新一代 iPhone 苹果芯——A13 性能全面预测

鉴于苹果的守口如瓶和对硬件内部的轻描淡写，我们还要等一段时间才能搜集到关于下一代 A 系列芯片的官方信息，而且 A13 处理器很可能会在 9 月发布随着新款 iPhone 的发布一起到来。这些芯片的设计、制造和测试都需要数年时间，苹果要想突然做出根本性的改变是不大可能的，所以我们就能够比较靠谱地预测 A13，因为无论从哪个角度来看，这些都已经是板上钉钉的事了。

通过回顾过去的 A 系列芯片，并根据我们对苹果今年将采用的制造工艺的了解进行推断，我们可以对 A13 芯片有一个合理的预期。几乎可以肯定，这将是苹果为 iPhone 开发的最强 SoC，但我们具体可以期待哪些方面带来的改变呢?

升级版7nm工艺

A13 基本可以肯定由苹果和台积电继续合作，台积电作为全球市场占有最高的芯片代工厂，在制造技术方面拥有坚定的领先地位。但台积电还没有准备好向新的芯片制程节点迈出大步，直接飞跃到 5nm 制程——像去年从 10nm 制程节点跃升至 7nm 制程节点那样。5nm 制程可能会在 2020 年的 iPhone 上实现，今年的机型仍将采用 7nm 制程。

这不代表我们不能指望它在制造业方面有任何改善，相反台积电有两个改进的 7nm 制程节点可供苹果采用。

用于 A12 芯片的基本 7nm 工艺称为 N7，而其中一个改进版 7nm 工艺称为 N7+，该工艺对一些芯片层使用 EUV（极紫外）光刻技术，使芯片具有更好的密度（在相同的区域逻辑增加约 20%）和电力效率（约 10%）。

台积电还有一个名为 N7P 的「性能增强」版的 7nm 工艺，它并不使用 EUV，只是 A12 中使用的 7nm 工艺的调整和优化版本。此前的传言中，A13 被认为采用 N7P 工艺，台积电表示，在同样的性能下，它可降低 10% 的功率，提高 7% 的性能。

两相比较之下，N7+ 显然是台积电最优的制造工艺，而苹果通常会为其芯片尽可能采用最好的批量生产工艺，所以，N7+ 同样有可能成为苹果 A13 所使用的工艺。

更大的处理器

A12 将晶体管数量增加到了令人吃惊的 69 亿颗，比 A11 的 43 亿颗增加了 60%。但是它的面积大约是 83 平方毫米，比 A11（约 88 平方毫米）的小，但却用在了有史以来最大的 iPhone 上。事实上，它是 9 年来面积最小的 iPhone 处理器。过去的苹果 Soc 要大得多，不管是久远的 A5 还是不那么久远的 A10 芯片，体积都超过 120 平方毫米。

换句话说，苹果的 iPhone 芯片按照一般情况，都会比 A12 大，在生产与去年相同制造工艺的新芯片时也是如此。所以保守的估计是 A13 应该不是继续缩小，而是会比 A12 大 25% 左右（约 103 平方毫米），体积变大再加上 N7+ 流程节点密度的增加，A13 的晶体管数有望达到或接近 100 亿颗，这相当于新一代 iPad Pro 上 A12X 的晶体管数量（尺寸比 A12X 小一些）。

CPU性能

虽然 A13 的晶体管数量预计将与 A12X 几乎相同，但苹果应该不会把晶体管预算花在相同的功能上，继续去追加高功率 CPU 核心的数量。

相反，苹果很有可能会继续采用 2+4 设计，也就是两个高性能核心和四个能效核心设计。也有可能将高性能核心数量从 2 个增加到 3 个，不过这种可能性微乎其微。

苹果可能会依靠一些相对较小的架构调整，以及可能更好的峰值时钟速度来提高 CPU 性能。毕竟，A 系列芯片已经是世界上最快的了，要保住这一桂冠并不难。

近年来，苹果的单核 CPU 性能增长一直非常稳定。如果这种趋势持续下去，我们将看到 Geekbench 4 给出的 A13 单核得分在 5200 左右，这让所有安卓手机，甚至是最轻薄的笔记本电脑都黯然失色。

多核性能更难预测，由于苹果设计上的改变，使得所有的低功耗和高功耗核心可以同时工作，而不需要来回切换，因此当 A10 到 A11 的时候多核性能瞬间跃升。在苹果不增加更多核心的情况下，A13 的多核心跑分可能在 12200 到 12500 之间，如果苹果再增加第三颗高性能核心，分数能跑到 15000 - 16000 左右。

