长篇鬼故事 - 为你深度解析7nm的苹果A12处理器有多强大

为你深度解析7nm的苹果A12处理器有多强大

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苹果A12是世界上第一个实现量产和商用的7nm芯片处理器，并将此更新到今年发布的iPhone XR/iPhone XS/XS Max上。近日外媒TechInsights就对iPhone XS上的A12处理器芯片进行了拆解，并对此进行了X光扫描，从中可以让大家了解一下这款7nm移动处理器芯片中的奥秘。

新的A12芯片最右侧是GPU的集合体，四个GPU和共享逻辑单元在中间的位置，呈2x2对称式排列。左侧是GPU集群中的CPU和GPU共享缓存（L3缓存），最左边则是8核NPU。

芯片底部是CPU的核心集群，两个大CPU核心在中间偏左的地方，采用了L2缓存，旁边还有四个小CPU核心和L2缓存，中间的四个SRAM模块也是系统缓存的一部分。

到目前为止，苹果的A12芯片系统缓存可以说是自A7推出以来变化最大的，从布局上可以很清楚地看到A12采用了四个模块，而在苹果A11或A10中系统缓存则是采用一个或者两个逻辑模块的设计。

另外，A12此次搭载的NPU是进步幅度最大的一个性能模块。A12的NPU从A11中的双核直接飙升到了8核心设计，实际性能能增长接近8倍，并且从A11的0.6TOP暴涨至5TOP。虽然有传言说A11的NPU是采用了CEVA架构设计，但并没有得到苹果官方证实，苹果仅是在A12的网页上提到了“Apple-designed”（苹果自主研发）。

从上表中可以很好地看出A12和A11之间的区别，A12有着7nm工艺制程的优势，并且几乎所有模块架构都发生了变化，如果以A12单个GPU核心来说的话面积比A11减少了37%。

更大的CPU和更大容量的缓存结构

再来看看A12的CPU集群部分。A12中Vortex CPU的L1数据缓存比起A11中Monsoon CPU的数据缓存是要翻了一倍，从64KB增加到了128KB。那么它们之间的性能差异有多少呢？

L1缓存延迟拐点从64KB跃升到了128KB，表现是比较正常的。但在L2缓存时，延迟会在3MB~6MB范围内会一直持续增加，这种情况仅在以完全随机的模式访问时才会发生，如果是较小的访问窗口的话，L2缓存的延迟又会从3MB一直保持到6MB。

从缓存测试延迟表可以看到，A11的Monsoon CPU延迟曲线大约在4MB左右，而A12的Vortex CPU则是在8MB，也由此可以得出A12的共享缓存不仅分区数量加倍，容量从4MB到8MB也是翻了一番。

另外，通过对小核心分析可以得出，A11的小核心L2缓存会被限制在512KB，而A12的限制范围则可以上升到1.5MB，实际上这是缓存电源管理造成的假象。A11的Mistral核心在768KB和1MB处是存在明显波动的，而A12的则是在2MB的时候才会看到波动。

A12和A11的大核心L2缓存的结构没有任何变化，而且都有128个SRAM，每个SRAM大小都为28KB，并且由于A12的小核心L2缓存容量翻倍的缘故，A12的SRAM数量增加到了32个。

结论是苹果A11和A12都允许在数据粒度较小时只激活部分缓存电路，在A11上这个粒度是256KB，而在A12上这个粒度是512KB。所以有理由认为A11的小核心L2缓存容量是1MB，A12则是2MB，反过来也说明了每个SRAM大小只有64KB。

在大核心方面，之前人们是认为在6MB左右，但仔细观看A12的大核心表现的话，其曲线在8MB处是有变化的，因此猜测A12的大核心实际上是有8MB L2缓存。总结起来就是苹果是进一步扩大了新的A12处理器缓存，整个芯片上的缓存是超过了16MB。

