苹果A16芯片也开始“挤牙膏”了？-icspec

苹果A16芯片也开始“挤牙膏”了？

来源:电子工程专辑发布时间:2022-09-08

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作者：黄烨锋

EET电子工程专辑原创

今年苹果iPhone 14系列新品发布会，谈到A16芯片的部分真算是少得可怜;连往常都要出面谈两句Apple Silicon架构的Johny Srouji都没出现，这A16就给一笔带过了，实在是手机AP SoC爱好者的不幸。

苹果在发布会上说，A16 Bionic着力于3个部分，分别是能效(power efficiency)、显示(display)和摄像头(camera)。抛开后两个不谈，只说能效而不说性能，或许说明了A16单纯在性能上的提升并不大 - 我们此前说A15(以及相同CPU微架构的M2)的CPU性能提升就不算特别大。这是否表明了苹果这两年在芯片设计上遇到了瓶颈?当然了，能效上的打磨价值也非常大，这也一直是苹果的优势。

其实基于A16堆了160亿个晶体管——A15实则也有150亿晶体管，以及这颗新的SoC芯片在显示引擎和ISP上下了点工夫，那么堆料上能够分派给CPU、GPU的余地也就不大了。所以性能提升真的不做好。不过A16用上了台积电的4nm工艺，比5nm先进不是?前不久我们还撰文谈过今年更早的那批所谓的4nm芯片大概率都是假4nm，而A16极有可能才是真·4nm，是不是应该有点期待?

非Pro还在沿用老的A15芯片

早在今年3月，郭明錤就爆料过iPhone 14的非Pro版会继续沿用A15芯片——也就是iPhone 13的旧芯片。结果苹果还真的在昨晚的发布会上重新发布了一次A15。iPhone 14和iPhone 14 Plus继续用A15。这是苹果第一次在新iPhone上用旧芯片;也就给了iPhone 12、13用户一个不换手机的理由：芯片不换，刘海屏都还是那个刘海屏，摄像头也不给4800万像素。

当然了，有可能iPhone 14的RAM容量更大(虽然应当仍是LPDDR4X)，而且从官网目前的信息来看，iPhone 14所用的A15芯片应该都是5核GPU，非阉割版。另外就是iPhone 14加入的一些新特性，像是有6.7寸屏的iPhone 14 Plus;刘海屏上面的那片TrueDepth系统换新;

还有Photonic Engine这类新软件特性;和发布会上反复强调的Crash Detection;和传言甚久的卫星通信(emergency SOS via satellite，似乎适用范围是受限的)。系统层面的这些更新参见电子工程专辑的发布会报道文章。

说正经的，iPhone 14非Pro版沿用旧芯片，能部分看出半导体和尖端制造工艺的窘迫。我们知道消费电子市场如今相当不景气，智能手机出货量正持续下跌;此前我们也撰文谈过为什么消费者的换机周期在延长。而iPhone 14对于老芯片的沿用，无非是这一现状的外在体现;以及是否也能说明，A16和A15大概真的没多大差距?

A16相比A15大概有多大提升?

只有更“尊贵”的Pro系列才用上了更高端的A16芯片。目前A16芯片的已知信息包括：

• 160亿晶体管;

• 台积电4nm工艺(真·4nm，N4P?);

• CPU 2大核、4小核;

• GPU 5核心，提升了50%的内存带宽(来自LPDDR5?);

• Neural Engine 16核心，也就是AI单元，标称性能17 TOPS;

• 新的显示引擎(Display Engine)用以支持或显示屏幕(LTPO)最低1Hz刷新率、Always-On特性、Dynamic Island动画抗锯齿、屏幕更高的峰值亮度等;

• 新的ISP，用以支持新的4800万像素摄像头，并且能够联合CPU、GPU、Neural Engine和ISP异构进行最高每张照片4万亿次操作。

是不是感觉啥也没说?就连苹果官网给出的信息也非常非常少。有关性能对比的数字，苹果还是给了一张图的：

苹果在发布会上说A16是智能手机中最快的芯片，而“竞争对手还在追赶A13芯片的性能——那是我们3年前用在iPhone 11上的芯片。6核CPU的A16更进一步，相比于竞争对手性能领先40%。”如果真的是这样，好像非Pro版的iPhone 14不换芯片也说得过去?

这对比还真有苹果特色：标尺也没有，而且还不是跟去年的A15比，而是找来A13和不明身份的竞品，是单核还是多核性能也不说。这个竞品我们假设为高通骁龙8+ Gen 1。

从Geekbench 5的CPU跑分测试来看，A13芯片(iPhone 11)的CPU单核性能得分大约1320分，多核3300分左右;而目前性能释放还不错的骁龙8+ Gen 1手机这两个得分分别是1310分和4200分。

那么基本上可以认为，苹果这里比的就是单核性能成绩了。如果是单核性能，那苹果确实有炫耀的资本。但基于苹果说的，即A16的单核性能相比于骁龙8+领先40%，那么A16的Geekbench 5单核性能得分估计在1835分左右。

A15的Geekbench 5单核性能跑分约为1720分。据此推测，A16的单核性能相比A15提升幅度大约不到7%?也算说得过去吧。不知道A16的CPU频率是否有提升，这点性能红利在微架构和4nm工艺这两者间，又究竟由谁得来呢?是否瞬间感觉今年又可以不用换手机了?

