A15勇夺第一，却掩盖不了苹果 iPhone 的心病

作者 | 包永刚

编辑 | 李帅飞

iPhone 13如期而至，新功能没成焦点，就连苹果引以为傲的A15 Bionic处理器，性能超越竞争对手50%，外界对此的态度也比较平淡，倒是iPhone13的新配色和降价吸引了不少关注。这对于一家因创新而被许多人喜欢的公司而言，确实不是好消息。

这不禁让人疑问，为什么苹果口中“最快的智能手机芯片”A15 Bionic一反常态不再和 “前辈”A14较劲？苹果A15性能真的超越高通旗舰骁龙888多达50%？iPhone功能创新的基石——A系列处理器未来还值得期待吗？

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苹果罕见给出50%的性能领先数据

iPhone13的发布会上，苹果自信的表示，“事实上，业内还在苦苦追赶我们的芯片性能。不是说去年的芯片，甚至是我们两年前的芯片。”但实际上，苹果的这份自信在很大程度上归功于其合作伙伴台积电。

A15芯片采用的是台积电5nm工艺，共集成了150亿个晶体管，CPU采用6核设计（2个性能核心+4个效率核心），GPU有4核（iPhone13/iPhone13mini）和5核（iPhone13 Pro/Pro Max）两个版本，集成全新的ISP，视频编码和解码器，系统缓存翻了一倍。

苹果介绍，相比竞争对手，A15的CPU性能比竞争对手高50%，4核GPU的A15比竞争对手性能高30%，5核GPU的A15性能比竞争对高50%。另外，NPU性能达到15.8TOPS，相比A14的11 TOPS提升43.6%。

苹果并没有具体说明A15使用的是哪一个版本的5nm工艺，不过考虑到台积电产品的演进，苹果可能使用的是N5P的节点。根据台积电的承诺，使用N5P工艺的处理器频率提高至多 5%，或将功耗降低至多10%，密度提高1.8倍。

得益于台积电的新工艺，A15的晶体管数量达到了150亿个，比A14的118亿个增加了27%。这也是关于A14和A15对比目前能得到的少有的明确信息。

苹果这样的做法让人有些意外。以往，苹果在发布新一代产品时会直接给出相比上一代处理器的的性能提升，在少数情况下也会给出与竞争对手的对比情况。

这一次苹果不仅没有给出A15相比上一代的性能提升，对比的竞争对手也没有明确，这应该是一个综合考虑的折中选择。

“在电池和系统功耗没有大的突破之前，手机上再出现类似于iPhone前几代的突破性创新已经很难。苹果不能透露未发布的新产品布局时，能给资本市场最好的交代就是芯片，这可能是苹果这一次只给出对比竞争对手性能差距的一个原因。”芯片行业资深人士J叔说。

“工艺制程决定了CPU的性能上限。”两位业内专家都对雷锋网表示，“如果没有制程的大幅提升，芯片性能的差别只会限制在一个数量级内。”

也就是说，苹果需要告诉外界其领导力，芯片性能的领先性是一个重要信息，但A15的CPU提升并不够亮眼，仅公布一个和竞争对手的性能差距可以两者兼顾。

J叔分析，“目前的手机芯片市场，华为麒麟很少出现在公开市场，联发科仍然处于以性价比为主打的追赶的状态，能和苹果对比的只有高通，这实际上也是Android阵营和iOS较量的一个主战场。”

外媒anandtech也认为苹果口中A15的竞争对手正是高通，并且对比的是高通2020年的旗舰产品骁龙888。查看SPECint2017 基准测试结果，A14 的性能比骁龙888高41%，换言之，如果A15将差距扩大到50%，就意味着A15只需要比A14 提升6%即可，这确实不是一个值得单独公布的升级。

iPhone13发布后，GeekBench数据库中出现了A15的基准测试数据，显示A15的单核性能提升了8%，多核性能提升11%左右。

相比CPU的提升有限，GPU倒是提升明显，测试软件Geekbench在iPhone13发布后出现了GPU的跑分成绩，相比A14提升了55%。

至此我们就更容易理解，即便GPU性能有大幅提升，但CPU性能几乎原地踏步，苹果公司没有理由在发布会上宣传A15相比A14的提升。对外宣称苹果A15也比骁龙888性能高50%不失为一个很好的宣传口号。

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苹果A15比骁龙888强在哪？

“苹果用今年的产品对比高通去年的产品，这种对比本身就不具有较高的参考价值。”J叔指出。至于CPU和GPU最高能达到50%的性能优势，其实工艺的重要性更高。三位芯片专家都说：“同样是Arm架构CPU，苹果的理解会比高通更胜一筹，实际上CPU和的性能与设计的关系不大，关键还是看工艺。”

“A15的GPU性能有最高50%的优势，同样也不能体现出苹果在芯片设计方面的能力更胜一筹。高通如果堆GPU的核数，性能也可以和苹果一样。真实的实力在同一个数量级上不相上下。”J叔进一步指出。

拥有十多年芯片IP和EDA经验的资深人士认为，“这也是即便苹果宣称有50%的性能优势，市场几乎无动于衷的重要原因。”

因此，单纯从芯片设计和性能层面看，苹果50%的性能优势并不令人眼前一亮。而苹果真正胜出的原因在于iOS软硬件协同和Android+高通分离式的差别，苹果真正的优势在于其对系统以及生态的把控力，这是高通难以在庞大的Android阵营中企及的。此次A15有两种不同GPU核心数就是一个很好的例子。

