苹果A16处理器:多角度解析苹果A16处理器挤牙膏原因

2022-09-10 745 0

先说观点:A16的挤牙膏的本质原因是先进制程日益增加的研发成本导致的制程进步放缓以及架构日益完善带来的瓶颈。

先说cpu。

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首先,想要提升soc的性能可以分两个方面,

一是提升同频性能(即ipc),通常只能通过升级soc的微架构来提升,也可以分为两个方向:

1:在晶体管数量不变的情况下,通过改进微架构来提升pc,(最难)

2:通过增加晶体管的数量来增加微架构的规模,进而提升ipc。(例如a15?)

二是提升频率,也分为两个方向

3:通过更先进的制程,吃先进工艺性能提升的红利,来提升同功耗下的频率,(例如nvdia的pascal)。

4:通过改进微架构来提升架构跑高频的能力(amd rdna2)

对于a16来说。

1:几乎不可能。

首先因为现代cpu的架构已经日益完善,本身能改进的空间就很小。所以这个方面的提升幅度主要取决于前代架构的完善程度(前一代越垃圾,提升就越容易[受虐滑稽][受虐滑稽] 例如英特尔的sunny core相对于sky lake)。

但a16的前代a15的架构设计本身就已经很优秀了,事实上,不同于arm,apple这两年的架构设计一直都很稳定,即使以apple的技术实力也很难在这么高起点的情况下继续提升性能。

另外还有一个不确切的猜想,那就是库克降低成本的战略已经严重影响到了soc的开发。不知道有没有人记得前段时间苹果首席架构师离职,以及大批设计人员出走创建了nuvia并被高通收购的新闻。这个主架构师好像正是a14的主要负责人员。令人惊奇的是,就是从a14开始,a系列的大核的微架构几乎没变,这里固然有缺乏工艺密度红利的因素,但也能从侧面反映出以上结论。

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2:有,但是极其有限。众所周知,a16原定的台积电n3遇到了技术困难,没有办法在2022第一季度量产。苹果只能退而求其次地选择了n4打造a16。但是n4相对于n5p只有大约6%密度提升,(如图三a15有大约150亿晶体管,a16不到160亿,计算可知,a16的晶体管数量增大幅度正好等于n4的密度提升),这说明苹果并没有像从a14-a15一样通过堆更多的料来提升规模。(先进制程只会越来越贵,且芯片面积和成本也是成指数关系。)

而且更致命的是,根据ppt(如图四),这增加的10亿晶体管中的大部分可能都用到新的isp(图像信号处理器)、npu(神经网络引擎)和lpddr5内存控制器上了,能留给cpu少之又少。所以可以推断,a16无论是大核心还是小核心架构可能完全没有变化。

(就连挤牙膏的a15的大核都加了2mb l2,严格来说也算架构改进。)

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3:这个方面甚至可能倒退,不过存疑。首先根据台积电ppt(图三),n4在同功耗下比n5高5%的性能,然而n5p则是7%。这说明n4在同功耗下的性能还不如n5p,(台积电带p的工艺一般来说有高频优化)。

更严重的是,a16的大核频率已经超频到了3.46g,根据半导体的性质,功耗和频率并不是线性关系,在高频下,功耗会随着频率的上升成指数增加。

结合以上两点,a16的大核功耗可能上涨非常多,我严重怀疑苹果发布会上吹的20%功耗降低是注了水的。除非苹果用的是n4p而不是n4(但是几率很小,各方消息都证明n4p延期了,微博上有个tamc的工程师说n4p要明年,和n3同期。果子在发布会上也没有像n5p那样形容为第二代工艺)。

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4:不知道,有可能,不然那个ppt就太假了。但是据说a系列因为宽架构的设计不适合跑高频。

再说gpu:全靠超频和内存带宽提升。

距高通吧吧友查询文档可知,a16 gpu架构也没变

可能性能提升全靠超频和lpddr5带来的50%带宽提升了,gpu性能估计不如8550了(8550加了百分之50的规模和lpddr5x)

总结:a16的n4重置版,这可能也是标准版和plus还用a15的原因。建议等n3节点的a17,极有可能会换大小核微架构架构。

最后,展望一下未来。

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关于苹果以后的芯片发展,随着半导体工艺发展的放缓,以后的a系列会越来越牙膏,a14,a15,a16已经在n5这一个大工艺节点停留了3年了,(n5p,n4都属于n5这个大节点,a12的n7 a13的n7p都是属于n7节点,)。

即使不出意外,a17,a18和a19都只能用n3节点,到a20才能用上gaa的n2。

(而且台积电大节点的提升也越来越小,n3作为台积电的末代finfet,过高的密度已经使它延期了一次,并且性能甚至可能和n4p相似,对比初代n5只有百分之10-15%的性能提升,可能远远达不到n10-n7的标准。)

所以,在可以预见的未来内,几乎不可能有像a10到a11那样的性能飞跃,也许连从a13到a14这样的改进也很难有了,请诸位放心的买13promax吧。

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