為什麼蘋果 A11 打遍天下無敵手?

10-03

一般來說,蘋果公司宣佈推出新 iPhone 時,隨之也會推出一款全新的系統級芯片,同往常一樣,今年新推出的 iPhone 8、iPhone 8 Plus 和 iPhone X 都使用蘋果自研發的 A11 仿生處理器。

蘋果最新的 SoC ( 芯片、處理器 ) 與高通、三星、華為的最新產品都不可避免地進行比較,結果當然是蘋果完勝。那麼,為什麼蘋果的 SoC 似乎總是打敗競爭對手?為什麼 Android 的總是落於人後?這裡需要好好解釋一下。

先從蘋果 A11 仿生處理器開始

蘋果芯片的設計使用,都是源於 ARM ( 公司 ) 的 64 位架構的處理器,這意味著蘋果與高通,三星,華為等廠商,均使用相同的 RISC 芯片架構。

但不同之處在於,蘋果擁有 ARM 的架構許可證,允許它從頭開始設計自己的芯片。蘋果公司的第一個 64 位 ARM 處理器是 iPhone 5S 中使用的 A7 芯片。擁有雙核心,主頻率為 1.4 GHz,並采用四核 PowerVR G6430 GPU ( 圖形處理器 ) 。

而蘋果最新推出的 A11 新品,擁有六核心,采用異構多處理 ( HMP ) 和自研發的 GPU。其中,六個內核由兩個高性能內核 ( 代號為 Monsoon ) 和四個節能內核 ( 代號為 Mistral ) 組成,並能夠同時用所有核心進行工作。比上一代 A10 分開工作的高性能核心集群和高能效核心集群更加出色。

蘋果聲稱這兩個高性能內核比 A10 內核快 25%,而四個高效核心的能力比 A10 的節能核心快瞭 70%。工藝方面,A11 采用臺積電的 10 納米制造工藝,芯片包含 43 億個晶體管。尺寸為 89.23 平方毫米,比 A10 小 30%。

來自 iPhone 8 Plus 的跑分測試,該設備在 Geekbench 的單核測試中得分 4260,在多核測試中得分為 10221。

我們來對照一下高通驍龍 835

看圖說話,蘋果 A11 采用與高通驍龍 835 相同的制造工藝。A11 是六核 CPU,而 835 是八核。A11 仿生處理器可以在每個核心上進行進程調度,835 也可以做,但 A10 不能。盡管有類似的規格,但是 A11 的單核 Geekbench 得分是高通驍龍 835 的兩倍。

為什麼?

這裡有個前提,Geekbench 不會測試 SoC 的其他部分。像 DSP,ISP 和任何與 AI 相關的功能,都將影響這些處理器設備的日常體驗。但僅僅速度上,蘋果 A11 更具毀滅性。

在這裡需要來一段蘋果和高通的競爭歷史課

目前可以肯定的是,蘋果公司在 2013 年宣佈推出 64 位 A7 芯片後,高通就追不上瞭。在那之前,蘋果和高通都出貨生產 32 位的 ARMv7 處理器,並應用在手機上。當時高通 32 位的驍龍 800 處理器還處於領先地位,與之配合的圖像處理器 Adreno 330 命運也很好。

而當蘋果公司突然宣佈推出 64 位 ARMv8 芯片時,高通意識到危機,但是手上什麼都沒有,雖然不久之後高通的 64 位處理器也來瞭。

相隔一年的 2014 年 4 月,高通推出瞭具有四個 Cortex-A57 內核和四個 Cortex-A53 內核的驍龍 810,這是一款不完善的 64 位處理器。但在同一年,蘋果公司宣佈推出其第二代內置 64 位的 A8 處理器。

直到 2015 年 3 月,高通才宣佈推出其第一代內置 64 位處理器,即驍龍 820 與其定制的 Kryo CPU 內核。同年 9 月,蘋果公司已經推出第三代 64 位處理器,即 iPhone6S 采用的 A9,整整領先高通兩個版本。

2016 年,高通公司的產品再次迎來更新。來自 ARM 最新的 CPU 設計,高通量身定制開發出瞭 Kryo 280 內核架構,也就是驍龍 835 處理器,采用四個 Cortex-A73 內核 ( 具備調整功能 ) 和四個 Cortex-A53 內核 ( 具備調整功能 ) 。發佈時間為 2016 年冬季,欲對標蘋果 iPhone7 的 A10 處理器、

然後就到瞭今年 iPhone8 的 A11 處理器瞭,與之對標的 2018 高通旗艦處理器還未出現。

蘋果的 CPU 內核有什麼不同?

一、雖然 ARM 自己在 2012 年 10 月份公佈瞭 Cortex-A57 ( 64 位處理器 ) ,但在時間上,ARM 的合作夥伴將在 2014 年才能發佈第一批 64 位處理器。但是,蘋果 2013 年的手機就有 64 位 ARM CPU 瞭。並從此設法將這一年的距離拉大,事實如此,蘋果每年都會有一個新的 CPU 核心設計。

二、蘋果設計的芯片與手機發佈緊密相連,雖然設計高性能的手機 CPU 很難,但是高通想要適配那麼多安卓手機則更難,需要更長的時間。 ( Cortex-A57 於 2012 年 10 月發佈,但直到 2014 年 4 月才出現在智能手機上。 )

三、蘋果的 CPU 很大。在這項競爭中,大則意味著貴。據 Linley 集團的 2016 年報告,蘋果 A10 的核心 " 是其他高端移動 CPU 的兩倍 "。即使較小的 Zephyr 內核比其低功耗的芯片要大得多," 幾乎是 Cortex-A53 的兩倍 "。

這裡最關鍵在於,蘋果賣的是手機,而不是芯片。因此,它可以使芯片用料很貴,並在其他地方收回資金,包括所使用芯片的手機最終價格。

四、蘋果的 CPU 有很大的緩存,裡面所用到的矽材料同樣很貴,對於一些芯片制造商而言,其利潤率甚至可以靠節省 0.5 平方毫米矽片來實現,但就像剛才說到的,蘋果在這方面無需拮澀。

在 Cortex-A75 之前,ARM 的 Cortex 處理器都沒有支持 L3 緩存。但自從 A7 以來,蘋果一直在使用大型 L3 緩存。Apple A7 和 A8 擁有 1 MB L2 高速緩存和 4 MB L3 高速緩存。A9 和 A10 具有 3 MB L2 緩存和 4 MB L3 緩存,總共為 7 MB 緩存。根據 Geekbench 的信息顯示,A11 具有 8 MB 的 L2 緩存,沒有 L3 緩存。雖然 Cortex-A75 現在支持 L3 緩存,最多 4 MB 和 4 MB L2 緩存 ( 每個核心 0.5 MB ) ,但這些都是由高通公司等芯片制造商決定是否使用的。

總結

不可否認,蘋果擁有世界級的 CPU 設計團隊,在過去幾年中一直在世界各地生產出最好的 SoC。蘋果的成功並不是魔術。

在蘋果你可以看到,優於其競爭對手的開發應用實踐,以及每次僅為一兩款產品開發的堪稱奢侈品的芯片。正常情況下,蘋果是處於絕對領先地位的,高通三星華為都將面臨大黑天,除非:

一、蘋果作死

二、芯片廠商不顧利益的聯合打擊

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