苹果的 A16 芯片猜想：实际速度会快多少？

每年，我们都会查看Apple 的 A 系列芯片（在 iPhone 中首次亮相并经常用于 iPad）的发展轨迹，以了解下一代芯片的性能。通过结合我们对最先进的芯片制造和封装工艺的了解以及 Apple 过去的改进，我们通常可以收集下一代片上系统 (SoC) 的内容。

今年，当我们展望 A16 时，做出这个决定比以往任何时候都难。因为最新的谣言表明，A16 不会前进到一个主要的新制造工艺节点，而且它只会出现在iPhone 14 Pro和 Pro Max 中——普通的 iPhone 14 型号将继续使用 iPhone 13 pro中相同的增强型 A15芯片。更重要的是，我们必须考虑苹果使用这些设计的方式。之前的 A 系列芯片可能会为 iPad Pro 提供更大的“X”版本，但现在 Apple 将设计扩展到适用于 Mac 的全系列M 系列芯片，包括非常强大的计算机，如Mac Studio，一些这些额外的核心可能会进入 iPhone 处理器。

因此，让我们潜入并尝试预测 A16，也许比平时稍微大一点。我们在这里做出了最有根据的猜测，但与往年相比，其中的变数更多，当苹果推出新的 iPhone 芯片时，我们经常对至少一些细节感到惊讶。

一般来说，最新的 A 系列 SoC 在秋季为整个新 iPhone 产品线提供动力。有时 Pro 型号的 RAM 会多一点，但总的来说它是同一个芯片。通过 iPhone 13 系列，Apple 稍微改变了这一点。iPhone 13 Pro 和 Pro Max 拥有更多 RAM（6GB，而 iPhone 13 和 13 mini 为 4GB），但它也有五个GPU 核心，而非 Pro 型号有四个. 几乎可以肯定，这是相同的芯片设计，其中一个内核被禁用，这是一种通过先进芯片制造提高良率的常用策略，但这是 Apple 第一次在 iPhone 型号中实现这种差异化。（也许令人困惑的是，这两个版本的芯片仍然被称为“A15”，你需要深入研究技术规格才能看到区别。）

对于 A16，大多数提示者都建议 Apple 计划仅将新芯片放在 iPhone 14 Pro 和 Pro Max 中。据称，非pro版本的iPhone 14 机型将继续使用A15芯片，尽管 iPhone 13 Pro 机型中使用的是 6GB 5 核版本。目前尚不清楚苹果是否会从本质上将该芯片重命名为“A16”，但这确实意味着对非 Pro 型号进行小而可观的升级，即使他们没有获得新的 SoC。

这一点尤其重要，因为它可以帮助表明 A16 的设计重点可能是什么。如果它只出现在价格相当昂贵的 iPhone 上（并且有传言称起价可能会上涨 100 美元），它或许可以承受更大、更昂贵的价格，但重点不同。除了常亮显示屏等其他功能外，据说 iPhone 14 Pro 机型还引入了新的 48MP 后置广角摄像头。这可能需要更多的图像处理和机器学习能力。

最可信的传言称 A16 将采用 5nm 制造工艺制造，就像 A15 和 A14 一样。Apple 连续三年在同一个流程节点上运行的情况并不常见。有传言称它将采用 4nm 工艺制造，但台积电实际上并没有，他们拥有的是N4P，这是其第三代5nm高性能制造工艺的代号。较之原来的 5nm “N5” 制造工艺，N4P 提供了 11% 的性能提升、22% 的电源效率提升以及 6% 的密度提升。

A14采用的是N5工艺，A15采用的是第二代N5P工艺，做了一些小改进。换句话说，苹果不会从第三代 5nm 制造工艺中获得大量的性能或能效。这肯定不是我们对台积电 3nm 工艺所期望的飞跃，该工艺本应在今年准备就绪，但可能无法赶上苹果为今年秋天推出的 iPhone 14 Pro 的进程。当我们使用 3nm 时，Apple 将能够在相同空间内多压缩 70% 的晶体管，从而节省大量电能。

