台积电或将承担A17芯片缺陷成本，苹果将省下数十亿美元

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合

台积电的3nm晶圆厂制程良率在70%-80%之间，但苹果不会替这些缺陷产品买单。

据The Information报道，台积电和苹果已签署一份协议，前者将吸收生产苹果A17芯片时出现缺陷产品的成本，该协议将替苹果在iPhone、iPad、Mac芯片方面节省至少数十亿美元的成本。

另外根据协议，虽然A17芯片缺陷率偏高，但苹果仍然可以长期优先享受台积电的先进技术，而对台积电而言，苹果订单量庞大到足以抵销额外成本。

报道指出，台积电的3nm晶圆厂制程良率在70%-80%之间，这意味着采用新技术生产的芯片中有多达五分之一是有缺陷的，但苹果不会替这些缺陷产品买单。

晶圆厂使用大型硅晶圆一次制造多个芯片，然后将晶圆切成许多单独的处理器芯片，这是很正常的，尤其是在全新制造工艺的早期阶段，许多die最终都会出现缺陷，要么根本无法工作，要么不符合订购公司的规格。

通常，芯片设计者必须为每个芯片付费，无论它是否有效，这是公司会出售以较低时钟速度运行的芯片的主要原因，这样，他们就可以从有缺陷的die中收回一些钱，而不是一无所获。苹果与台积电的订单显然足够大，台积电有能力不向苹果收取有缺陷芯片的费用。

The Information 称，台积电 2022 年营收 720 亿美元中，苹果占了 23%，使苹果成为“迄今为止台积电最大的客户”。几个月来一直有报道称，苹果已在短期内购买了台积电全部3nm制造产能，台积电的3nm技术将独占苹果“大约一年”，之后才会有产能允许其它公司使用它。

自从苹果公司在 2014 年开始使用台积电生产苹果 A8 和 iPhone 6 以来，这笔交易显然已经到位。苹果一度使用多种来源来生产其处理器，在一些 iPhone 中使用三星制造的处理器，而在一些 iPhone 中使用台积电制造的芯片。但过去十年的大部分时间里，苹果公司的所有芯片都是在台积电生产的。

简而言之，苹果作为台积电最大客户，台积电正在帮助这家 iPhone 制造商在竞争中保持领先地位，同时节省数十亿美元。

至于苹果将在竞争中领先多远，The Information指出，英特尔是目前唯一一家明年有3nm芯片业务的客户。

此前有报道称，苹果已向台积电下单3nm芯片。但根据TheInformation报道，台积电之所以能够开发出更新的技术，是因为苹果愿意尽早批量订购新的芯片。

因此，苹果正在资助3nm芯片的开发。一旦缺陷改善、产能增加，台积电将能向其它没有这类私下协议交易的公司出售3nm芯片。

据统计，采用3nm制程意味着即将推出的iPhone 15可能会因为这项技术提高35%的效能。截稿前，苹果和台积电均未对此公开置评。

苹果预料将在9月13日左右发布iPhone 15和iPhone 15 Pro，其中只有后者采用最新的A17芯片。

2022年，A16 是iPhone 14 Pro 的专属，而标准版 iPhone 14 使用的是 A15。我们预计今年会重演这种模式，新的 A17 是iPhone 15 Pro 和 iPhone 15 Pro Max（或iPhone 15 Ultra）独有的，而标准的 iPhone 15 将使用A16。

这是苹果在可预见的未来的发展方向吗？对 Apple 来说，它降低了成本，并有助于在普通机型和 Pro 机型之间形成更大的差异化，这往往会促使客户购买更昂贵的 iPhone。

A14、A15 和 A16 均采用台积电的 5nm 制造工艺。诚然，这个过程随着时间的推移而发展，生产出密度更高、能效更高的芯片，但没有什么比向下一个主要工艺节点的飞跃更重要的了。这就是我们几乎肯定会通过 A17 获得的结果——第一款采用台积电 3nm 工艺制造的消费类芯片。

Apple 将享受 3nm 工艺的优势，最大的优势是密度更高——A16 大约有 160 亿个晶体管，预计A17 的晶体管数量将超过 200 亿个，可能高达约 240 亿个。

3nm 工艺提供更高的能效，具有可比速度的可比芯片，但苹果不会以可比速度制造可比芯片。最大功耗将受到电池尺寸、散热和其它因素的限制，我们不能指望仅从转向 3nm 工艺后电池寿命就会发生巨大变化。至少，不是为了在全功率下主动使用——在这种情况下，不仅芯片可能消耗几乎同样多的功率，而且显示器和收音机也会造成很大的功率消耗。

