iPhone 13 系列不再齐「芯」,苹果为什么要造三款不同的 A15 处理器?

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09-29 09:56

苹果的产品向来不会着重的强调参数规格,而是把它们转化为人们容易理解的词汇。

单说 300ppi,大众可能并没有明确的概念,但标榜出视网膜屏(Retina),可能就有了几分轮廓。

而这种模棱两可的认知到了芯片上就更容易让人迷惑,不同于 Intel 复杂迷惑的产品线,苹果的芯片就简单很多,每年随着 iPhone 更新一代,A 字母附带一个数字,统一的规格,统一的表现,清晰明了。

再加上苹果 A 芯片一向的跃进式升级,以及让对手汗颜的功耗比,一年一枚芯片足够傲视群雄。

▲ iPhone 13 Pro Max 搭载的才是满血 A15.

只是 A 系列芯片到了第十五个年头,也就是 A15 上,却衍生了三个版本,分别由不同的产品所演绎。

iPhone 13、13 mini 的 A15 在 GPU 上缩水了一个核心,为 4 核心。iPad mini 6 的 A15 在 CPU 大核心最高频率有所缩水,为 2.9GHz。只有 iPhone 13 Pro、13 Pro Max 的 A15 为满血版本(主频 3.2GHz,5 核心 GPU)。

苹果罕见的把 A15 分成了三款配置不同的 SoC,这是根据产品定位的刻意行为,还是另有隐情?

A12 的三款处理器是个特例

早在三年前,苹果在 A12 上就做出了两个衍生版本,为 iPad Pro(2018)配备的 A12X,以及为 iPad Pro(2020)配备的 A12Z。

▲ A12X、A12Z 是 A 系芯片越级的存在,现在已被 M 芯片所替代,而 A15 表现已经超越了 A12Z.

A12X、A12Z 与 A12 在 CPU、GPU 核心数上完全的不同,几乎可以算作全新型号的 SoC。但 A12X 与 A12Z 却仅差 1 个 GPU 核心,甚至在 TechInsights 的相关分析中表示它们的裸片几乎相同。

▲ 左:A12Z、右:A12X,二者模块排列一模一样. 图片来自:TechInsights

A12Z 上的每个功能模块的位置与 A12X 如出一辙,A12Z 只是把 A12X 未开启的第八颗 GPU 开启了。

分析至此,TechInsights 猜测「开核」的行为更像是台积电在 7nm 工艺上的成熟,有着更高的良率,甚至可以大胆的说 18 个月后,台积电制造的 A12X「芯片体质」更好。

根据体质挑选芯片,再决定型号

「芯片体质」其实并非是个新鲜词汇,在传统的芯片行业,这已不是个秘密。

▲ 犹如生化实验室的现代芯片制造厂. 图片来自:Intel

芯片制造过程需要数百道工序,十分的精密。在不断地刻蚀、氧化、清洗流程中,一片晶圆上的不同区域有着物理特性的差别,算是一种工艺偏差。

而把这些晶圆再分割成不同的芯片,工艺偏差会导致功耗表现的不同,有的快一点省一点,有的慢一点废一点,有的加电压后能够维持很高的频率,有的一加电就宕机。

▲ 制造 Intel 第九代处理器的 11.8 英寸晶圆

一整块晶圆的制造成本大概数千美元,同时也会耗时几个月的时间,为了能够充分利用这来之不易的芯片,传统芯片厂商便会根据「体质」来具体划分为不同的处理器型号。

▲ 生产 i9-10900 处理器的同一块晶圆可能产出的处理器型号. 图片来自:Techspot

那我们熟悉的 Intel 桌面级处理器举例,这块晶圆按计划是生产 i9-10900,它有 10 核心 CPU 与集成的 GPU,但由于工艺、温度等等因素,再除去边缘 5%~25% 的废料,剩余的部分可能只有 10% 的面积能够达到 i9-10900K 的芯片设计要求,另外一大部分可以以 i9-10900 型号出厂,也有一些被封闭核心以 i7、i5 出厂。

▲ 14nm 工艺巅峰的 Intel 第十代酷睿 i9-10900K.