尽管这种第三代 5nm 工艺并不比苹果去年使用的第二代工艺好很多，但我们认为 A16 必须变得更大。我们可能正在研究 180 亿到 200 亿个晶体管，高于 A15 中的 150 亿个。其中大部分可能会用于机器学习的神经引擎、图像信号处理器和视频编码器和解码器，以及对 CPU 性能的一些总体改进。

苹果在 iPhone 的当前核心配置之外进行扩展并没有什么意义。两个高性能核心和四个高效核心对于一个几乎总是一次运行一个应用程序的平台来说绰绰有余。虽然还有一些来自其他应用程序的轻量级后台进程等。但至少就目前而言还是足够的。

苹果可能对提高能效和让 CPU 内核运行得更快更感兴趣。尤其是高性能内核可能是一个重点领域，因为当 CPU 内核设计最终采用 M 系列芯片时，该公司依赖这些内核来真正推动家庭 Mac 性能。M3 系列可能具有与 A16 相同的 CPU 内核设计，只是扩展到更高的内核数，并且可能具有更大的缓存。

Twitter上未经测试的消息来源最近报道称，A16 的测试速度比 A15 快 42%。这几乎可以肯定是一个不合理的期望。我认为苹果今年将转向 LPDDR5，这应该会提高内存带宽，以及其他一些改进，再加上更高的峰值时钟速度，可能会使苹果的性能提升高达 15%。

有一个例外值得一提。去年 ARM 最终确定 ARMv9 指令集时，有人猜测 Apple 是否会率先将其整合到设计中。我认为它没有及时完成，但苹果喜欢在这里走在最前沿。ARMv9 指令集已经可用于 ARM 许可的多个内核设计（Cortex-A710、Coretex-A510）。这些将用于高通骁龙 7 Gen 1等芯片，该芯片将于今年晚些时候出现在 Android 手机中。

Apple 没有从 ARM 授权核心设计；它自己的设计与 ARM 指令集兼容。A15 支持 ARMv8.5-A 指令集，迁移到 ARMv9 可能会对某些非常具体的性能领域产生积极影响。特别是，wide SIMD vertex操作（通常更多是高端桌面的东西）应该更快、更灵活。

ARM 在宣传 ARMv9 指令的同时也谈到了 30% 的性能提升，但该公司专门谈论的是其自己的授权 CPU 内核设计。指令集不一定有任何东西可以提高这样的性能，Apple 已经使用自己的设计以及自己的定制和扩展。

长话短说，A16 可能是 Apple 的第一个 ARMv9 兼容设计，也是市场上最早的设计之一，这可能会使某些非常特殊的 CPU 运行速度更快，但整体性能不太可能飙升.

尽管 iPhone 通常在该领域领先于其他高端智能手机，但 Apple 继续在 GPU 性能上进行大量投资。现在该公司将其芯片设计扩展到笔记本电脑和台式机，强大的集成显卡取代了独立的 AMD GPU，它变得更加重要。

如果没有从转移到下一个主要工艺技术节点的晶体管密度大幅提升，Apple 可能无法大幅增加 GPU 内核的数量。我们认为 A16 将有五个 GPU 内核（如 A15 的完整配置）或六个，但可能不会更多。尽管如此，架构改进和转向 LPDDR5 RAM 以增加内存带宽将有助于提高图形性能。

我们认为，预计 GPU 性能将提高 25% 到 30% 是合理的，这与最近几款 A 系列处理器大致一致。您会在当前受内存带宽限制的基准测试和测试中看到这一点。

Apple 可能必须在未来的 GPU 中加入硬件来加速光线追踪。它正在迅速成为笔记本电脑和台式机的标准配置，M 系列芯片的架构源自 Apple 的 A 系列。（或者更准确地说，它们都被设计成一个共享主要架构元素的产品系列。）即使是高通和 ARM 的主要移动芯片设计，它们的路线图上也有光线追踪。

