苹果 A 系列处理器全盘点

1,A4

2010年1月27日,苹果第一代自主设计的 A4处理器随第一代 iPad 一起发布,基于三星45nm工艺。通过自主设计,其功耗远低于友商。

CPU—Cortex A8 架构(采用ARM-V7指令集):单核心,主频800MHz(iPad一代用的是 1Ghz 的超频版本)。

GPU—PowerVR SGX535:这是英国Imagination公司的产品。单核心,核心频率 200Mhz。苹果为其提供了 RAM 和 GPU 直连的设计,I/O 吞吐能力更强。其多边形生成率为25M/s,像素填充率为480M/s,性能相当强悍。

2,A5 / A5X

2011年3月3日,A5处理器随 iPad2一同发布,制程工艺不变还是三星 45nm。

CPU—Cortex A9 架构(采用ARM-V7指令集):首次采用双核心设计,主频 800Mhz,性能较上代提升一倍,功耗却没有提升。

GPU—PowerVR SGX543MP2:双核心,核心频率 250Mhz。官方声称其图形性能是上代的九倍!

2012年3月8日发布的 A5X处理器,不仅双双提高 CPU 和 GPU 的主频,还将 GPU的核心增至四核,图形性能直接翻倍!

3,A6 / A6X

双核 CPU+三核 GPU 的布局

A6处理器于2012年9月随 iPhone5 发布,基于三星32nm工艺,比之A4和A5的45nm工艺大幅提升。拥有苹果第一代自研的CPU核心。

CPU—自研Swift架构(采用ARMv7指令集):双核心,主频1.3GHz,性能约是上代的两倍,功耗却降低了22%。

GPU—PowerVR SGX543MP3:三核心,核心频率 325Mhz,性能约是上代的两倍。

同年10月,A6X处理器iPad4发布。这次由于有自研 CPU (主频还提升到了 1.4Ghz)的加持和制程工艺的提升,以及重新设计的四核GPU,所以其整体性能是 A5X 的两倍。

4,A7

双核 CPU+四核 GPU 的 A7

2013年9月A7处理器随iPhone 5S发布,基于三星28nm工艺,集成超10亿晶体管。

CPU—自研Cyclone架构(基于64位ARMv8指令集):双核心,1.3GHz主频,性能约是前代的两倍。首次加入M7运动协助处理器。

GPU—PowerVR G6430:四核心,核心频率 450Mhz,性能提升到前代的两倍。

5,A8 / A8X

挤牙膏的 A8

A8处理器于2014年9月随iPhone6系列发布,基于台积电20nm工艺,集成约20亿晶体管。

CPU—自研Typhoon架构(基于64位ARMv8指令集双核心,主频1.4GHz,性能较上代提升约25%(性能提升大幅减缓),功耗降低了50%

GPU—PowerVR G6450:四核心,核心频率 533Mhz,性能较上代提升约50%。

同年10月A8X处理器iPad Air2一起问世,制程工艺不变,包含约30亿个晶体管。使用了全新的三核CPU(主频 1.5Ghz)和新的八核GPU设计,它的CPU性能比A7提高了40%,GPU性能提高了2.5倍。

6,A9 / A9X

双核CPU+六核GPU的 A9

2015年9月A9处理器iPhone6S系列发布,有两种工艺版本,分别为三星14nm FinFET LPE工艺和台积电16nm FinFET工艺。

CPU—自研Twister架构(基于ARMv8-A指令集):双核心,1.85GHz主频,性能较上代提升约70%。

GPU—PowerVR GT7600:六核心,核心频率 650Mhz,性能提升约90%。

同时A9X处理器随第一代iPad Pro发布,由台积电16 nm FinFET工艺制造。CPU 依然双核设计,不过GPU却堆料到了 12个核心!与其前身A8X相比,CPU性能提高了80%,GPU性能提升两倍。

7,A10 / A10X Fusion

性能爆炸的 A10 系列处理器

A10 Fusion处理器于2016年9月随iPhone 7系列发布,基于台积电 16nm FinFET工艺制造,集成了 33 亿个晶体管。

CPU—自研“2+2”架构(基于ARMv8-A指令集):四核心,最高主频2.34GHz,较上代快40%。拥有两颗高性能Hurricane大核和两颗高能效Zephyr小核,其小核的运行功率可低至大核的五分之一。不过,四个核心不能同开,只能在高性能和高能效之间切换。

GPU—PowerVR GT7600:六核心,核心频率900Mhz,速度提升50%。

A10X Fusion处理器在2017年6月随iPad Pro(第二代)发布,采用台积电10nm FinFET工艺。 CPU采用“三大核+三小核”设计,性能比其前身A9X快30%;GPU核心数不变,但是性能提升了40%。

