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2021-11-16 00:15 出处:PConline原创 作者:阿布 责任编辑:bujiapeng

  今年9月,苹果如期发布了iPhone 13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iPhone 13 Pro Max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iPhone 13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iPhone 13 Pro系列开放了120帧的选项,其性能之逆天可见一斑。

  苹果iPhone 13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美高梅赌城快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美高梅赌城来说,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、iPhone 3G以及iPhone 3GS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(毕竟双方正逐步在美高梅赌城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iPhone 4一起发布的A4处理器,该芯片采用了一颗定制的三星45nm制程800MHz ARM Cortex-A8的单核心处理器,GPU为PowerVR SGX 535,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iPhone 4s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Power VR SGX 543+,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iPad 2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PowerVR SGX 543MP3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美高梅赌城就已经是傲视群雄的存在了,当时搭载A6处理器的iPhone 5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

  iPhone 5s对于苹果而言是一个新的高度,除了开创美高梅赌城指纹识别的先河,其搭载的A7处理器也为美高梅赌城处理器打开了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-v8 64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iPhone 5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Xbox 360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,专门负责计算美高梅赌城的各项传感器数据,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。iPhone 8为之前的iPhone设计语言画上完美的句号,而全新的iPhone X则开启了全面屏及Face ID的新时代。

  那年的A11 Bionic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Face ID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,几乎所有美高梅赌城厂商都把AI运算能力当做宣发PPT的主打页面,AI时代就此开启。

  A12 Bionic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、Face ID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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