iPhone 13如期而至，新功能沒(méi)成焦點(diǎn)，就連蘋果引以為傲的A15 Bionic處理器，性能超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手50%，外界對(duì)此的態(tài)度也比較平淡，倒是iPhone13的新配色和降價(jià)吸引了不少關(guān)注。這對(duì)于一家因創(chuàng)新而被許多人喜歡的公司而言，確實(shí)不是好消息。

這不禁讓人疑問(wèn)，為什么蘋果口中“最快的智能手機(jī)芯片”A15 Bionic一反常態(tài)不再和 “前輩”A14較勁?蘋果A15性能真的超越高通旗艦驍龍888多達(dá)50%?iPhone功能創(chuàng)新的基石——A系列處理器未來(lái)還值得期待嗎?

蘋果罕見給出50%的性能領(lǐng)先數(shù)據(jù)

iPhone13的發(fā)布會(huì)上，蘋果自信的表示，“事實(shí)上，業(yè)內(nèi)還在苦苦追趕我們的芯片性能。不是說(shuō)去年的芯片，甚至是我們兩年前的芯片。”但實(shí)際上，蘋果的這份自信在很大程度上歸功于其合作伙伴臺(tái)積電。

A15芯片采用的是臺(tái)積電5nm工藝，共集成了150億個(gè)晶體管，CPU采用6核設(shè)計(jì)(2個(gè)性能核心+4個(gè)效率核心)，GPU有4核(iPhone13/iPhone13mini)和5核(iPhone13 Pro/Pro Max)兩個(gè)版本，集成全新的ISP，視頻編碼和解碼器，系統(tǒng)緩存翻了一倍。

蘋果介紹，相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，A15的CPU性能比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手高50%，4核GPU的A15比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手性能高30%，5核GPU的A15性能比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)高50%。另外，NPU性能達(dá)到15.8TOPS，相比A14的11 TOPS提升43.6%。

蘋果并沒(méi)有具體說(shuō)明A15使用的是哪一個(gè)版本的5nm工藝，不過(guò)考慮到臺(tái)積電產(chǎn)品的演進(jìn)，蘋果可能使用的是N5P的節(jié)點(diǎn)。根據(jù)臺(tái)積電的承諾，使用N5P工藝的處理器頻率提高至多 5%，或?qū)⒐慕档椭炼?0%，密度提高1.8倍。

得益于臺(tái)積電的新工藝，A15的晶體管數(shù)量達(dá)到了150億個(gè)，比A14的118億個(gè)增加了27%。這也是關(guān)于A14和A15對(duì)比目前能得到的少有的明確信息。

蘋果這樣的做法讓人有些意外。以往，蘋果在發(fā)布新一代產(chǎn)品時(shí)會(huì)直接給出相比上一代處理器的的性能提升，在少數(shù)情況下也會(huì)給出與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的對(duì)比情況。

這一次蘋果不僅沒(méi)有給出A15相比上一代的性能提升，對(duì)比的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也沒(méi)有明確，這應(yīng)該是一個(gè)綜合考慮的折中選擇。

“在電池和系統(tǒng)功耗沒(méi)有大的突破之前，手機(jī)上再出現(xiàn)類似于iPhone前幾代的突破性創(chuàng)新已經(jīng)很難。蘋果不能透露未發(fā)布的新產(chǎn)品布局時(shí)，能給資本市場(chǎng)最好的交代就是芯片，這可能是蘋果這一次只給出對(duì)比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手性能差距的一個(gè)原因。”芯片行業(yè)資深人士J叔說(shuō)。

“工藝制程決定了CPU的性能上限。”兩位業(yè)內(nèi)專家都對(duì)雷鋒網(wǎng)表示，“如果沒(méi)有制程的大幅提升，芯片性能的差別只會(huì)限制在一個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)。”

也就是說(shuō)，蘋果需要告訴外界其領(lǐng)導(dǎo)力，芯片性能的領(lǐng)先性是一個(gè)重要信息，但A15的CPU提升并不夠亮眼，僅公布一個(gè)和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的性能差距可以兩者兼顧。

J叔分析，“目前的手機(jī)芯片市場(chǎng)，華為麒麟很少出現(xiàn)在公開市場(chǎng)，聯(lián)發(fā)科仍然處于以性價(jià)比為主打的追趕的狀態(tài)，能和蘋果對(duì)比的只有高通，這實(shí)際上也是Android陣營(yíng)和iOS較量的一個(gè)主戰(zhàn)場(chǎng)。”

外媒anandtech也認(rèn)為蘋果口中A15的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手正是高通，并且對(duì)比的是高通2020年的旗艦產(chǎn)品驍龍888。查看SPECint2017 基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果，A14 的性能比驍龍888高41%，換言之，如果A15將差距擴(kuò)大到50%，就意味著A15只需要比A14 提升6%即可，這確實(shí)不是一個(gè)值得單獨(dú)公布的升級(jí)。

iPhone13發(fā)布后，GeekBench數(shù)據(jù)庫(kù)中出現(xiàn)了A15的基準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)，顯示A15的單核性能提升了8%，多核性能提升11%左右。

相比CPU的提升有限，GPU倒是提升明顯，測(cè)試軟件Geekbench在iPhone13發(fā)布后出現(xiàn)了GPU的跑分成績(jī)，相比A14提升了55%。

至此我們就更容易理解，即便GPU性能有大幅提升，但CPU性能幾乎原地踏步，蘋果公司沒(méi)有理由在發(fā)布會(huì)上宣傳A15相比A14的提升。對(duì)外宣稱蘋果A15也比驍龍888性能高50%不失為一個(gè)很好的宣傳口號(hào)。

蘋果A15比驍龍888強(qiáng)在哪?