我们可能会看到的一些改进是待机模式，随着转向 3nm 工艺，待机模式可能会明显好转。

ARM在 2021 年推出了v9 架构，我们认为 A16 可能是苹果首款支持新的 v9 指令集的芯片，它支持带有大量 Apple 自己的扩展的 ARM v8.6。今年，由于晶体管预算更高，似乎有可能支持 ARM v9。

ARM v9 指令集和架构提供了哪些优势？Apple 设计了自己的 CPU 内核，v9 架构承诺的许多性能优势已经在 Apple 的设计和 ARM 扩展中实现。事实上，Snapdragon 8 Gen 1 是首批采用 ARM Cortex-X2 内核并支持 ARM v9 的高端智能手机 CPU 之一，Apple 的 A15 性能远远超过它。

很多声称 ARM v9 比 ARM v8 提供了 30% 的性能改进，但这是针对 ARM 自己的核心设计，并没有考虑自定义扩展的使用。Apple 在这方面完全不同——我们可能不会看到 A17 的 CPU 性能提高 30%。

Apple 用于 A17 的新CPU 内核几乎肯定会更快，但不一定是因为转向了 ARM v9。CPU 核心性能受指令集、分支预测、指令解码、执行单元、缓存结构和大小、时钟速度以及许多其他因素的影响。

就一般核心数量而言，Apple 似乎没有太多理由超越自 A11 仿生以来一直存在的 4 个效率核心和 2 个性能核心。我们只希望它们的性能提高 15%。

回顾一下过去几年的 CPU 性能提升，我们预期Geekbench 5 的单核分数在 2100-2200 之间，多核分数刚刚超过 6000。Geekbench 6 刚刚发布，我们没有多年的基准数据来做出准确的预测，但单核分数超过 2800，多核分数超过 7300 似乎是合理的。最近的泄密事件声称单核得分为 3019，多核得分为 7860，这并非不可能。

A17 的单核分数类似于最新的 Ryzen 高端台式机 CPU 和第 13 代酷睿 i7 英特尔处理器，但多核分数要低得多分数。A16 已经完全击败配备顶级 Snapdragon 8 Gen 2 的 Android 手机，而 A17 应该只会扩大差距。

如果说这些年来我们学到了什么，那就是Apple CPU 的性能提升有多稳定。无论哪一年架构发生重大变化或制造工艺飞跃，单核和多核性能几乎呈直线上升。预计今年会有类似的改善是非常合理的。

GPU 是 A17 可能非常有趣的一个领域。苹果一直在将每个新的 A 系列芯片的 GPU 性能平均提高20% 左右，尽管它可以在 15%-30% 之间的任何地方。没有太大变化的是 GPU 的整体功能集。它变得越来越快，并且有一些小的新功能，如可变光栅化率和 GPU 计算的 SIMD 改进，但苹果在光线追踪加速等重要功能方面落后于桌面 GPU多年。

有消息称A16 打算拥有一个主要的 GPU 架构，但它没有及时准备好，所以它得到了与 A15 相同的 GPU（但更多的内存带宽提高了性能）。

我认为 Apple 很可能已经为 A17 准备了更新的 GPU 架构。光线追踪加速等功能对 iPhone 来说可能并不重要，但这种 GPU 设计将在未来的 M 系列Mac 处理器中找到用武之地，因为缺少光线追踪加速等高级 GPU 功能使它们远远落后于最先进的技术水平。

我们还可以期待当前使用 GPU 进行计算的 3D 游戏和应用程序的性能提升。当架构发生变化时，加速往往是可变的。

保持大约 20% 的加速，Geekbench 5 GPU 计算得分超过 18,000。请记住，该基准衡量的是GPU 的计算性能，而不是其渲染 3D 图形的能力。

对于 3D 图形，20% 的加速将导致3DMark Wild Life Unlimited 测试以大约 88fps 的速度运行，而 A16 为 74fps。目前，Snapdragon8 Gen 2 在此测试（以及其它3D 图形测试）中比 A16更快，但这将使 Apple 略微领先。

相对于 CPU 的改进，GPU 的性能每年变化更大。从 A15 到 A16 的改进是微不足道的，这主要是由于时钟速度的轻微改进和内存带宽的改进。今年，如果我们同时获得新的 GPU 架构和主要的制造工艺改进，飞跃可能会大得多。