强大的GPU性能

在GPU方面，尽管苹果对外宣称A11的GPU是自主设计的，但从结构来看仍然是像基于Imagination的Rogue架构打造而来的，并且沿用了TBDR（Tile Base Deffered Rendering，Imagination的专利渲染技术）。

而A12的GPU代号为G11P，其中有些构造及单个功能模块是和A11的非常类似，但A12 GPU最大的进步是在于支持显存压缩，能够进一步提升GPU的性能。

A12上的Vortex核心

在过去几代的A系列芯片中，苹果都有为其配备了更高频率的核心，以下是A12和去年A11的核心频率对比：

A11和A12单个大核心的最高运行频率分别是2380MHz和2500MHz；双大核心满载频率分别为2325MHz和2380MHz。而在小核心加入工作后，A12的大核心频率仍被设计为稳定在2380MHz，而A11则会下调为2083MHz。

在线性延迟图上可以发现在大核心方面，A12的Vortex核心相比A11的Monsoon核心仅有5%频率提升，但L2缓存的绝对延迟从约11.5ns降至约8.8ns，降幅高达29％，说明A12 Vortex核心的L2缓存可以在更短的时间内完成读写访问。

小核心方面，A12的Tempest核心与A11的Mistral核心有着类似的延迟表现，但A12在L2分区和电源管理方面又有了很大的变化，允许访问更大的L2物理区块。另外，A12的共享缓存带宽比A11是有所降低，但访问延迟却得到了很大的改善。

除了缓存之外，A12的指令吞吐量会比A11的更加优秀。A12 Vortex核心与A11 Monsoon核心虽然看起来是非常类似，但整数除法和浮点除法的执行延迟都减少了2个周期，浮点吞吐量也翻了一倍。

A12性能：比安卓旗舰芯片要强2倍

SPEC2006是一款基准测试软件，运行这款测试软件时要需要更大更复杂的数据能够充分内存子系统方面的性能。

其中图表中越长的条形意味着消耗的电能越多，条形上的文字注释是消耗电能的数值（单位是焦），和平均功耗（单位是瓦）。

从结果可以看到，A12在456.hmmer和464.h264ref这两项测试中增幅是最小的，而在45.gobmk测试项上的提升则非常大，相比A11增幅为27％。并且在大多数情况下A12的大核心频率比A11高5％，平均表现要比A11好上24%。

另外在基准测试中，A12功耗相比A11不降反升，虽然性能相比A11提升了24%，但代价就是平均功率从3.36W增加到了3.64W，说明A12性能高但功耗大，要比7nm制程降低的功耗要更多一点。

在SPECfp2006测试中，A12在SPECfp的平均性能增幅为28％，其中433.milc一项甚至提升了75％，表明优秀的缓存结构和内存性能能带来了40%的性能提升。

综合以上的测试可以得出，由于苹果的A12 Vortex核心和内存子系统都有长足的改进，因此A12的实际性能是要比宣传要强的，比起现时安卓阵型中最强的芯片性能还要强上约2倍。

A12 GPU能耗比1.8倍于骁龙845

另一方面，A12的GPU性能也是令人非常期待。这次的A12的GPU由原来的3核扩展成4核，并加入了显存压缩技术。为了测试A12的GPU性能，这里加入了3DMark基准测试。

在3DMark中，搭载A12的iPhone XS的性能比起搭载A11的iPhone X有着明显优势，而且性能和功耗比都要比高通骁龙845优胜。

在图形部分，A12比去年的A11提高了41%。

在GFXBench的Normal Tier测试模式下，A12的峰值性能相对去年的A11提升了51%，持续性能提升了61%，比起骁龙845提升了45%；在High Tier模式下A12的持续性能比A11高出61％，比骁龙845高出31％。