“蘋果用今年的產(chǎn)品對(duì)比高通去年的產(chǎn)品，這種對(duì)比本身就不具有較高的參考價(jià)值。”J叔指出。至于CPU和GPU最高能達(dá)到50%的性能優(yōu)勢(shì)，其實(shí)工藝的重要性更高。三位芯片專家都說(shuō)：“同樣是Arm架構(gòu)CPU，蘋果的理解會(huì)比高通更勝一籌，實(shí)際上CPU和的性能與設(shè)計(jì)的關(guān)系不大，關(guān)鍵還是看工藝。”

“A15的GPU性能有最高50%的優(yōu)勢(shì)，同樣也不能體現(xiàn)出蘋果在芯片設(shè)計(jì)方面的能力更勝一籌。高通如果堆GPU的核數(shù)，性能也可以和蘋果一樣。真實(shí)的實(shí)力在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上不相上下。”J叔進(jìn)一步指出。

擁有十多年芯片IP和EDA經(jīng)驗(yàn)的資深人士認(rèn)為，“這也是即便蘋果宣稱有50%的性能優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)幾乎無(wú)動(dòng)于衷的重要原因。”

因此，單純從芯片設(shè)計(jì)和性能層面看，蘋果50%的性能優(yōu)勢(shì)并不令人眼前一亮。而蘋果真正勝出的原因在于iOS軟硬件協(xié)同和Android+高通分離式的差別，蘋果真正的優(yōu)勢(shì)在于其對(duì)系統(tǒng)以及生態(tài)的把控力，這是高通難以在龐大的Android陣營(yíng)中企及的。此次A15有兩種不同GPU核心數(shù)就是一個(gè)很好的例子。

A15的GPU有4核和5核兩個(gè)版本，同一個(gè)型號(hào)的產(chǎn)品采用不同的GPU核心數(shù)設(shè)計(jì)，這并不常見，但蘋果卻可以因產(chǎn)品而異。今年的iPhone13 Pro/Pro Max上的一個(gè)重要功能是電影效果模式，這一模式可以自動(dòng)或手動(dòng)改變視頻的焦點(diǎn)，通過(guò)虛實(shí)變化引導(dǎo)觀眾視覺(jué)，就像電影拍攝中同景內(nèi)的焦點(diǎn)切換，目前業(yè)內(nèi)僅有蘋果可以實(shí)現(xiàn)這樣的功能。

“使用電影效果模式意味著手機(jī)需要采集大量的視覺(jué)信息并進(jìn)行各種高計(jì)算量的處理，還要同步實(shí)時(shí)進(jìn)行渲染，這就對(duì)GPU有非常高的要求。”J叔說(shuō)，“類似這樣的應(yīng)用場(chǎng)景，都是A15需要堆5個(gè)GPU核的重要原因。”

但4核GPU的iPhone13也支持這個(gè)功能。這也不難理解，Pro系列手機(jī)有三個(gè)攝像頭，且屏幕的性能更高，支持ProMotion 自適應(yīng)刷新率，相比只有兩個(gè)攝像頭且不支持自適應(yīng)刷新率的iPhone13，使用更少的GPU核心也合理。另外，產(chǎn)品層面，Pro用戶使用這一功能的概率更高，因此在性能上也需要做冗余。

并且，這對(duì)于蘋果而言并不會(huì)帶來(lái)設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)。“一個(gè)晶圓上的芯片按照良率可以分為幾個(gè)檔次，芯片廠商可以根據(jù)不同良率下的性能不同推出不同級(jí)別的產(chǎn)品。”J叔認(rèn)為，“蘋果可以按照5核設(shè)計(jì)A15的GPU，制造出來(lái)后，選出良率只有4核的部分作為4核版A15，或者可以把5核都正常的GPU通過(guò)軟件關(guān)掉一個(gè)GPU核，成本不變。”

除了GPU，AI性能也能體現(xiàn)出蘋果在設(shè)計(jì)芯片時(shí)的優(yōu)勢(shì)。iPhone上的電影效果模式以及圖片上的文字識(shí)別等功能除了需要CPU、GPU，AI也非常關(guān)鍵。單純從性能數(shù)字來(lái)看，驍龍888的AI性能是32TOPS，最新的A15僅為15.8TOPS，驍龍888的AI性能是A15的近兩倍。

此前一位AI ISP專家對(duì)雷鋒網(wǎng)表示，“沒(méi)有人能用上驍龍888上32TOPS的AI性能，雖然驍龍888具有這樣的能力，但如果真跑到最高AI性能，功耗就成了大問(wèn)題。”

“高通需要同時(shí)兼顧小米、OPPO、VIVO等手機(jī)廠商AI算法的需求，在性能、成本和功耗間做取舍時(shí)更難。”J叔說(shuō)，“蘋果可以把AI性能發(fā)揮到極致，高通不得不做冗余。”

這背后的關(guān)鍵原因還是對(duì)生態(tài)的把控力，這才是蘋果和高通處理器性能一步步體現(xiàn)出明顯差異的核心原因，而造成今天這樣局面的原因還是摩爾定律放緩。

蘋果處理器的未來(lái)在哪?

