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電晶體百億個,AI 運算每秒 20 兆次,這都將是蘋果 A13 處理器效能

即將在台灣時間 2019 年 9 月 11 日凌晨舉行的蘋果年度發表會上,預期會中將發表新一代 iPhone,因此引發市場人士的關注。不過,收集到之前的相關新聞資料,因為 2019 年版的新款 iPhone 在功能上的升級不大,加上目前市場上當紅的 5G 功能最快也要到 2020 年才會搭載的情況下,使得一般對於 2019 年版新款 iPhone 的功能普遍期待度不高。

不過,相對於對新款 iPhone 的功能升級預期不大情況,在這次搭載的最新 A 系列處理器就有許多優勢得到大家的廣泛討論。至於,這顆採用台積電內含 EUV 技術加強版 7 奈米製程所打造的處理器,在無庸置的仍會是當前市場上最強行動處理器的情況下,其相關的功能會有什麼樣的特點,我們也做了綜合整理。

這顆代號預期為 A13 的行動處理器,目前了解依舊是交由晶圓代工龍頭台積電來代工生產,雖然台積電在 7 奈米的製程節點上沒有像過去 10 奈米製程節點時,一口氣往下一個節點,也就是 5 奈米的製程節點推進,當中仍推出了加強版的 7 奈米製程,而 5 奈米製程則會落在 2020 年開始量產,但是這並不表示加強版 7 奈米製程對蘋果的 A13 處理器性能精進沒有多大貢獻;相反的,在加強版 7 奈米製程中,臺積電首次採用了 EUV 極紫外光刻技術,將使得 A13 行動處理器較前一代處理器有更強的運算效能。

根據台積電所公布的資料顯示,採用了 EUV 技術的加強版 7 奈米製程,將使處理器在相同的區域邏輯密度上增加約 20%,並且降低電力耗能 10%。另外,市場也有傳言,除了採用了 EUV 技術的加強版 7 奈米製程之外,台積電還有優化板的 7 奈米製程。據了解,優化板的 7 奈米製程並不採用 EUV 極紫外光光刻技術,仍沿用過去的 DUV 深紫外光刻技術。不過,製程技術調整與優化的情況下,使得處理器在相同的性能下,將可降低 10% 的電力功耗。不過,雖然台積電在 7 奈米製程上有 3 個版本,但考慮到每次蘋果都是採用最新製程的情況下,則內含 EUV 技術的加強版 7 奈米製程就可確定是 A13 行動處理器的生產方式。

藉由製程技術的精進,可以使得行動處理器效能提升的最大原因,就是在於增加了行動處理器內的電晶體數量。蘋果上一代的 A12 行動處理器已經將電晶體數量增加到了令人吃驚的 69 億個,比 A11 的 43 億個要增加了 60% 的情況。不過,A12 的面積大約是 83 平方公釐,比 A11 的 88 平方公釐還要來得小,成為了蘋果 9 年來面積最小的 A 系列行動處理器,甚至面積大小只有當年 A10 處理器的三分之二。

因此,在市場原本預計持續提升製程與增加效能的情況下,蘋果的 A 系列行動處理器應該還是會不斷的縮小面積。不過,現在有消息指出,為了要有容納接近或超過 100 億個驚人數量電晶體的空間,但是在製程節點並沒有往 5 奈米節點提升的情況下,A13 行動處理器的面積可能不會縮小,反而較 A12 行動處理器大上 25% 的面積,達到約 103 平方公釐,接近 A12X 的大小,將成為近期以來面積最大的 A 系列處理器。

如以上所說,雖然 A13 行動處理器的電晶體數量預計將與 A12X 相同。但是,蘋果應該不會把增加的電晶體數量花在相同的功能上,繼續去追加高功率 CPU 核心的數量。相反的,蘋果很有可能會繼續採用 2+4 設計,也就是 2 個大核心和 4 個小核心設計,再加上一些相對較小的架構調整來提高 CPU 性能。畢竟,A 系列行動處理器已經是世界上最強的了,要如何保住這一頭銜對蘋果來說似乎不難。

此外,近年來蘋果的單核心 CPU 性能成長一直非常穩定。而如果這種趨勢持續下去,預計 A13 行動處理器在未來的跑分結果將會讓所有 Android 陣營手機,甚至是輕薄的筆記型電腦處理器效能都黯然失色。至於,A13 的多核性能,則是基於蘋果設計上的改變,使得所有的大小核心可以同時工作,而不需要來回切換。因此,過去的 A10 到 A11 行動處理器在多核性能都能瞬間躍升,這也使得在蘋果 A13 處理器不增加更多核心的情況下,其跑分結果可能會相對有更好的表現。

談完了 CPU 的性能之後,再來聊聊 GPU 的狀況。事實上,GPU 的性能對蘋果來說相當重要。尤其,蘋果現在又推出了帶有高階遊戲的 Apple Arcade 服務,這些都分常依賴 GPU 的性能。而在過去的幾代蘋果 A 系列行動處理器中,GPU 性能成長速度比較平穩,沒有什麼太大驚喜。這是受制受到記憶體頻寬的限制,使得 GPU 很少在一年之間有很大的進步。

不過,透過一些架構調整和更快的記憶體,在這個特定的測試,蘋果 A 系列行動處理器的 GPU 可以再提升 20% 的效能。雖然提升 20% 來說,對 Android 陣營處理器來說沒有太大的驚奇。但是,對蘋果來說,在設備上進行計算至關重要,GPU 性能是其中一個非常重要的方面,20% 的改進其實已經是有很大程度的進步。

最後,之前提到,A13 行動處理器的面積預計將比前一代的 A12 大上 25% 左右,同時還採用了升級版的製程技術,可以在更小的區域裡塞進更多的約 100 億個電晶體,比 A12 的電晶體數量增加 40% 以上。這些電晶體除了用在 CPU 與 GPU 的運算上之外,最重要的就是將用來提升設備上的機器學習和圖像處理的性能,也就是邊緣運算的人工智慧能力。

2018 年,蘋果對 A12 處理器的神經引擎的提升遠遠超過預期。其相較 A11 的神經引擎每秒可以執行 6 千億次運算,A12 的運算速度則是提高了 8 倍,達到每秒 5 兆次。雖然,當前不確定 A13 是否還會看到如此大的提升,但是透過設計改進和更多的電晶體數量加入,蘋果很可能達成 3 到 5 倍的效能的提升,達到每秒 20 兆次的運算能力。尤其,機器學習和人工智慧如今已經成為 iPhone 用戶體驗的關鍵部分,從拍攝更好的照片和影片,再到 AR 和 Siri 的應用等,使得市場有理由相信,蘋果會在這方面上投注更多努力。

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