最強(qiáng)手機(jī)芯片進(jìn)化史:蘋果A系列處理器是怎么煉成的!
蘋果于北京時(shí)間11日凌晨1點(diǎn)召開(kāi)了2019秋季發(fā)布會(huì),每年秋季發(fā)布會(huì)關(guān)注焦點(diǎn)莫非是iPhone,此次iPhone 11升級(jí)力度較X到XS一代算是幅度比較大的,A13芯片常規(guī)硬件升級(jí),鏡頭升級(jí),加入夜景模式,電池加大續(xù)航能力加強(qiáng),pro版本標(biāo)配18W快充,屏幕升級(jí),對(duì)比度翻倍,全系支持雙卡雙待,這樣看來(lái)實(shí)際上這代iPhone除了支持5G外,該補(bǔ)的漏洞基本上都補(bǔ)上了,也算是跟上了安卓的步伐。
掐指一算,距離初代iPhone發(fā)布已過(guò)去12年,iPhone從初代到至今的11,外觀上的變化無(wú)疑是巨大的,同樣,內(nèi)部硬件也是。在這12年間,令蘋果自豪的除了iOS系統(tǒng)之外,還有他們自研的芯片A系列處理器。
從iPhone 4首發(fā)A4處理器開(kāi)始,蘋果正式走上了自研芯片的道路。從A4到如今的A13,蘋果已經(jīng)有整整10代的A系列處理器,而今天,集微網(wǎng)將與大家談?wù)凙系列的從古至今。
從A4到A13,蘋果并不是代代擠牙膏,相反,其中有幾款處理器有著劃時(shí)代的意義。
A4,作為蘋果的處女作,該芯片采用一顆45nm制程800MHz ARM Cortex-A8的單核心處理器,GPU為PowerVR SGX 535,L2的緩存為640KB,在同等頻率下性能表現(xiàn)好于三星S5PC110,但是其核心的結(jié)構(gòu)和此前使用的三星處理器十分相似,僅僅是主頻升高,核心的CPU架構(gòu)方面沒(méi)有什么變化,所以嚴(yán)格來(lái)說(shuō)這顆芯片并不能算蘋果真正自主研發(fā)的成果。
A5,發(fā)布于喬布斯遺作iPhone 4S,它是第一款蘋果設(shè)計(jì)的雙核處理器芯片,當(dāng)然A5的變化遠(yuǎn)不止是增加了一顆核心那么簡(jiǎn)單,它的處理器架構(gòu)也由之前來(lái)自于Cortex-A8架構(gòu)升級(jí)到了更為強(qiáng)勁的Cortex-A9,這一脫胎于上一代的Cortex-A8平臺(tái)的新架構(gòu),擁有更高的計(jì)算能力和更低的功耗。而GPU部分則搭載了PowerVRSGX543+,圖形性能提升明顯。號(hào)稱 CPU 性能是初代 iPad 的兩倍,GPU 是初代的 9 倍,A5X是其性能的加強(qiáng)版,圖形處理器采用的是四核心,用于第三代iPad,圖形處理能力為iPad 2上的兩倍
A6,由蘋果旗下的子公司Intrinsity設(shè)計(jì)、三星代工制造,采用了獨(dú)特架構(gòu)設(shè)計(jì),性能介于Cortex-A9和Cortex-A5之間,基于32nm工藝制程,,能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整CPU電壓/頻率特性,GPU集成的是一顆三核心的PowerVR SGX 543MP3圖形處理單元,性能是A5的兩倍多。和A5一樣,A6X是專為iPad推出,在CPU主頻上提高,GPU更換成SGX554MP4,擁有四核心。
A6橫空出世的時(shí)候,蘋果開(kāi)始走向高處不勝寒的境地,由于當(dāng)時(shí)搭載A6的iPhone 5在跑分榜上將不少采用四核處理器的安卓機(jī)皇踩在腳下,蘋果也向世人證明一款處理器性能怎樣,不能光看單純的核心數(shù)量。
A7對(duì)于蘋果而言是一個(gè)新的高度,也為手機(jī)處理器打開(kāi)了64位時(shí)代的大門,無(wú)疑,這款芯片有著巨大的劃時(shí)代意義。
A7采用的是全新的64位設(shè)計(jì),使用Arm-v8 64位指令集,自家的Cyclone架構(gòu),采用28nm工藝,主頻為1.3GHz。A7處理器的性能比iPhone 5上的A6快2倍,是初代iPhone上使用的處理器的40倍,圖形能力是初代的56倍。此外,從A7開(kāi)始蘋果為旗下處理器配備低功耗協(xié)處理器M系列,專門負(fù)責(zé)計(jì)算手機(jī)的各項(xiàng)傳感器數(shù)據(jù),并且可以保持極低的功耗。