不过在能效方面，A16的CPU应该是有实打实的提升的——这是现在苹果真正的优势和可以碾压竞品的项目。苹果表示A16的2个高性能核心(大核心)相比于A15更快，而且还减少了20%的功耗。这对CPU的持续性能发挥理论上会有很大的帮助，当然还有就是高负载下(比如玩游戏)更省电。

以及能效核心(小核心)“在相同性能水平下，相比竞品最好的能效核心，仅需用到其1/3的功耗”。虽然这个说法又是相当的不明所以，比如“相同性能水平”究竟是什么性能水平;以及又不跟A15比。但苹果小核心的能打程度真的是非一般的：

来源：AnandTech

这是来自AnandTech的SPECint2017测试，横轴为能耗(单位：焦耳)，纵轴为性能。我们说在单位能耗之下有越高的性能，自然就越优秀(越往左、越往上越好)。左边的两个灰色的原点，就是A15和A14的能效核心。

再找一找高通、三星和联发科这边的能效核心(A55)，就知道A15的能效核心在能耗和性能方面秒它们几个宇宙。当然了，Arm目前最新的能效核心是A510，这张图上没有。但A510的能效实则也相当堪忧。浮点测试，和以功耗(单位：瓦特)为基准的测试具体可以去看看AnandTech的完整评测。

A16的能效核心具体表现相比于A15怎么样，似乎很难通过苹果说的这一句话来推断，尤其性能方面。不过我们推测，大概率A16小核心保持了A15相似的水平。虽然估计是挤了牙膏，但也比竞品好很多就是了。

至于GPU方面，苹果更是只提到了内存带宽增加50%，“对于图形性能要求高的游戏很好”，就没了——就这一句，谁也没比。估计性能提升也没法提。

不过苹果A15满血版的GPU性能相比于竞品的领先幅度就已经不小了。即便今年高通Adreno、Arm Mali GPU都相继挤了那么大一管牙膏，仍然是被苹果甩在身后的;不管是性能，还是能效。

来源：极客湾

上面这张图是极客湾此前所做的GPU能耗比测试(横轴为功耗-单位瓦特，纵轴为性能-单位fps;越往左、越往上越好)，上方红色的那三个点就是苹果A15的曲线预计会经过的点。

虽然我们认为这个测试存在问题(因为GFXBench测试的层级太高，测出来的都是系统层面的数据，而非芯片——更无法精准到SoC之上的GPU，尤其是功耗)，但仍然能说明系统层面图形性能和功耗的实际情况。(这张图没有联发科天玑9000，天玑9000在这项测试里的水平和A14很接近)

还有个拍照，ISP和NE

在这代iPhone 14 Pro上，苹果花了比较大篇幅去谈的其实是拍照。所以苹果才说A16的着力点有三个：能效、显示、摄像头。毕竟iPhone 14 Pro的主摄换用了4800万像素的CIS

以前苹果一直坚持用1200万像素的传感器，ISP需要做包括Deep Fusion之类多帧堆栈之类的操作，数据量级和4800万就不一样。所以ISP的性能提升是必须的(以及该流程需要Neural Engine参与，但NE性能提升幅度也不大)。

比较值得一提的是，这次苹果引入了一种叫Photonic Engine的特性：从苹果的描述来看，这是一种将多帧堆栈流程在pipeline上提前的方案(苹果在官网提到这项技术“能够让Deep Fusion更早地作用于未压缩的图像流程”，所以是提前到RAW域?)。

而且在应用了Photonic Engine以后，加上传感器更大(以及光圈更大)，低光环境下所有摄像头都最高提升2-3倍表现。非Pro版的iPhone 14也支持Photonic Engine，不过不Pro自然也就没有4800万像素了，1200万像素用A15就够了——合情合理…

成像系统就技术点部分，能聊的其实不多。比如4800万像素的四合一技术(quad-pixel sensor)，索尼都用很多年了(不过这颗传感器应当还是苹果定制的)。不过高像素可以给出更多的数据资源，引出更多玩法。

高像素的优势，过去的文章不止一次地谈到过，包括高像素超采样(仍然输出1200万像素照片)以后能实现更高的锐度和信噪比;更重要的是可以截幅——这次苹果还把截幅当重点功能做了宣传，就是提到2倍变焦很高的可用性。(iPhone 14系列的3摄系统中实际没有2倍焦距的镜头)

实质主要是因为有了4800万像素资源，所以画面放大2倍，依然可以做到清晰(应当可还涉及到更优的算法)。苹果称其为“光学质量般(optical-quality)的2倍长焦”;甚至还给2倍变焦标了数据，如上图所示，这可不就是主摄数据么?说是这次的2倍长焦比以前任意一代iPhone的2倍长焦都拥有着更大的像素和更快的光圈，市场水平很高。

有点儿偏题了。摄像头并非本文要聊的重点。不过以上特性的实现，还是要依托于ISP和Neural Engine来做Deep Fusion和各种后处理嘛。

另外值得一提的，不仅是4800万像素数据量增多，图像传感器这种Quad Bayer阵列，和传统拜耳阵列滤镜排列是不同的。那么对于在拍照中搞机器学习的选手而言，也就需要新的模型。虽说别家手机厂商应用此类传感器时间也不短了，但苹果还是头一次。而且我们始终觉得，苹果掌握软硬一体的全流程能力，则这类Quad Bayer阵列的数据利用水平理论上也应当比别家更高才对，比如说将re-mosaic流程给去掉之类的(这是随便说的)…

再有当然就是新系统支持了Cinematic模式的视频录制以4K 24fps格式进行;还有杜比视界HDR最高4K 60fps视频拍摄，以及新的防抖(Action运动模式)支持，都需要算力的支持。

对这次拍照和摄像头方面的提升，仍建议阅读电子工程专辑对这次发布会的综合报道：因为本文只偏A16芯片的呈现，有关iPhone 14新特性的介绍是不全面的。