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Was wir vom A12-Chip in kommenden iPhones erwarten können

27.08.2018 | 17:32 Uhr |

Apple lässt seinen iPhone-Chip zum ersten Mal im 7nm-Verfahren fertigen. Dies lässt einige Schlussfolgerungen zu.

Wir stehen kurz vor der Einführung von Apples neuen iPhones für 2018, und natürlich werden sie mit Sicherheit von einem neuen, von Apple entwickelten, benutzerdefinierten System-on-Chip (SoC) betrieben. In Anlehnung an frühere Namenskonventionen wird er mit ziemlicher Sicherheit A12 genannt, zusammen mit einem farbigen Deskriptor (wie in der "A10 Fusion" oder "A11 Bionic").

Wenn wir einen Blick auf die Verbesserungen früherer von Apple entwickelter SoCs werfen und auf den aktuellen Stand der Fertigungstechnologie projizieren, können wir eine ziemlich gute Vorstellung davon bekommen, was uns der A12 erwartet.

Apple hat sich sehr geheimnisvoll über seinen neuen Prozessor geäußert, so dass es nur wenige solide Informationen gibt. Nennen Sie diesen Artikel eine fundierte Vermutung.

Der Übergang zur 7nm-Fertigung

Das A11 Bionic im iPhone 8, 8 Plus und X wird mit dem 10nm-Herstellungsverfahren von TSMC hergestellt. Der A12 wird mit dem 7nm-Verfahren von TSMC hergestellt – es sollte der erste Chip in einem weit verbreiteten Verbraucherprodukt sein, das mit einem 7nm-Verfahren hergestellt wird.

Man kann die "Nanometer"-Messungen von Fertigungsprozessen verschiedener Unternehmen nicht vergleichen, da jeder Fertiger unterschiedliche Chip-Eigenschaften misst, um zu dieser Zahl zu gelangen. Aber da Apple bei der Herstellung des A12 an TSMC setzt, können wir uns die Vorhersage von TSMC ansehen, um einen Hinweis darauf zu erhalten, wie viel besser dieser neue Prozessor sein wird.

Das Unternehmen zeichnet ein sehr rosiges Bild. Verglichen mit dem 10nm-Verfahren, mit dem der A11 Bionic hergestellt wurde, soll das 7nm-Verfahren laut TSMC "1,6-fache an Transistoren-Dichte, ~20% Geschwindigkeitsverbesserung und ~40% Leistungsreduzierung" bringen.

Mit anderen Worten, wenn Apple den exakt gleichen A11 Bionic Chip im 7nm-Verfahren produzieren würde, könnte er etwa 40 Prozent kleiner sein und entweder 40 Prozent weniger Strom bei gleicher Geschwindigkeit oder 20 Prozent höhere Taktrate bei der gleichen Akku-Laufzeit verbrauchen. Hier muss man anmerken, dass TSMC hier die bestmöglichen Zahlen angibt.

Natürlich wird Apple den A11 Bionic nicht einfach nehmen und schrumpfen, sondern einen fortschrittlicheren und komplexeren Chip herstellen. Wo der A11 beeindruckende 4,3 Milliarden Transistoren hatte, können wir davon ausgehen, dass die Anzahl der A12-Transistoren zwischen 5,5 und 6 Milliarden liegen wird.

Kerne und Taktraten

Der A11 Bionic wird von zwei Hochleistungs-CPU-Kernen ("Monsoon") mit einer maximalen Taktfrequenz von ca. 2,39 GHz betrieben. Sie sind mit vier kleineren, leistungsschwächeren und energieeffizienten Kernen ("Minstral") gepaart.

Wir gehen davon aus, dass der A12 mit zwei leistungsstarken Kernen arbeiten wird, wobei die höhere Transistorzahl zur Verbesserung der Leistung und Effizienz genutzt wird. Wir erwarten keine große Steigerung der Taktrate: Der A12 wird ein großer und leistungsstarker Chip sein, so dass es wahrscheinlich nicht genug Spielraum geben wird, um die Taktrate auf mehr als 2,5 GHz bei einem iPhone-großen Gerät zu bringen.

Hier ist ein Blick auf die Geekbench 4 Single-Core-Scores der letzten Generationen von Prozessoren der A-Serie. Die Verbesserung über die letzten vier Generationen ist sehr linear und wir erwarten eine ähnliche Verbesserung in diesem Jahr. Die Single-Core Geekbench 4 Ergebnisse eines iPhones mit dem neuen A12 sind im Bereich von 5.000 Punkten zu erwarten, plus-minus 100 Punkte.

Apple wird wahrscheinlich bei vier energieeffizienten Kernen bleiben und auch hier einige kleinere architektonische Anpassungen vornehmen, um die Energieeffizienz und Leistung zu verbessern.

Auf der CPU-Seite gehen wir davon aus, dass der A12 mit einem Sechskern-Design (zwei große, vier kleine) mit rund 20 Prozent besserer Single-Thread-Performance und 20 bis 30 Prozent besserer Multi-Core-Performance bleiben wird.