作為歷史上第一個(gè)移動(dòng)端64位處理器,在當(dāng)時(shí)引起了不小的爭(zhēng)議,當(dāng)其他安卓廠商拼命堆CPU核心數(shù)時(shí),蘋果卻給未來(lái)CPU發(fā)展指出了新的方向,這讓A7在推出初期遭到了不少非議,不少人認(rèn)為這是一個(gè)噱頭。然而,事實(shí)證明,64位的確是蘋果一個(gè)非常有前瞻性的思想。當(dāng)時(shí)已經(jīng)有人在手機(jī)上開(kāi)始剪視頻,P圖了,32位處理器的性能眼看就要觸及天花板,蘋果當(dāng)機(jī)立斷提前入局,也靠著這一點(diǎn),蘋果始終都在領(lǐng)先安卓廠商。以至于在今天8核成千元機(jī)標(biāo)配的同時(shí),蘋果仍舊還用著6核設(shè)計(jì)。
此后A8,A9,A10進(jìn)一步提升核心數(shù)和制程工藝,處理器及GPU性能節(jié)節(jié)攀升,值得注意的是當(dāng)時(shí)為iPad Air 2配備的A8X處理器,它是移動(dòng)行業(yè)第一個(gè)三核處理器,其性能也是無(wú)比強(qiáng)悍。A8X集成了大約30億個(gè)晶體管,比A8多了一半,更是上代A7的三倍,主頻也提升至1.5GHz,其單線程性能比A8高出接近12%,多線程性能整整提高了55%,第三個(gè)核心性能得到完美釋放,且蘋果首次在iPad Air2上將內(nèi)存上了2GB。不得不說(shuō),這一代iPhone和iPad之間性能差距非常顯著。
當(dāng)然還有A10X,當(dāng)年A10 Fusion上到四核心時(shí),A10X就不講道理的直接上到了6核,采用3+3設(shè)計(jì),另外還有個(gè)12核GPU,蘋果當(dāng)時(shí)表示能夠輕松剪輯4K視頻,還能渲染精細(xì)3D模型,創(chuàng)建,標(biāo)記復(fù)雜的文檔文稿,再看看A10X是首發(fā)哪臺(tái)設(shè)備——iPad Pro,就能明白為何擁有如此強(qiáng)大的性能,當(dāng)年被冠以史上最強(qiáng)移動(dòng)CPU可不是金玉其外。哪怕到現(xiàn)在,A10X的GPU性能依舊霸榜,其CPU性能也不比A11,A12弱后多少。
時(shí)間來(lái)到2017年,這一年對(duì)蘋果來(lái)說(shuō),無(wú)論是A系列處理器還是iPhone都進(jìn)入下一個(gè)時(shí)代。iPhone 8為之前的iPhone設(shè)計(jì)語(yǔ)言畫上完美的句號(hào),而iPhone X則開(kāi)啟了全面屏及face ID的新時(shí)代。
而那一年的A11 Bionic堪稱性能怪獸。A11 采用臺(tái)積電當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的10nm工藝制程,擁有43億個(gè)晶體管,采用六核心的設(shè)計(jì),大核性能相比A10提升25%,4顆小核相較A10提升70%,多性能處理提升75%;搭載的GPU是蘋果自研的三核心 GPU ,性能較 A10 性能提升 30%,而功耗則降低了 50%,此外,A11首次搭載神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎,采用雙核設(shè)計(jì),每秒運(yùn)算次數(shù)高達(dá)6000億次,主要?jiǎng)偃螜C(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù),能夠識(shí)別人物,地點(diǎn)和物體,最典型的應(yīng)用便是其首次推出的face ID及其衍生功能動(dòng)畫表情。
A11之于蘋果更深層次的意義在于其是蘋果當(dāng)時(shí)自主程度最高的一代A系列處理器,當(dāng)中包括自研CPU,自研GPU,自研ISP,自研解碼器等等,當(dāng)然還包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎,從那一年開(kāi)始,幾乎所有手機(jī)廠商都把AI運(yùn)算能力當(dāng)做宣發(fā)PPT的主打頁(yè)面,AI時(shí)代就此開(kāi)啟。
