但是因为三星是14nm ,台积电是16nm ,两种工艺制作出来的芯片存在明显差异,台积电代工版本在能效发热的表现更好,这在当年还引起过轩然大波。或许正因为如此,苹果在第二年发布的A10处理器上,便全部更换为台积电代工,以免出现A9处理器上那种尴尬局面。

Bionic(仿生)的到来

时间来到2017年,这是iPhone发布的第十个年头,这一年对苹果来说,无论是A系列处理器还是iPhone都进入下一个时代。iPhone8为之前的iPhone设计语言画上完美的句号,而全新的iPhoneX则开启了全面屏及FaceID的新时代。

那年的A11Bionic堪称性能怪兽。A11采用台积电当时最先进的10nm工艺 制程,拥有43亿个晶体管,采用六核心的设计,大核性能相比A10提升25%,4颗小核相较A10提升70%,多性能处理提升75%;搭载的GPU是苹果自研的三核心GPU,性能较A10性能提升30%,而功耗则降低了50%,此外,A11首次搭载双核神经网络引擎,每秒运算次数高达6000亿次,主要胜任机器学习任务,能够识别人物,地点和物体,最典型的应用便是其首次推出的FaceID及其衍生功能动画表情。

对于苹果来说,A11处理器更有意义地方在于其是苹果当时自主程度最高的一代A系列处理器,当中包括自研CPU,自研GPU,自研ISP,自研解码器等等,当然还包括神经网络引擎,也是从那一年开始,几乎所有手机厂商都把AI运算能力当做宣发PPT的主打页面,AI时代就此开启。

A12Bionic处理器是业界首款7nm 芯片,它仍然是基于苹果自研的Fusion架构打造,根据苹果给出的数据显示,2个大核提升15%,4个小核功耗表现提升50%。该处理器在GPU部分采用新一代自研芯片,核心数升至四核,官方宣称性能提升50%,而升级幅度最大的莫过于神经网络引擎,从双核飙升至八核,能够实现每秒50000亿次计算。

苹果A13处理器采用的是台积电第二代7nm工艺 ,专为高性能和低功耗而量身定制,塞下了85亿个晶体管,其CPU部分由两个大核和四个小核组成,相比于前代,两个性能核心速度最高可提升20%,能耗最多可降低30%,四个能效核心速度提升了20%,而能耗方面则降低了25%之多。

而GPU部分,苹果表示它针对Metal框架进行了优化,拥有四个内核,性能提升了20%,功耗比上代低了40%;配备八个神经网络引擎,大家可以理解为NPU之类的东西,性能较上代提升了20%,能耗降低15%,它为三摄系统、FaceID与AR类APP提供强大的性能支援。非常适合高性能游戏和最新的增强现实体验。

去年发布苹果iPhone 12系列的A14仿生处理器是全世界首款批量生产的5nm 处理器,集成了118亿个晶体管。区别于前代7nm的升级,此次的5nm制程工艺是一次大跨越。A14芯片在整个过程中应用了极紫外(EUV)光刻技术,晶体管密度较7nm芯片提高80%,相同功率下运行速度可以提高15%性能、同性能下则可降低30%的功耗。

规格方面,CPU部分选用了六核心设计,包括两颗大核心以及四颗小核心,官方宣称性能提高幅度高达40%。

GPU部分则采用了苹果全新的架构设计,依然是四核心,性能却提高了30%。

神经网络引擎方面本次也从8核心升级到了16核心,AI运算能力提升到了11.8万亿次,号称机器学习能力提升70%,运算速度提高10倍。

此外,A14 Bionic在ISP、安全功能、ML主控等方面也进行了升级。

从性能跑分上看,A15处理器有着数十倍A4处理器的水平,而这也不过是10年的光景,芯片制程工艺也从最初的45nm进化到了如今的5nm,这其中除了苹果日益精湛的芯片设计能力外,我们还得知道,为了尽可能地实现摩尔定律,半导体行业的科研人员们也付出了无数个日夜的努力,才能在指甲盖大小的芯片里塞下更多的晶体管。

正如稻盛和夫说的那样,“要想成就伟大的事业,除了脚踏实地的努力,别无他法。”当下我们的科技发展亦是如此。

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