但是，我不希望今年会发生这种情况。高性能光线追踪加速增加了晶体管数量，如果晶体管密度没有大幅增加，Apple 可能会得出结论，芯片尺寸的任何增加都将更好地用于其他地方。当苹果转向台积电的 3nm 工艺时，光线追踪图形硬件可能会摆在桌面上。

关于 iPhone 14 Pro 最持久的谣言之一是它将配备一个新的 48MP 宽后置摄像头。在光线不足的情况下，它会“合并”相邻像素的光线值以产生 12MP 像素，但在光线较亮的情况下，您可以获得分辨率是当今 iPhone 的四倍的图像。这也为 8K 视频、令人印象深刻的数码变焦功能等打开了大门。

但它需要手机处理器提供更多地支持，因为您不能只装上一个 48MP 传感器然后收工。您必须拥有到图像信号处理器的更宽、更快的数据路径。该图像处理器必须能够处理四倍的像素（或者需要四倍的时间来处理图像，这不太可能考虑到苹果对相机响应能力的优先考虑）。现代智能手机通过多次曝光并在多个步骤中将它们处理成单个图像，并在此过程中利用各种照片科学和机器学习算法来生成单个图像。其中一些步骤可以在较低的分辨率下处理，但有些步骤需要在完整的 48MP 图像上完成才能获得高质量的结果。

换句话说，这款新相机可能需要更强大的图像信号处理器和神经引擎（人工智能和机器学习任务的专用硬件）。我确信 Apple 很乐意改进 iPhone 13 Pro 引入的电影模式。例如，它目前仅限于 1080p，但提升到 4K 需要更多的图像处理能力。更自然的人工散景或多个主题的跟踪也是如此。Apple 认真加强图像处理器和神经引擎的所有充分理由。

当然，视频编码和解码也是一个优先事项。Apple 最新的视频处理器可以处理 HEVC 和 ProRes，但不能处理更新的 AV1 编解码器。我一直怀疑 Apple 会率先真正普及该编解码器，就像它对 HEIC 图像和 HEVC 视频所做的那样。它将以更小的文件大小和带宽要求提供同等的视频质量。iPhone 14 Pro 会成为第一款在硬件和软件上都提供原生默认 AV1 视频支持的手机吗？

去年，我认为苹果会放弃 LPDDR4x 内存，转而使用 LPDDR5。它没有。但是 MacBook Pro 中的 M1 Pro 和 M1 Max 以及 Mac Studio 中的 M1 Ultra 以及 MacBook Air 中的新 M2 也是如此。今年是 LPDDR5 终于登陆 iPhone 的一年吗？是的！也许！郭明錤等供应链分析师表示，苹果已经为 iPhone 14 Pro 机型订购了 LPDDR5，现在似乎是时候了。高级 Android 手机已经使用了一段时间，Apple 最新的 M 系列芯片也使用了它。

从 LPDDR4x 到 LPDDR5 的转变将使内存带宽提高多达 50%，并且应该对能源效率产生积极影响。这本身并不能使任何一项任务更快，它只是为高带宽操作（如 3D 图形和图像/视频处理）提供更多喘息空间。

蜂窝调制解调器并不是 A16 芯片的真正组成部分，但它是整个平台紧密集成的一部分，对 iPhone 至关重要，因此值得一提。多年来，Apple 一直在努力开发自己的 5G 调制解调器，但最新传闻显示它尚未准备好部署。

我们预计 iPhone 14 Pro（可能还有普通的 iPhone 14）将采用 Snapdragon X65 调制解调器。高通公司表示，主要改进是更好的电源效率和可靠性。它具有更高的理论最大速度（10Gbps），但您不太可能从任何现实世界的 5G 网络中看到这一点。相反，据说调制解调器更擅长可靠地锁定信号，这应该让您的手机在不太理想的情况下获得更好的实际吞吐量并使用更少的电池。

关于我们何时可以在我们的 iPhone 和 iPad 中使用 Apple 制造的蜂窝调制解调器的传言好坏参半。有人说最早是 2023 年，而另一些人则怀疑该项目遇到了重大挫折，而我们还有几年的时间。不管答案是什么，这几乎肯定不是苹果的一年。

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