在如今的移动处理器领域,苹果无疑是性能项目的头号玩家。
在iPhone 13发布会上,苹果负责产品营销的副总裁KAIann Drance直言,友商还在为追赶苹果两年前的芯片而苦苦挣扎。
从基准成绩和实际体验来看,这是不争的事实。
苹果为什么能做到这一点?今天我们就来说说苹果芯片变强的关键因素。
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唯一的一个大储藏库经常折腾电脑的朋友应该听说过一个概念:处理器缓存越大,性能越好。
这句话不准确,但也说对了一半。
更准确的说法是,在处理器结构和技术相似的情况下,缓存越大,性能越好。
处理器缓存原则上是CPU和内存之间的临时数据交换器,一般集成在处理器中,以解决CPU的处理速度和内存的读写速度之间的矛盾。
现代计算机处理器通常具有L1、L2和L3高速缓存。
离CPU最近的L1缓存速度最快,容量最小,而L3缓存比较慢(相对来说一点也不慢),容量最大。
这里的速度是相对的,无论哪一级缓存,速度都比内存和硬盘快。
内存、多级缓存和CPU之间的关系
苹果自研处理器一直偏爱大缓存设计。
从2013年iPhone 5S上的A7处理器开始,苹果率先在智能手机上使用L3缓存,模仿桌面处理器,1 MB L2缓存,4 MB L3缓存。
A8缓存规格相同。从那以后,苹果为A9和A10处理器使用了3 MB L2高速缓存和4 MB三级高速缓存。
安卓手机呢?直到ARM Cortex-A75一代才在其公共架构中加入L3缓存,最大4MB。那是2017年的夏天。
第一个采用Cortex-A75内核的高通处理器平台是骁龙845,直到今年冬天才问世。
它有2MB L3缓存(未满),搭载该芯片的手机上市要2018年。
另一方面,苹果2017年的A11芯片取消了L3缓存,但将L2缓存提高到8MB,比骁龙845的三个级别加起来还多。
2019年,苹果A13与iPhone 11系列一同亮相。在保持8MB L2缓存规格的同
首次引入系统级缓存作为处理器的末级缓存,容量为16MB,可作为片上所有IP的共享缓存。
其原理类似于AMD显卡的Infinity Cache。在Android平台上,高通继苹果之后发布了骁龙865,也引入了系统级缓存设计。
然而,高通这次仍然不够大胆。骁龙865的系统级缓存只有3MB,和A13的16MB相差甚远。
另外,骁龙865的L1、L2和L3缓存加起来只有6.8MB,还没有A13的L2缓存大。
iPhone 13代,满血A15的缓存容量接近桌面处理器水平,性能核心的L2缓存增至12MB
与M1持平,而骁龙888的L2 L3缓存只有6.5MB总共。
系统级缓存提升到32MB,骁龙888只有3MB,华为麒麟9000堆到8MB,还是远远落后A15。
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没有他,舍得花钱大缓存对性能提升如此直接,为什么苹果以外的厂商不喜欢用?
这是因为苹果的芯片比其他厂商的“更大”。
一个是物理量大,也就是芯片面积大;二是价格大,即成本较高。
两者是相辅相成的。正所谓芯片空间宝贵,芯片空间越大,成本越高。
苹果M1超与AMD台式机处理器
根据Linley Group 2016年的一份报告,苹果A10芯片的性能核心面积约为竞争对手高端移动CPU的两倍
其能效核心也是如此,是同期竞争对手处理器能效核心Cortex-A53的近两倍。
回到我们之前说的缓存配置,苹果在A13中加入系统级缓存后,芯片上的SRAM面积直接翻倍。
苹果处理器缓存的价格越高,不仅直接增加了材料成本,而且对公版处理器的架构做了大量改动,对工艺流程和设计能力的要求越来越高,进一步增加了芯片成本。
苹果能做到这一点,是因为它卖的是成品手机,而不是芯片。
苹果做的芯片只是给自己的产品用的,没有卖给其他厂商,不需要考虑太多成本因素。
安卓手机的两大SoC供应商是高通和三星。
为了销售芯片,高通和三星不可避免地要与手机制造商讨价还价,所以他们不得不考虑芯片的成本。
这可以说是苹果独有的优势。
根据Counterpoint的数据,苹果iPhone以不到20%的智能手机出货量控制了全球约70%的利润,有时甚至能达到80%以上。
有了这么高的利润,苹果可以大力投资芯片研发;
d和制造业。苹果手机收入和利润比友商高一元。
苹果手机真的很赚钱。多花钱买芯片有什么意义?
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领先的苹果从2010年的A4到2021年的A15,再到今年的M1 Ultra,苹果自研芯片的历史只有12年,对于芯片制造业来说并不算长。
苹果对手的资历比这个长得多。
华为旗下海思成立于2004年,发布了第一代自研芯片K3V12008年;
高通2005年宣布进入手机处理器领域,2006年首次推出功能处理器平台
三星在2002年为Danger Hiptop打造了智能手机处理器S3C44B0X,并从20世纪90年代开始参与ARM媒体播放器芯片的研发。
以PC为主的英特尔、AMD、英伟达、IBM,退出处理器市场的摩托罗拉,都是几十年来身经百战的代表。
与其他竞争对手不同,苹果在过去的12年里取得了几大进步。
在首款自研处理器芯片推出之前,苹果进行了一系列重磅收购
最著名的两次是2008年收购PA Semi和2010年收购Intrinsity
苹果造芯梦之队的团队就来自于此。两家公司做芯片的历史可以追溯到上世纪八九十年代,都是芯片界的老资格。
走上自研芯片之路后,苹果一直没有停止探索。
早在2013年,在A7处理器上,苹果就使用了64位处理器架构。
高通对此不以为然,一名高管甚至声称64位A7处理器只是一个噱头
。几个月后,高通后知后觉地启动了64位处理器,这慢了一步。
从进入64位处理器开始,苹果就独占鳌头,一直保持到现在。
值得一提的是,ARM在2016年推出了一项计划,让芯片合作伙伴更早接触到其最新的CPU设计,从设计到校准。从苹果自研处理器的步伐来看,或许苹果早就在这么做了。
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性能很重要,但不是全部当我们谈到智能手机的性能时,必然会触及“性能过剩”理论,即如今的智能手机性能已经足够,再强也是过剩。
其实不管是智能手机还是电脑,硬件性能都不会足够,至少在可预见的时间内是如此。
在计算机领域有一个著名的安迪-比尔定律。
"安迪给多少,比尔就拿多少。"
大意是新硬件带来的性能提升会被新软件消耗掉。
另一方面,开发者的软件更新是针对新硬件的性能,也会消耗更多的硬件性能。
买手机或者电脑的时候,设备的硬件性能越强,当然会越耐用越好。
从另一个角度来看,“性能过剩论”的出现也告诉我们,在硬件性能能够满足日常使用后.
人们开始关注传统CPU、GPU性能之外的多维度体验,比如AI性能、图形处理性能、网速等。与图像读取能力、相机性能等体验密切相关。
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