GPU性能

图形性能对苹果来说至关重要，尤其是它现在又推出了带有高端游戏的 Apple Arcade 服务。GPU 性能有两个方面值得讨论：渲染传统 3D 场景（如游戏）的能力和使用 GPU 完成复杂的非图形计算任务（如图像处理）的能力。

在过去的几代 A 系列处理器中，传统的图形性能增长速度比较平稳，没有什么太大惊喜。由于经常受到内存带宽的限制，移动 GPU 很少在一年到下一年之间有很大的飞跃。如果这一趋势继续下去，我们可以预见 A13 3DMark 跑分在 4500 左右，这对苹果来说是一个重大的进步，但没有高通最新的芯片那么令人兴奋。

不过，通过一些架构调整和更快的内存，在这个特定的测试中可以再快 20%，使得分攀升到 4800。苹果更倾向于在图形和计算方面使用自己的 Metal API 来加快芯片的速度，这一趋势将继续下去，虽然可能不会看到它从 A11 到 A12 的巨大 Metal 性能飞跃，我们仍有望看到 Geekbench 4 超过 25000 的 GPU 跑分。

对苹果来说，在设备上进行计算至关重要，GPU 计算性能是其中一个非常重要的方面，20% 的改进其实很正常。

图像处理和神经引擎

前文说过，A13 的体积预计将比 A12 大 25% 左右，同时还采用了升级版的制造工艺，可以在更小的区域里塞进更多的晶体管——大约 100 亿颗晶体管，比 A12 增加 40% 以上。

如果 CPU 和 GPU 仅能通过微小的设计调整和时钟速度改进，就能实现适度且可预测的改进，那么苹果要把多出来这么多的晶体管性能花在哪里呢?

答案是提升设备上的机器学习和图像处理的性能。去年，苹果对 A12 处理器的神经引擎的改进远远超过预期。A11 的神经引擎每秒可以执行 6 千亿次操作，而苹果公司将 A12 的速度提高了 8 倍，达到每秒 5 万亿次。我们不确定今年是否还会看到如此大的飞跃，但通过设计改进和更多的晶体管预算，苹果很可能实现 3 到 5 倍的改进，达到每秒 20 万亿次的运算力。

机器学习和人工智能如今已经成为 iPhone 体验的关键部分，从拍摄更好的照片和视频到 AR 和 Siri，它们被广泛应用于方方面面。我们有理由相信苹果会在神经引擎上倾注更多心血。

用于处理相机传感器数据的图像信号处理器（ISP）是另一个难以进行基准测试的关键组件，苹果每年都在这方面投入巨资，不断努力使 iPhone 的摄像头做到最好。它与神经引擎和 GPU 一起被用来提高照片和视频的质量，而苹果公司无疑将在今年再次提升它的性能。

A13 的 ISP 甚至有可能首批包含编码和解码新 AV1 视频编解码器，大多数网络视频（例如 YouTube 和 Netflix）可能会在未来几年过渡到这种新的视频格式。

AMX 是什么?

最近，彭博社的报道中提到了 A13 的一个新组件。其描述如下:

芯片中有一种新的组件，内部称为「AMX」或「matrix」协处理器，用于处理一些计算量较大的任务，解放主芯片的性能，可能有助于机器视觉和增强现实这两项核心功能。

对于这个神秘的协处理器，目前也说法纷纭，有的认为它其实就是 A11 和 A12 的神经引擎，只不过是相同功能的新名称，为其扩展功能打响更好的品牌。有人则认为这完全是两码事，AMX 可能是一歌新的数学协同处理单元，或者是一组 SIMD 指令集扩展，就像我们多年来在桌面处理器上看到的 SSE 和 AVX 指令一样。

还没有5G

虽然 iPhone 基带不是苹果 A 系列处理器的一部分，但值得讨论一下这个足够大的期待点。5G 已经触手可及，运营商开始推动客户购买新的 5G 手机，但 5G 还处于起步阶段，网络覆盖范围非常有限，2019 年全年的情况都是如此，而支持 5G 的基带芯片也不是很节能。

总有一天你会得到一部 5G 的 iPhone，但要到 2020 年甚至 2021 年才会有。为 iPhone 配备可靠、省电的基带芯片，再加上足够的网络覆盖率来进行正式的硬件和软件测试，这需要很长的时间。毕竟，苹果不只是向数百万的早期用户销售 iPhone，新款 iPhone 很可能在第一年销量就超过 1 亿部，这个体量决定了苹果不敢在网络芯片上冒险。

由于苹果和高通达成和解走向合作，我们预计今年的 iPhone 会只采用高通 4G LTE 基带芯片，可能是骁龙 X24。

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