Náhled A17: Přinese první 3nm čip společnosti Apple pro iPhone 15 obrovský skok?

Apple každý rok představuje nový procesor řady A s upgrady pro iPhone na podzim. Letos nic jiného nečekáme. Přechod na novou technologii výrobního procesu – 3nm proces TSMC – dává modelu A17 příležitost stát se nejvýznamnějším skokem ve výkonu a funkcích za několik let.

Když se podíváme na uplynulou dekádu vlastních čipů řady A navržených společností Apple, spolu s tím, co víme o dostupných výrobních technologiích a směřování a cílech společnosti, můžeme dát dohromady docela dobrý vzdělaný odhad o tom, co očekávat od A17.

Pouze pro iPhone 15 Pro (nebo Ultra)

Minulý rok byl A16 exkluzivně pro iPhone 14 Pro, zatímco standardní iPhone 14 používal A15. Očekáváme zopakování tohoto vzoru letos, kdy je nový A17 exkluzivní pro iPhone 15 Pro a iPhone 15 Pro Max (nebo iPhone 15 Ultra, pokud jsou pověsti pravdivé) a standardní iPhone 15 dostane A16 používaný v iPhone. 14 modelů Pro.

Je to pro Apple cesta vpřed v dohledné budoucnosti? Vzhledem k tomu, že funkce smartphonů a kvalita dosahují něco jako náhorní plošina a telefonní čipy společnosti Apple běží kolem většiny telefonů Android, není důvod ke změně. Pro Apple to snižuje náklady a pomáhá vytvářet větší rozdíl mezi běžnými a Pro modely, což má tendenci tlačit zákazníky k dražšímu iPhone.

První 3nm čip společnosti Apple

A14, A15 a A16 byly všechny vyrobeny pomocí 5nm výrobního procesu od TSMC. Je pravda, že tento proces se postupem času vyvíjel a produkoval čipy, které jsou hustší a mají zlepšenou energetickou účinnost, ale není nic jako skok k dalšímu hlavnímu procesnímu uzlu. A to je to, co téměř jistě získáme s A17 – prvním velkým spotřebitelským čipem vyrobeným 3nm procesem TSMC.

Dlouze jsem psal o výhodě, kterou Apple bude mít s 3nm procesem, a tou největší je větší hustota – zatímco A16 měl asi 16 miliard tranzistorů, u A17 můžeme očekávat hodně přes 20 miliard, možná až asi 24 miliard. .

3nm proces nabízí vyšší energetickou účinnost se srovnatelným čipem při srovnatelné rychlosti, ale Apple nebude vyrábět srovnatelný čip se srovnatelnou rychlostí. Maximální odběr energie bude omezen velikostí baterie, tepelným rozptylem a dalšími faktory a nemyslím si, že můžeme očekávat masivní posun ve výdrži baterie od samotného přechodu na 3nm. Přinejmenším ne pro aktivní použití při plném výkonu – nejen, že čip bude v tomto scénáři pravděpodobně spotřebovávat téměř tolik energie, ale displej a rádia také tolik přispívají k odběru energie.

Tam, kde můžeme vidět určité zlepšení, je pohotovostní režim, který se může znatelně zlepšit s přechodem na 3nm proces.

Slévárna

Výkon a funkce CPU

ARM spustil svou architekturu v9 v roce 2021 a my jsme si mysleli, že A16 může být prvním čipem společnosti Apple, který podporuje novou instrukční sadu v9. Místo toho podporuje ARM v8.6 se spoustou vlastních rozšíření Apple. Letos s vyšším rozpočtem na tranzistor se zdá, že podpora ARM v9 je pravděpodobná.

Jaké výhody poskytuje instrukční sada a architektura ARM v9? Apple navrhuje svá vlastní jádra CPU a mnohé z výkonových výhod, které architektura v9 slibuje, jsou již realizovány v návrzích Apple a rozšířeních ARM. Snapdragon 8 Gen 1 byl skutečně jedním z prvních špičkových procesorů pro chytré telefony s jádrem ARM Cortex-X2 s podporou ARM v9 a Apple A15 jej výrazně překonal.

Uvidíte spoustu tvrzení, že ARM v9 nabízí 30procentní zlepšení výkonu oproti ARM v8, ale to je pro vlastní návrhy jádra ARM a nebere v úvahu použití vlastních rozšíření. Apple je zde v úplně jiné lize – o 30 procent rychlejšího výkonu procesoru se u A17 pravděpodobně nedočkáme.