在GFXBench曼哈顿测试中，A12性能比A11高出75%，除了得益于增加的核心数外，还有显存压缩技术的功劳。

在GFXBench T-Rex测试中，A12的持续性能比A11提升了61%。

在GFXBench曼哈顿3.1电池测试中，A12的功耗控制也是超越了现时所有的手机芯片，体现苹果在A12芯片设计功力方面的强大。

今年苹果推出的A12处理器非常强大，可以说是一举领先了高通骁龙845，三星的Exynos系列芯片，是现时性能最强的移动处理器芯片。

虽然性能方面是毋庸置疑，但是A12在功耗和发热方面还需要继续加强。下一年苹果新品的芯片会有什么过人表现？高通或三星芯片平台能否反胜苹果呢？就让我们拭目而待吧~

苹果强攻芯片设计，全球“挖角”各芯片大厂；

苹果正在积极布局无线通讯芯片设计。外媒报导指出，苹果已经开始在高通总部所在地“挖人”，这也是苹果首次在南加州招募芯片设计人才。

报导指出，苹果在招募网站开出10个工作职缺，工作地点在圣迭戈，工作内容有关芯片设计。

文章分析指出，苹果在高通总部所在地招募芯片设计人才，挖角意味浓厚，也象征苹果要降低对高通的依赖程度，提高自力研发的能力。苹果此次招募人才涵盖无线通讯软硬件领域，不排除增加新的基地制造无线通讯芯片。

目前，苹果在不少芯片大厂所在地招募设计人才，包括美国俄勒冈州波特兰、德州奥斯汀、佛罗里达州奥兰多；以色列海法（Haifa）和赫兹利亚（Herzliya）、德国慕尼黑、台湾台北、以及日本东京等地。

近年来，苹果一直在大量招募芯片设计人才。此前媒体报道称，苹果征求具有传感器ASIC芯片架构设计能力的专业人员，协助开发新款感应元器件的ASIC架构以及系统，以便未来在苹果产品中使用。

苹果希望在所有的关键器件中都能够实现自研，比如iPhone的应用处理器，此前在基带芯片方面，苹果和高通合作，而随着去年双方“交恶”，英特尔目前独享苹果的基带订单，但苹果正在积极研发基带芯片在业界已不是新闻。

业内人士指出，苹果正在积极扩展半导体专利权，从而提高在人工智能领域的竞争力，同时，苹果可能计划自己开发电源管理芯片（PMIC），并正在开发整合触控、指纹识别、以及显示面板驱动IC功能的整合型芯片。

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相同制程工艺的手机芯片都有着几乎相同的面积大小，这是因为代工厂会给客户一个指导面积——Ｄ线。如果单块芯片设计大小超过Ｄ线，那么成本将会大幅提升。

台积电 7DUV工艺的 D 线应该在80mm2左右，K980和A12都是压着80mm2做的芯片 ，没发布的8150应该也在这个范围。

而手机soc除了CPU和GPU，NPU外还集成了LTE基带、WiFi基带、ISP、DSP、视频Codec、互联、各类IO外设等等，其中LTE基带是很大的一部分（麒麟还要加上双NPU），从别家芯片的情况看，几乎和CPU规模同级。

所以在单芯片面积被限制的情况下A12外置了基带，几乎就可以说天生就能做别人1.5到2倍的GPU规模，性能强是理所应当的。外置基带唯一的缺点可能就是贵。苹果;我有的是钱。---

苹果外置基带差是英特尔的技术问题，不是说外置基带就一定比集成的差，苹果虽说被逼无奈外置基带，但也变相带来了一些好处，给GPUCPU留了更大空间。像华为，高通为什么不外置基带，最大的原因就是贵。骁龙芯片太贵会卖不出去。麒麟太贵会提高手机价格。而带来的性能提升与付出的代价不成正比。

看完以上内容，其实你也能明白为什么大嘴每次吹的都是ＳＯＣ的晶体管数量，因为他自己清楚比ＣＰＵＧＰＵ的晶体管数量可能只有苹果的三分之二。哈哈