到了去年發(fā)布的A12,蘋果進(jìn)一步提升性能及能耗表現(xiàn),這當(dāng)然得益于臺(tái)積電最新的7nm制程。A12采用蘋果自研的Fusion架構(gòu),根據(jù)蘋果的數(shù)據(jù),2個(gè)大核提升15%,4個(gè)小核功耗表現(xiàn)提升50%。GPU采用新一代自研芯片,核心數(shù)升至四核,官方宣稱性能提升50%,而升級(jí)幅度最大的莫過(guò)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎,從雙核直升八核,能夠?qū)崿F(xiàn)每秒50000億次計(jì)算。
最后,于今日凌晨發(fā)布的A13芯片,蘋果宣稱該芯片兩大亮點(diǎn),機(jī)器學(xué)習(xí)能力與低功耗。A13 Bionic采用臺(tái)積電升級(jí)版7nm工藝,集成85億個(gè)晶體管,CPU擁有2個(gè)高性能核心,給速度帶來(lái)20%提升的同時(shí),功耗還降低了30%;另外還擁有4個(gè)效能核心,速度同樣提升了20%,功耗降低了40%。CPU每秒可以進(jìn)行一萬(wàn)億次的計(jì)算。GPU為四核心設(shè)計(jì),速度提升20%的同時(shí)功耗能夠降低40%。同時(shí),A13還有一個(gè)8核的神經(jīng)計(jì)算引擎,性能提升了20%,功耗降低15%。
實(shí)際上,從近幾年來(lái)看,不光是蘋果,其他芯片廠商也一樣,從最開(kāi)始追求性能上的卓越慢慢轉(zhuǎn)變追求極致的能耗比,這得益于晶圓代工廠先進(jìn)的制程工藝技術(shù)。強(qiáng)大的性能勢(shì)必加重能耗,而當(dāng)今手機(jī)性能若不是追求大型游戲或是多任務(wù)處理,實(shí)際上是過(guò)剩的,一臺(tái)千元機(jī)的性能也足以滿足日常需求,而這時(shí)對(duì)于移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)續(xù)航能力便是最重要的了。好在蘋果今年也算是良心發(fā)現(xiàn),不光在芯片上下功夫,電池容量增大,還配備了18W充電頭。
從彭博社整理的這張圖我們便能清晰的了解蘋果A系列歷史的幾個(gè)大事件。A4到A11也不過(guò)8年時(shí)間,但A系列處理器的性能實(shí)在飆升太快,感嘆蘋果自研實(shí)力和前瞻目光,它的確可以稱得上是一個(gè)偉大的企業(yè)。
但光以文字表述顯然缺乏直觀性,小編便搜集歷代A系列芯片的GeekBench跑分制成表圖以直觀展現(xiàn)蘋果強(qiáng)悍的芯片性能。(注:由于GeekBench版本不同,算法會(huì)有差異,故早期芯片的跑分與目前較新芯片的跑分存在一定的算法差異性,跑分?jǐn)?shù)據(jù)僅供參考,且GeekBench數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)量龐大,跑分分?jǐn)?shù)只取眾多數(shù)據(jù)的一項(xiàng),不取平均值。)
從圖上我們便能清晰地看到,A系列處理器幾個(gè)比較重要的節(jié)點(diǎn),A6,A7,A8X,A10X,A11,都代表了蘋果芯片實(shí)力的一次躍進(jìn),照A13相比A12提升20%來(lái)算,從跑分上看,A13有著70倍A4處理器水平的能力,而這也不過(guò)是10年的光景,。
世人常說(shuō)如今的蘋果已經(jīng)沒(méi)有喬布斯時(shí)代那般的統(tǒng)治力和影響力,單論iPhone而言,確實(shí)如此,安卓廠商的異軍突起,中國(guó)國(guó)產(chǎn)手機(jī)廠商沖出本土市場(chǎng)都對(duì)蘋果產(chǎn)生了不小的影響,但不可否認(rèn)蘋果仍舊是一個(gè)偉大的企業(yè),至少它曾改變過(guò)世界。
能在歷史上畫下濃墨重彩的一筆實(shí)屬不易,能做到名垂青史的又有幾個(gè)呢?