Nová jádra CPU společnosti Apple pro A17 budou téměř jistě rychlejší, ale ne nezbytně kvůli přechodu na ARM v9. Výkon jádra CPU je ovlivněn sadou instrukcí, predikcí větvení, dekódováním instrukcí, prováděcími jednotkami, strukturou a velikostí mezipaměti, rychlostí hodin a mnoha dalšími faktory.

Pokud jde o obecný počet jader, nezdá se, že by měl Apple mnoho důvodů překračovat 4 efektivní jádra a 2 výkonná jádra, která jsou s námi od A11 Bionic. Jen od nich očekáváme o dobrých 15 procent vyšší výkon.

Slévárna

Jednoduše promítneme-li za posledních několik let zlepšení výkonu CPU, můžeme pravděpodobně očekávat jednojádrové skóre Geekbench 5 mezi 2 100 a 2 200 a vícejádrové skóre něco přes 6 000. Geekbench 6 byl právě vydán a nemáme roky benchmarkových dat pro vytvoření přesné projekce, ale jednojádrové skóre přes 2 800 a vícejádrové 7 300 nebo více se zdá být ospravedlnitelné. A nedávný únik který tvrdí, že jednojádrové skóre 3019 a vícejádrové skóre 7860 není mimo říši možností – zvláště když jsme viděli větší než očekávaný skok, když Apple přešel ze 7nm procesu na 5nm s A14 – ale čísla takto brzy jsou pravděpodobně zcela vymyšlená.

Slévárna

V případě, že vás zajímá, jak se to srovnává s jinými procesory, dalo by to A17 jednojádrové skóre podobné nejnovějším špičkovým stolním procesorům Ryzen a procesorům Intel Core i7 13. generace, ale mnohem nižší vícejádrové skóre (což dává smysl, protože se bavíme pouze o dvou vysoce výkonných jádrech oproti 12 a více v těchto desktopových procesorech). A16 již zdravě poráží telefony Android s Snapdragonem 8 Gen 2 nejvyšší úrovně a A17 by měl tuto mezeru pouze rozšířit.

Jestli jsme se za ta léta něco naučili, tak jen jak stabilní zlepšení výkonu se týká procesorů Apple. Jednojádrový a vícejádrový výkon stoupá téměř přímočaře, bez ohledu na to, v kterém roce došlo k velkým architektonickým změnám nebo skokům ve výrobním procesu. Je velmi rozumné očekávat podobné zlepšení letos.

Výkon a funkce GPU

GPU je jednou z oblastí, kde by A17 mohl být potenciálně velmi zajímavý. Apple zvyšuje výkon GPU v průměru přibližně o 20 procent s každým novým čipem řady A, i když to může být kdekoli od 15 procent do 30 procent. Co se příliš nezměnilo, je celková sada funkcí GPU. Je stále rychlejší a přibyly některé drobné nové funkce, jako je variabilní rychlost rasterizace a vylepšení SIMD pro výpočet GPU, ale Apple je let za desktopovými GPU v důležitých funkcích, jako je akcelerace sledování paprsků.

Útržkovité fámy říkaly, že A16 měl mít hlavní architekturu GPU, ale nebyl připraven včas, takže dostal stejný GPU jako A15 (ale větší šířka pásma paměti zlepšuje výkon). Nevím, jestli je to pravda, ale Apple neaktualizoval své tabulky sady funkcí Metal pro vývojáře, aby zahrnovaly A16, což je výmluvné.

Myslím, že je pravděpodobné, že Apple má aktualizovanou architekturu GPU připravenou pro A17. Funkce jako akcelerace ray tracing nemusí být pro iPhone kritické, ale tento design GPU si najde cestu do budoucích procesorů Mac řady M, kde je nedostatek pokročilých funkcí GPU, jako je akcelerace ray tracing, staví daleko za nejmodernější.

Zlepšený výkon můžeme očekávat také v současných 3D hrách a aplikacích, které pro výpočty využívají GPU. Když se architektura změní, zrychlení bývá proměnlivé – některé věci se zrychlí mnohem rychleji a jiné zase ne tolik.

Slévárna

Pokud zůstanete v kurzu se zhruba 20procentním zrychlením, získáte výpočetní skóre GPU Geekbench 5 přes 18 000. Pamatujte, že tento benchmark měří výpočetní výkon GPU, nikoli jeho schopnost vykreslovat 3D grafiku.

