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晶體管數量125億、性能超越高端筆記本CPU,5nm A14芯片性能推演

2020-01-17 12:50:49 來源:EETOP
 

今年的iPhone 12系列依然有不少看點,比如首次支持5G網絡、后置四攝(加入ToF)、搭載5nm A14處理器等。

關于這款SoC,外媒對其性能做了紙面推演。

  • 躍升至5nm制造
  • 相較于A13的83億顆晶體管,A14預計在85平方毫米的面積內塞入125~150億顆,超越麒麟990的103億顆。
  • A14在Geekbench 5中的多線程跑分預計在5000分上下,相當于6核的MacBook Pro了。如果在考慮6GB RAM以及GPU單元規模加大,部分圖形任務場景提升50%將不是問題。
  • AI性能至少是A13的兩倍。

躍升至5nm制造

蘋果將連續第三年從其制造合作伙伴臺積電的制造工藝改進中受益。A12采用7納米工藝制造,而A13采用增強的7納米工藝制造,這主要是為了實現更快的時鐘速度和更低的功耗。今年,蘋果可能會跳到臺積電的全新5nm工藝。實際上,它可能是首個使用該芯片的大規模消費類芯片。

這是一個很大的升級。5nm模式絕不是半步,而是7nm之后的下一個“全節點”。臺積電表示,它在整個過程中廣泛使用了極紫外(EUV)光刻技術,其邏輯密度提高了80%,并且在與7nm芯片相同的功率下運行速度可以提高15%,在相同的性能水平下可以降低功耗30%。

臺積電工藝演進

當然,設計也很重要。蘋果不一定會滿足這些確切數字。但是僅在制造過程中,A14就會成為更快,更節能的芯片。

更多的晶體管數量

A13的尺寸約為98.5 mm 2,比83.2 mm 2的 A12 大約大20%。這僅比我去年的最初預測稍小,但是我對晶體管預算的假設遠遠沒有達到。

我以為蘋果會使用臺積電的N7 +節點,該節點可提供更高的晶體管密度。相反,蘋果選擇了N7P模式,但事實并非如此。結果,A13擁有約85億個晶體管,而不是我預測的100億個。

對于今年,我認為蘋果很可能會保持處理器的整體尺寸不變。對于具有大量堆疊組件的高性能高端移動處理器而言,約100 mm 2 是一個不錯的尺寸。

如果我們以臺積電TSMC)的話說,它提高了5納米工藝的晶體管密度,那么我們預估A14可能會集成到令人難以置信的150億個晶體管,這將比除了最大的高端桌面和服務器cpu和gpu之外的所有cpu都要大。如果蘋果將總芯片面積縮小到約85 mm 2那么也可以集成約125億個晶體管。

CPU性能

對于A13,蘋果并沒有做很多事情來改變其基本的CPU架構。內核數量仍然相同,并且內核之間沒有顯著差異。相反,該公司依靠增強的7nm工藝提供的更快的時鐘速度來提高性能。

在單線程性能方面,A13比A12(在Geekbench 5中)提高了20%。它比我去年預計的要多,并且是最快的移動CPU。

單線程性能有望提高,但不如多線程性提高的多

我們可以預期A14的得分將接近1600。僅5納米制程應該比蘋果公司在A13中使用的增強型7納米制程快大約8%。由于更高的峰值時鐘速度以及晶體管預算大大提高而帶來的一些架構上的改進,A14得分可能會在1,500-1,600之間波動。

多核性能很難預測,A12和A13具有四個小的高效核心和兩個很大的高性能核心。蘋果已經非常有效地調度工作負載以盡可能利用所有內核,因此,更好的調度不太可能給我們帶來很大的改善。但是,隨著晶體管密度從5nm大幅提高,蘋果可能會增加第三個大內核,或者顯著提高高效內核的性能,這實際上將提高多線程性能。

如果蘋果不添加更多內核,多線程性能將會提高,但這是一個保守的預測

趨勢線為我們提供了大約4,500的分數,但是我認為架構變化和時鐘速度的結合將給我們帶來更多。如果Geekbench 5多核得分攀升至5,000左右,為此我們不會感到驚訝。

就其價值而言,最快的Android手機在此測試中得分約為3,000,而得分5,000將類似于6核主流臺式機CPU或高端筆記本電腦CPU。它是15英寸MacBook Pro。

圖形性能

從App Store首次亮相以來,iPhone一直是一種游戲設備。但是游戲對Apple的重要性從未比現在有了其Apple Arcade服務重要。圖形性能使游戲如虎添翼,但GPU還用于圖像處理,機器學習和許多其他任務中的計算功能。換句話說,GPU性能至關重要。

