苹果iPhone XS/Max搭载的A12为何是迄今最强手机芯片？

　　苹果正式推出新一代iPhone，包括iPhone XS、iPhone XS Max及iPhone XR。按照苹果的宣传，iPhone XS系列是自家迄今为止最先进的新一代iPhone，实现了智能手机面向未来的一次巨大跨越。不过，三款新品都搭载了强大的A12仿生芯片。对于这枚芯片苹果声称，A12仿生是iPhone迄今最智能、最强大的芯片，采用开创性的7纳米芯片，具有更节能的设计，提供出众的性能表现。

　　具体到A12仿生芯片内部和性能，苹果没有非常详细的讲解，只是简单的表示A12仿生采用六核心融合架构，与A11仿生相比，两个性能核心的速度提升最高可达15%，四个能效核心的节能最高可达50%，同时苹果自主设计的新四核心图形处理器，其图形性能提升最高可达50%。

　　那么，究竟苹果口中所说的A12仿生芯片与上一代相比达到宣传的性能提升吗?CPU和GPU实际性能如何呢?只是iPhone迄今为止最强大而已吗?与安卓阵营的SoC芯片相比又如何呢?近日，权威评测站AnandTech对A12进行了相当详细的评测，并认为A12是当前移动领域最强的芯片，我们来看看这份评测报告中讲述了些什么。

　　第一枚商用的7纳米芯片结构分析

　　AnandTech表示，在过去的几年里，苹果的芯片设计团队始终引领行业架构设计和制造工艺。Apple A12是苹果又一次飞跃，因为它是全球第一枚商用的7nm芯片。

　　当谈及工艺制程，一般来说，数字越小，晶体管就越小。尽管近些年更先进的工艺节点已不等于实际更小的物理尺寸，或者说两者无必要关联的意义，但依然可以代表密度的提升。因此，在更先进工艺的芯片内，总是能装入更多的晶体管。

　　此前，另一专注芯片结构解析的网站TechInsights公布了关于苹果A12的内部图片，因此AnandTech据此发布了一篇简要分析。

　　AnandTech称，12仍遵循此前苹果SoC芯片的布局结构，在右边可以看到GPU集群，内有四个GPU核心和共享逻辑。而在下边则是CPU的复杂结构，2个大CPU核心靠中间偏左，在其靠右一旁是更大的L2缓存，然后紧挨着4个小CPU核心以及为其配置的L2缓存。

　　芯片中间是4大块SRAM，作为系统缓存的一部分，位于内存控制器及内部系统互连和块储存器子系统之间，主要当做SoC范围缓存层的作用。苹果利用这块充分实现节能功能，因为DRAM内存交换在能耗使用方面一点不小，直接在芯片内缓存内容可以减少大量的能耗，还能增强性能。

　　苹果A12芯片的系统缓存发生了自A7推出以来最大的变化，布局上的巨大变化也相当于这块功能上的巨大变化，现在可以清楚地看到这一部被分离成明显的四块。在之前苹果的SoC芯片如A11或A10上，系统缓存看起来更像一个逻辑块，似乎是两块，如今块数增加可能意味着这部分的性能发生了非常大的变化。

　　最后，A12芯片最重要的变化之一是NPU神经网络引擎的一次重大改造。针对这部分，苹果官方声称已经从A11的双核设计转变为全新的八核设计。去年据一些传闻了解，苹果的NPU设计似乎来自CEVA IP，不过这点从未得到完全的确认，因为苹果也不希望这其中的细节被人所知，而且官方的营销材料多次提到“Apple-designed”，强调这是苹果内部自主IP。

　　A12采用了8核设计，其实际的理论性能提升接近8倍，从A11的600GigaOPs增加到A12的5TeraOPs。通过对比A11到A12大小的变化，可看到台积电新7nm制程节点带来的好处。需要注意的是，芯片内几乎所有的IP块都发生了变化，所以用很难做有效的对比，尤其是确定新支撑对密度提高是多少。

　　尽管如此，如果将单个GPU核心作为对比的参考，不难发现，A12与A11相比，其尺寸减少了37%。很明显，新的工艺制程的确帮助苹果在A12内塞进了更多的GPU核心，而且GPU内核在A12中真的非常小。

　　CPU部分更大了

　　在CPU综合体部分，参见来自TechInsights和ChipRebel Apple A11的图(下图，前者是A12，后者是A11)。A12新的CPU核心变得更大了，而且这应该是苹果几代A系列芯片以来CPU布局上变化最大的一次。同时，新“Vortex CPU”核心中L1缓存翻了一倍，从64KB增加到128KB。同时，SRAM这块也是之前的双倍大小，其主要归因于L1指令缓存，因为现在已经加到到了128KB。

　　在大内核方面，全新A12的L1从64KB跃升到了128KB，这里的增长是毫无疑问的。然而，转到L2缓存，AnandTech认为这就有点奇怪了，特别是关于延迟方面。很明显，在3MB范围内，延迟会增加，现在直接到了6MB左右。需要注意的是，只有在完全随机模式下访问时，才会出现较慢的每秒3MB的行为。

　　AnandTech不打算深入讨论这个问题，而是深入系统缓存服务的6MB以上区域。他们表示，一开始很难弄清楚这一点，因为整体延迟较低会造成偏移，但总的来说，延迟曲线在达到大多数DRAM延迟之前会进一步扩展到4MB左右。这与之前在芯片内部实际看到的情况是一致的，即新系统缓存块不仅加了一倍，而且容量也从4MB到8MB完全增加了一倍。

　　继续看小内核，之前A11小内核的L2被限制在512KB以内，而A12则高达1.5MB，然而AnandTech认为他们被高速缓存的电源管理策略迷惑了，因为看看A11 Mistral核心延迟，可以看到他们在768KB和1MB之间明显跳跃，但在2MB的A12内核中也可以看到了类似的跳跃。

　　AnandTech表示，大核心的L2缓存在A11和A12之间没有看到任何结构上的变化，两者都有128个SRAM宏实例，被分成两个块。如果L2确实只有6MB，那么这意味着每个SRAM块为48KB。在小内核中使用了相同的SRAM宏，A12小内核L2已从16个增加到32个，看似增加一倍。然而，L2实测延迟深度至少增加了三倍。总之，在A12上“Tempest核心”似乎只有512KB可用，而A12实际物理系统缓存可能达到了8MB。

　　引入无损内存压缩技术的GPU更强了

　　在GPU综合体部分，AnandTech称对A12有很高的期望，不仅在性能方面，而且还包括在架构方面。去年有一份来自Imagination的官方新闻稿称，苹果已经通知他们未来在15至24个月内不再在新产品中使用其IP，事实的确如此。这最终导致了Imagination股票价格暴跌，随后公司被出售给一家公司，而苹果则拥有了自主GPU设计。

　　苹果宣布A11 GPU自主设计时，其内部看上去仍然非常很像Imagination的衍生设计，因为其块设计非常类似于之前Rogue那一代，仍然是TBDR(基于平铺的延期渲染器)设计，而这方面IMG拥有诸多专利。最重要的事实是，苹果仍然公开支持其专有格式PVRTC (PowerVR纹理压缩)，这意味着其GPU仍然可能与IMG的IP有明显关联。在这里，AnandTech认为这不是通常所说的“干净”设计。

　　至于A12 GPU，参见来自TechInsights和ChipRebel Apple A11的图(下图，前者是A12，后者是A1)，其型号为G11P，仍看到了一些非常明显的类似于去年A11 GPU的设计，各个功能块在很大程度上似乎位于相同的位置，并以类似的方式构造。