A15的GPU有4核和5核两个版本，同一个型号的产品采用不同的GPU核心数设计，这并不常见，但苹果却可以因产品而异。今年的iPhone13 Pro/Pro Max上的一个重要功能是电影效果模式，这一模式可以自动或手动改变视频的焦点，通过虚实变化引导观众视觉，就像电影拍摄中同景内的焦点切换，目前业内仅有苹果可以实现这样的功能。

“使用电影效果模式意味着手机需要采集大量的视觉信息并进行各种高计算量的处理，还要同步实时进行渲染，这就对GPU有非常高的要求。”J叔说，“类似这样的应用场景，都是A15需要堆5个GPU核的重要原因。”

但4核GPU的iPhone13也支持这个功能。这也不难理解，Pro系列手机有三个摄像头，且屏幕的性能更高，支持ProMotion 自适应刷新率，相比只有两个摄像头且不支持自适应刷新率的iPhone13，使用更少的GPU核心也合理。另外，产品层面，Pro用户使用这一功能的概率更高，因此在性能上也需要做冗余。

并且，这对于苹果而言并不会带来设计上的挑战。“一个晶圆上的芯片按照良率可以分为几个档次，芯片厂商可以根据不同良率下的性能不同推出不同级别的产品。”J叔认为，“苹果可以按照5核设计A15的GPU，制造出来后，选出良率只有4核的部分作为4核版A15，或者可以把5核都正常的GPU通过软件关掉一个GPU核，成本不变。”

除了GPU，AI性能也能体现出苹果在设计芯片时的优势。iPhone上的电影效果模式以及图片上的文字识别等功能除了需要CPU、GPU，AI也非常关键。单纯从性能数字来看，骁龙888的AI性能是32TOPS，最新的A15仅为15.8TOPS，骁龙888的AI性能是A15的近两倍。

此前一位AI ISP专家对雷锋网表示，“没有人能用上骁龙888上32TOPS的AI性能，虽然骁龙888具有这样的能力，但如果真跑到最高AI性能，功耗就成了大问题。”

“高通需要同时兼顾小米、OPPO、VIVO等手机厂商AI算法的需求，在性能、成本和功耗间做取舍时更难。”J叔说，“苹果可以把AI性能发挥到极致，高通不得不做冗余。”

这背后的关键原因还是对生态的把控力，这才是苹果和高通处理器性能一步步体现出明显差异的核心原因，而造成今天这样局面的原因还是摩尔定律放缓。

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苹果处理器的未来在哪？

芯片IP及EDA的资深人士说：“半导体制程的提升已经逼近极限，手机处理器的性能已经过剩，在工艺很难提升时，也意味着单纯比拼硬件的时代已经过去，这时所有的性能都是成本，如何将功耗降下来成为关键。”

这几乎是业界的共识，另一位芯片行业专家也说，“受限于工艺升级的变缓，A系列芯片整体的重点在于提升能效。”

提高手机处理器的能效，系统公司拥有单纯手机芯片设计公司无法超于的优势。手机SoC是一个典型的异构系统，有CPU、GPU、NPU等。

“不是高通对异构系统的理解不够深。异构系统需要在芯片内部做很好的整合，更关键的是，整个硬件系统能够在编译层面进行实时动态优化，这涉及任务分配机制，这也是异构计算的难题。高通需要去做妥协，而苹果只需要针对自己的系统做优化。”J叔指出。

芯片IP及EDA的资深人士也表示，“有些软件功能可以抽象出来的做到硬件里提高性能，有些硬件功能需要可编程性，可以用软件实现，也就是软件硬化，硬件软化。像苹果这样的系统公司可以做到，但对高通就非常难。”

需要指出，系统缓存大小也是系统优化中的关键。芯片IP及EDA的资深人士说：“现在的性能过剩指的是计算性能过剩，增加缓存可以优化带宽。苹果在M1芯片中已经尝到了甜头。”

J说进一步表示，“在异构系统里，高性能的CPU、GPU和AI核的算力并非都能发挥出来，不同核心之间的通讯、协同，乃至缓存的大小与架构以及不同的调度策略都决定了处理器的性能发挥。”

NPU是手机处理器中的另一个关键。“NPU实现系统差异化的成本相对较低，并且，在终端拥有更好的AI性能后，可以把部分需要传输到云端的任务放在终端处理，满足更多视频、XR等应用的需求。”两位行业专家持相同的观点，“当然，还是要平衡功耗的关系，所以现在NPU都在追求能效 Tops/W。”

也就是说，未来需要更加关注手机处理器的能效，同时，手机性能的提升功能创新，将更加依赖系统级的优化，这时候苹果相比高通拥有明显优势。但应该明白的是，高通和苹果本质上并不是竞争对手。

“高通盈利的本质来源于其在通讯领域的专利，而苹果的盈利主要靠其强大的产品能力和品牌影响力。不管苹果有多厉害，我认为对高通的威胁都没那么大，因为并没有影响到高通的核心收入来源。”J叔说。

芯片IP及EDA的资深人士认为有可能，基带芯片要慢慢做和改进。但J叔认为即便苹果在5G时代研发出了基带，也绕不开高通在通信领域的专利，因此至少在5G时代这对于苹果意义不大，研发6G或者卫星通信的芯片对苹果更有价值。

本文由雷锋网原创，作者：包永刚。