A13的圖形性能有了很大的飛躍。A14也會有類似的飛躍。

如果我們看一下3DMark Sling Shot ExtremeUnlimited測試,則A13的性能有了巨大飛躍,遠遠超出了近期趨勢的預期。我預計得分約為4,800,而蘋果公司的得分遠超過6,000!足以擊敗最新的Android手機,但是自那以后更新的型號將其推高了一點,今年發布的頂級Android手機將走得更遠。

我們希望蘋果公司將花費大量的晶體管數量,以使GPU更加強大。隨著更多的內存帶寬,我們可以期望GPU性能遠遠超出趨勢線預測的7,000的低范圍。除非出現新的性能瓶頸,否則我認為得分可能超過9,500。換句話說,我認為可以將游戲中使用的高端圖形的圖形性能提高50%。

GPU計算越來越重要。如果A14的速度提高50%,也不會感到驚訝

在使用GPU進行計算時,我認為我們可以預期會有類似的減速。更大的GPU加上更快的時鐘速度和更多的內存帶寬可以使我們獲得50%或更多的收益-使Geekbench 5的計算得分躍升至9,500至10,000范圍。

圖像處理和神經引擎

A系列處理器的功能不僅僅包含CPUGPU內核。它們包含用于特定任務的專用硬件,例如圖像處理(將來自相機的數據轉換為一流的照片和視頻),視頻編碼和解碼以及為整個iOS中使用的機器學習任務提供動力的神經引擎。

蘋果在A13中添加了專用硬件來處理矩陣乘法,并添加了更新的“機器學習控制器”以平衡處理器各個部分(CPU,GPU和神經引擎)中的計算任務。正如我所預料的那樣,它沒有向神經引擎添加內核,但是由于CPU,GPU和NE的所有部分都以更高的時鐘速度運行,因此性能得到了改善。

蘋果公司在A13的CPU中增加了新的矩陣數學硬件。A14可能沒有類似的“新”功能,但更多的神經引擎內核似乎是一個合理的期望。

這是Apple十分關心的領域,并且是改善照片和視頻質量,增強現實以及整個操作系統中Siri的許多功能的必要組成部分??紤]到5nm制造工藝可以提供更高的晶體管預算,我認為蘋果這次將增加Neural Engine內核,并且可能還會進行其他架構改進。

看到Apple聲稱機器學習任務的速度至少是A13的兩倍,這不足為奇。

蘋果公司并沒有真正提供其想象處理引擎的性能細節,但是追求更好的相機質量的要求永無止境,因此它也可能會更好。

我們認為A14將是Apple的第一款對AV1視頻編解碼器進行硬件解碼的芯片,甚至可能支持硬件編碼。如果是這樣,請期待蘋果花一些時間在舞臺上談論用iPhone 12拍攝的視頻如何比以往更小,更高質量。

更快的LPDDR5

蘋果多年來一直在其iPhone SoC中使用LPDDR4內存。它首先由從LPDDR3跳到LPDDR4在A9在2015年,然后到LPDDR4x 在2017年的A12和A13中的A11中使用的相同的RAM,只要拆解可以確定。

但是我們正處于下一代低功耗移動存儲器的風口浪尖。LPDDR5的規格已于去年完成,三星已經開始生產,SK-Hynix 也即將開始生產。高端Android手機將于今年上半年首次配備,這使得iPhone(至少是高端機型)可能會在今年年底發布。

三星現在正在為今年的手機生產LPDDR5,蘋果可能就是其中之一

有什么好處?三星目前生產的LPDDR5比iPhone 11中使用的LPDDR4x快30%,并且至少能節能30%。內存帶寬是許多任務(尤其是移動圖形性能和圖像處理)的關鍵瓶頸。

值得注意的是:三星目前僅批量生產12Gbit 的LPDDR5芯片。如果蘋果將其用作供應商,則可能意味著iPhone 12中的RAM升級到6GB,可以輕松地使用四個芯片來組成6G BYTE的內存 。

通過Snapdragon X55調制解調器提供5G支持

今年,人們普遍預計蘋果將在新款iPhone中包括5G支持。在某種程度上,要歸功于蘋果與高通之間已解決的訴訟和許可協議,所有5G版本iPhone都將配備X55調制解調器。低端型號甚至也可能具有該調制解調器,但通過軟件禁用了5G無線電。

蘋果幾乎肯定會在iPhone 12中使用高通公司的Snapdragon X55調制解調器。

至于其他無線功能,我們可以預期將繼續支持Wi-Fi 6,藍牙5,NFC和超寬帶(UWB)。

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