Slévárna

U 3D grafiky by zrychlení o 20 procent vedlo k tomu, že by moderní test 3DMark Wild Life Unlimited běžel rychlostí přibližně 88 snímků za sekundu oproti 74 snímkům za sekundu s A16. Aktuálně je Snapdragon 8 Gen 2 v tomto testu (a dalších testech 3D grafiky) rychlejší než A16, ale to by Apple mírně posunulo vpřed.

Vzhledem k vylepšení CPU se výkon GPU rok od roku liší. Zlepšení z A15 na A16 bylo utlumeno, hlavně kvůli mírnému vylepšení rychlosti hodin a lepší šířce pásma paměti. Pokud letos získáme jak novou architekturu GPU, tak zásadní vylepšení výrobního procesu, mohl by být skok mnohem větší.

Mediální jádro je často volně spojeno s GPU, a proto je nyní jako každý jiný čas říci, že budeme opět doufat, že hardware urychlí kódování a dekódování formátu AV1. Je to koneckonců ve většině nové generace PC GPU. Očekáváme, že Apple bude i nadále investovat do výkonu a energetické účinnosti svých kodérů pro formáty H.264, HEVC a ProRes.

Pokračující zaměření na ML a AI

Apple je velký v oblasti strojového učení a umělé inteligence. I když se nezdá, že by v generativním závodě umělé inteligence vedeném projekty jako ChatGPT, Midjourney a Stable Diffusion neprosazoval tak tvrdě jako jeho konkurenti, společnost používá AI a strojové učení v celém svém operačním systému a aplikacích již léta. Neustále jsou implementovány nové funkce, jako je možnost výběru textu na fotografiích, a Apple věnuje velkou oblast svému Neural Engine (akcelerátoru úloh strojového učení).

V A16 se zdálo, že Apple neural engine vůbec moc nezměnil. Stále má 16 jader a při 17 bilionech operací za sekundu je pouze o 8 % rychlejší než Neural Engine v A15. To je dostatečně malý skok na to, abychom předpokládali, že prostě běží na vyšší frekvenci. Upřímně, čekali jsme mnohem víc.

Vzhledem k tomu, že 3nm proces umožňuje mnohem větší rozpočet na tranzistor, Neural Engine pravděpodobně udělá významný skok. Mohlo by to být jen více jader, velké konstrukční změny ve způsobu fungování jader nebo obojí. Překvapilo by mě, kdyby to neprovádělo více než 20 bilionů operací za sekundu, i když existuje určitý argument, zda „biliony operací za sekundu“ jsou skutečně nejlepším způsobem měření výkonu.

Rychlejší LPDDR5x RAM

S A16 Apple zvýšil RAM na LPDDR5 (z LPDDR4x v A15). Konkurenční čipy nejvyšší úrovně, jako je Snapdragon 8 Gen 2, používají LPDDR5x, který poskytuje o 33 procent větší šířku pásma a nižší latenci paměti při použití stejného výkonu.

Větší šířka pásma paměti je dobrá pro všechno, zvláště když nespotřebovává více energie. Nejviditelnějším přínosem budou špičkové 3D hry, které zatěžují CPU i GPU způsoby, které posouvají limity šířky pásma paměti.

Apple není vždy nejrychlejší, aby skočil na nové standardy paměti, ale upřednostňuje šířku pásma paměti a velké mezipaměti a zdá se, že uznává výhody přesouvat věci kolem sebe rychleji než jen zpracovává se věci rychleji. Dávám tomu 50/50 pravděpodobnost, že v A17 uvidíme LPDDR5x RAM.

Stále modem Snapdragon (prozatím)

Očekává se, že Apple začne používat své vlastní 5G modemy od příštího roku, pravděpodobně s iPhone SE na jaře a pokud to půjde dobře, později v řadě iPhone 16 na podzim.

Snapdragon X70 je pravděpodobně modem, který Apple použije pro řadu iPhone 15 (alespoň modely Pro). Většina špičkových funkcí X70 zní v podstatě stejně jako X65, který najdete v iPhone 14 Pro, ale má malý integrovaný AI procesor, který neustále monitoruje a optimalizuje stavy připojení, což má vést k stabilnějšímu a optimálnějšímu spojení. Že to má zlepšit rychlost v reálném světě a prodloužit výdrž baterie.