8,A11 Bionic

六核 CPU+三核自研 GPU 的 A11

2017年9月A11 Bionic处理器随iPhone 8系列发布,基于台积电10nm工艺制造,集成了43亿个晶体管。从这代开始不仅加入了神经网络引擎(双核设计),还加入了苹果自研的GPU。

CPU—自研“2+4”架构(基于ARMv8-A指令集):六核心,由2个高性能Monsoon大核(主频 2.39Ghz)及4个高能效Mistral小核(主频1.42Ghz)组成。这代是真正的六核CPU,可以“火力全开”,其多核CPU性能比A10提升了70%。

自研GPU:拥有三颗苹果自研GPU核心,较前代性能提升30%,功耗下降50%。

9,A12/A12X/A12Z Bionic

六核CPU+四核自研GPU的A12

A12 Bionic处理器于2018年9月随iPhone XS系列发布,采用台积电7nm FinFET工艺,集成了69亿个晶体管,神经网络引擎由两颗核心升至八颗。

CPU—自研“2+4”架构(基于ARMv8.3-A指令集):两个 Vortex大核主频增至2.49GHz,四个 tempest小核主频提升至1.6GHz。性能较A11仿生最高提升15%,小核心功耗最多降低50%。

自研GPU:升级为四核心,比上代快50%。

A12X Bionic处理器的制程工艺不变,包含100亿个晶体管,同年10月随第三代iPad Pro发布。CPU 采用“四大核+四小核”设计,单核CPU性能比其前身A10X快 35%,整体CPU性能快90%;自研的 GPU 核心足足有七个之多!

A12Z Bionic处理器于2020年3月随第四代iPad Pro发布,与A12X相比,差别仅为开放了一个关闭的GPU内核而已,也就是说具备八个自研 GPU 核心。

10,A13 Bionic

变化不大的 A13

2019年9月A13 Bionic处理器iPhone 11系列发布,采用台积电第二代7nm N7P工艺制造,包含85亿个晶体管。

CPU—自研“2+4”架构(基于ARMv8.4-A 指令集)两个Lightning大核主频为 2.66Ghz,速度提升了20%,功耗降低30%;四个Thunder小核主频不变但功耗降低了 40%。

自研GPU:依然四核心,但是速度提升20%,功耗降低40%。

11,A14 Bionic

A14主要是制程工艺的进步

A14 Bionic处理器于2020年9月随iPad Air4发布,基于台积电5nm制程工艺,它包含118亿个晶体管。神经网络引擎核心增加至 16颗 !

CPU—自研“2+4”架构(基于ARMv8.5-A 指令集):两个 Firestorm大核主频提升至 3.1Ghz,四个 Icestorm 小核主频提升至 1.8Ghz。这次的性能提升官方是拿 A12 来比的,声称速度快40%。

自研GPU:依然四核心,但是速度比A12快 30%。

12,A15 Bionic

满血版A15为 5核自研GPU

2021年9月14日A15 Bionic处理器iPhone 13系列发布。基于台积电5nm制造工艺,拥有150亿个晶体管。

CPU—自研“2+4”架构(基于ARMv8.5-A 指令集):两个 Avalanche 大核主频提升至 3.24Ghz,四个 Blizzard 小核主频提升至 2.02Ghz。这次的性能提升官方拿友商芯片来比,不和自家比了(友商嘀咕,苹果你欺负人是吧,要记住我们是安卓阵营别乱比较)。

自研GPU:满血版为五核心,阉割版为四核心。

13,A16 Bionic

A16主要就是制程工艺的一点点进步

最新的A15 Bionic处理器于2022年9月随 iPhone14 系列发布,基于台积电4nm制程工艺。拥有 160 亿个晶体管。

CPU—自研“2+4”架构(基于最新的ARMv9-A 指令集):两个 Everest 大核主频提升至 3.46Ghz,四个 Sawtooth 小核主频没有变化,这代的性能提升已经不足 20%了。

自研GPU:还是五核心,核心频率虽有所提升,但性能提升有限。

苹果现在将堆料的重点放在了电脑端芯片上

尾声:可以看到,这13年的发展历程中,刚开始苹果处理器的性能提升是非常迅猛的;可是随着工艺的演进和晶体管数量的不断增加,苹果手机芯片的提升幅度却越来越小。毕竟,“2+4”的大小核自研架构都已经沿用六代了,而且制程工艺的提升也是越来越有限了。

估计苹果是将堆料的方向瞄准了电脑端自研芯片上,手机端还不急,毕竟在性能方面仍然超出同时代的友商甚多(现在的手机 CPU 天梯图上友商的旗舰芯片仅与 A14同一高度)。