芯片IP及EDA的資深人士說(shuō)：“半導(dǎo)體制程的提升已經(jīng)逼近極限，手機(jī)處理器的性能已經(jīng)過(guò)剩，在工藝很難提升時(shí)，也意味著單純比拼硬件的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去，這時(shí)所有的性能都是成本，如何將功耗降下來(lái)成為關(guān)鍵。”

這幾乎是業(yè)界的共識(shí)，另一位芯片行業(yè)專家也說(shuō)，“受限于工藝升級(jí)的變緩，A系列芯片整體的重點(diǎn)在于提升能效。”

提高手機(jī)處理器的能效，系統(tǒng)公司擁有單純手機(jī)芯片設(shè)計(jì)公司無(wú)法超于的優(yōu)勢(shì)。手機(jī)SoC是一個(gè)典型的異構(gòu)系統(tǒng)，有CPU、GPU、NPU等。

“不是高通對(duì)異構(gòu)系統(tǒng)的理解不夠深。異構(gòu)系統(tǒng)需要在芯片內(nèi)部做很好的整合，更關(guān)鍵的是，整個(gè)硬件系統(tǒng)能夠在編譯層面進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化，這涉及任務(wù)分配機(jī)制，這也是異構(gòu)計(jì)算的難題。高通需要去做妥協(xié)，而蘋果只需要針對(duì)自己的系統(tǒng)做優(yōu)化。”J叔指出。

芯片IP及EDA的資深人士也表示，“有些軟件功能可以抽象出來(lái)的做到硬件里提高性能，有些硬件功能需要可編程性，可以用軟件實(shí)現(xiàn)，也就是軟件硬化，硬件軟化。像蘋果這樣的系統(tǒng)公司可以做到，但對(duì)高通就非常難。”

需要指出，系統(tǒng)緩存大小也是系統(tǒng)優(yōu)化中的關(guān)鍵。芯片IP及EDA的資深人士說(shuō)：“現(xiàn)在的性能過(guò)剩指的是計(jì)算性能過(guò)剩，增加緩存可以優(yōu)化帶寬。蘋果在M1芯片中已經(jīng)嘗到了甜頭。”

J說(shuō)進(jìn)一步表示，“在異構(gòu)系統(tǒng)里，高性能的CPU、GPU和AI核的算力并非都能發(fā)揮出來(lái)，不同核心之間的通訊、協(xié)同，乃至緩存的大小與架構(gòu)以及不同的調(diào)度策略都決定了處理器的性能發(fā)揮。”

NPU是手機(jī)處理器中的另一個(gè)關(guān)鍵。“NPU實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)差異化的成本相對(duì)較低，并且，在終端擁有更好的AI性能后，可以把部分需要傳輸?shù)皆贫说娜蝿?wù)放在終端處理，滿足更多視頻、XR等應(yīng)用的需求。”兩位行業(yè)專家持相同的觀點(diǎn)，“當(dāng)然，還是要平衡功耗的關(guān)系，所以現(xiàn)在NPU都在追求能效 Tops/W。”

也就是說(shuō)，未來(lái)需要更加關(guān)注手機(jī)處理器的能效，同時(shí)，手機(jī)性能的提升功能創(chuàng)新，將更加依賴系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)化，這時(shí)候蘋果相比高通擁有明顯優(yōu)勢(shì)。但應(yīng)該明白的是，高通和蘋果本質(zhì)上并不是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

“高通盈利的本質(zhì)來(lái)源于其在通訊領(lǐng)域的專利，而蘋果的盈利主要靠其強(qiáng)大的產(chǎn)品能力和品牌影響力。不管蘋果有多厲害，我認(rèn)為對(duì)高通的威脅都沒(méi)那么大，因?yàn)椴](méi)有影響到高通的核心收入來(lái)源。”J叔說(shuō)。

那蘋果會(huì)拋棄高通嗎?

芯片IP及EDA的資深人士認(rèn)為有可能，基帶芯片要慢慢做和改進(jìn)。但J叔認(rèn)為即便蘋果在5G時(shí)代研發(fā)出了基帶，也繞不開高通在通信領(lǐng)域的專利，因此至少在5G時(shí)代這對(duì)于蘋果意義不大，研發(fā)6G或者衛(wèi)星通信的芯片對(duì)蘋果更有價(jià)值。

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