简单来说,芯片生产并非像其他电子产品一般,按照具体的型号去制定生产计划,它更像是开「盲盒」,一整块晶圆具体能生产多少片 i9、多少片 i7 或 i5 都难以确认。

而同一块晶圆,相同型号的处理器,具体的「体质」也不相同。这个「体质」具体的实用价值就是超频,其余性能几乎相同。

同型号芯片挑体质只为了超频

CPU 超频对于普通用户来说,其实就是一个娱乐项目。在众多 Intel 处理器中,K 后缀表示并未锁频,是 DIY 圈子里超频的主力型号。

即使市场小众,依然有提供挑选 CPU 体质的机构,国外工作室 Silicon Lottery 就是这么一家。

▲ 验过身包超的 i9 全部售罄. 图片来自:Silicon Lottery

同样的 i9-10900K,也被它们挑选为 4 档,包超 4.9GHz、5.0GHz、5.1GHz 以及 5.2GHz,价格也水涨船高,平均比 Intel 官方售价高出 100 美元,而 Silicon Lottery 也提供单独的筛选体质服务收费约为 40 美元。

另外,Silicon Lottery 透露,经过筛选的 i9-10900K 均能够超频到 4.9GHz,其中 73% 可以达到 5.0GHz,而只有 24% 能够维持 5.1GHz 以上的水准,也基本能看出「王中王」i9-10900K 大概去了两成半。

▲ Intel 与微星沟通的可超频范围,i5 31% 不及格、i7 有 32%、i9 有 27%. 图片来自:微星

再横向对比微星所公布的第十代 i9、i7、i5 处理器体质比例,可以看出 i9 的体质要远好于 i5、i7。

当然,主动挑选处理器体质,本质上就是为了超频准备,对于普通用户的常规使用来说,意义不大。

芯片生产过程中,根据芯片的体质不同去区分型号十分常见。到了芯片面积小很多的移动端,这种情况依然存在。

▲ 高玩的超频

芯片面积小,很难确保芯片仅一个核心出现「体质」问题,更多的可能是切割后的芯片而成为废料。

另外,由于移动芯片的出货量远大于 PC 端,像 Intel 一样分等级显然不太现实,厂商会倾向于「按差分配」,也就是向体质差的看齐,统一调成较低的频率,以保证整批芯片的良率。

只是,随着移动端处理器的面积、核心数不断增加,体质不佳的芯片数量增加,再按照此前的调校就有些得不偿失,这就好像把 i9 封装成了 i5 卖出去。

移动芯片厂商也开始追寻 Intel、AMD 传统芯片厂商分级卖处理器的步伐。比如说高通现在的 Plus 版本,以及麒麟的 9000 和 9000e、900 和 900e,甚至上文的 A12X、A12Z 都是同样的道理。

苹果此次把 A15 分出三款不同的 SoC 也更像是芯片行业的一个通用做法。在生产 A15 的过程中,体质最佳的留给 iPhone 13 Pro 系列,GPU 体质不佳的分给 iPhone 13、13 mini,CPU 体质不佳的留给 iPad mini 6。

苹果芯片分等级或成常态

如同 Intel 把 14nm 工艺打磨的足够成熟后,超频的潜力较为一般,尤其是 i7、i5。而苹果这边其实也较为类似,今年的 A15 仍然是基于台积电的 5nm 工艺,CPU 提升有限,但满血版的 A15 在 GPU 表现却判若两人,向前迈进了一大步,不排除是因为核心数的增加。

今后 A16、A17 想要继续拔高性能表现,更新的制程、更高的频率、更好的工艺、更大的面积都是改进方向,由此来说后续这种移动端处理器分级(少个 CPU、少个 GPU)的现象应该更为普遍。

不过,桌面级处理器的体质区辨别,更多是影响「超频」,面向的是核心玩家,在 DIY 过程中可以自行(或加钱)选择更好体质的处理器。

而在移动端这里,你买到的是一整套已经挑选完毕并经过统一调校的产品,即使 Root 后通过三方软件超频,最终可能会影响到整个系统的稳定性以及续航水准。

更别说在手机 ARM 架构的处理器中,提升 0.1GHz 是否会得到相同的增益。这里的反例是高通骁龙 888+ 之于高通骁龙 888,具体的对比可以跳转之前的《高通骁龙 888+ 挤牙膏?我用 ROG Phone 5s 玩了一周末的游戏》文章查看。

▲ M1 芯片可能是苹果硬件大一统的最后一块拼图.

苹果的产品线相较以往已经有了足够的扩展,iPhone、iPad、Mac 三大硬件产品线几年间在不断扩充调整。苹果自研芯片也不仅限于面向移动端的 A 系列,为了对产品有更全面的掌控,开始逐步涉及桌面级芯片,而刚发布的 M1 就展现了足够的竞争力。

▲ M2、M1X 或许有更多的衍生型号出现以区分不同的产品定位.

并且,M1 也有着相应的分级,同样有缺少一个核心 GPU 的版本和标配版本,而在传闻之中的 M1X 会有更多的 CPU 核心与 GPU 核心。如此来说,这种芯片的分级像极了传统厂商 Intel。

或许,将来对于苹果产品来说,不同等级的 SoC 也会成为不同等级产品的一个重要区分,对于日常体验来说可能区别不大,但对一些高能进阶的功能,或许一个 GPU 核心就会是一个门槛。

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