Wenn man die bisherigen Geekbench 4 Multi-Core Testergebnisse verwendet und mit einer Trendlinie auf die A12 skaliert, ergibt sich ein Wert von ca. 15.000, eine solche Steigerung ist jedoch eher unwahrscheinlich, die Werte um 13.000 Punkte scheinen uns realistischer zu sein. Der A11 lieferte eine enorme Verbesserung der Multi-Core-Leistung, aber der A12 wird nicht in der Lage sein, die Trendlinie zu erreichen.

Warum? Weil der A11 eine große architektonische Veränderung in der Art und Weise, wie Multi-Threaded-Performance funktioniert, vorgenommen hat. Es wurde ein neuer Performance-Controller der zweiten Generation eingeführt, der es erstmals ermöglichte, dass die beiden großen und die vier kleinen Kerne gleichzeitig arbeiten konnten. Das hatte einen enormen Einfluss auf die Multi-Core-Performance. Der A12 hat vielleicht schnellere Kerne und ist vielleicht sogar effizienter, wenn es darum geht, sie alle auf einmal zu betreiben, aber er hat nicht den Vorteil, dass er plötzlich mehr aus ihnen gleichzeitig herausholen kann als je zuvor. Daher erwarten wir eine Verbesserung der Multi-Core-Leistung um 25 bis 30 Prozent, so dass wir ein Geekbench 4 Ergebnis in der Nähe von 13.000 erreichen.

Grafikleistung

Was ist mit dem Grafikprozessor? Der A11 Bionic verfügt über einen völlig neuen Grafikchip mit drei Kernen, der von Apple entwickelt wurde, und nicht von PowerVR. Der A12 wird wahrscheinlich einen vierten Kern hinzufügen und die Architektur leicht verbessern, was eine Verbesserung der Grafikleistung um etwa 40 Prozent bedeutet.

Hier sind die 3DMark Ergebnisse für die letzten vier iPhone-Generationen mit dem Sling Shot Extreme Unlimited Test. Die Trendlinie der Grafikleistung zeigt, dass der A12 einen Wert von etwa 4200 Punkten erreichen kann.

Warum zeigen Echtzeit-Grafik-Benchmarks wie 3DMark im Laufe der Zeit weniger Verbesserungen? Das hat wahrscheinlich mit der Speicherbandbreite des Arbeitsspeichers zu tun: Echtzeit-Grafiken für Spiele sind speicherintensiv, und wenn Sie das Limit erreicht haben, Daten aus dem RAM (und verschiedenen Caches) zu lesen und zu schreiben, spielt es keine Rolle, wie viel schneller Ihr Grafikprozessor ist. Der A12 hat vielleicht etwas schnelleren RAM, aber wenn der Hersteller keine zusätzlichen Schnittstellen hinzufügt, um die Speicherbandbreite drastisch zu verbessern (was wir nicht erwarten), wird er keine massive Leistungssteigerung beim Spielen bringen.

Betrachten wir die Leistung des Grafikprozessors in Computerprogrammen unter Verwendung des Metal-Frameworks. Die Metal-Tests von Geekbench 4 zeigen eine stetige Verbesserung im Laufe der Jahre, weniger belastet durch die gleichbleibenden Speicherbandbreiten als die Spielgrafik von 3DMark.

Wir gehen davon aus, dass sich dieser Trend fortsetzen wird, da der A12 im Vergleich zum A11 weitere 20 bis 25 Prozent mehr Leistung in den Praxistests liefern wird. Das sind etwa 18.500 Punkte.

Hier muss man anmerken, dass Apple seinen Grafikprozessor häufig als deutlich schneller als die Benchmarks anpreist. Das Unternehmen behauptete, der A11 habe eine Grafikkarte, die 30 Prozent schneller sei als die im A10. Das mag unter bestimmten Umständen zutreffen, aber die meisten Benchmarks zeigten Verbesserungen im Bereich von 15 bis 25 Prozent. Apple wird voraussichtlich eine Leistungssteigerung von 30 bis 40 Prozent erreichen, wobei die Benchmarks in der Praxis geringer ausfallen werden.

Bildbearbeitung und maschinelles Lernen

Mobile Prozessoren sind heute mehr als nur CPU und Grafikprozessor. Sie verfügen über Hardware für die Audioverarbeitung, die Verarbeitung von Bewegungsdaten und anderen Sensoren, die Bildverarbeitung der Kameras und jetzt auch für das maschinelle Lernen. Dies sind einige der schwierigsten Aspekte, um die Leistung zu bestimmen, da sie oft sehr proprietär sind, sich bestimmten Aufgaben widmen und weil Apple diese meistens geheim hält.

Der A11 war der erste Apple-Chip mit einer Hardware, die speziell dem maschinellen Lernen gewidmet war und die der Hersteller "Neural Engine" nannte. Die Neural Engine des A11 war in der Lage, 600 Milliarden Operationen pro Sekunde durchzuführen und es ist sehr wahrscheinlich, dass Apple im Laufe der Zeit mehr in diese Art von Hardware investieren wird. Es wäre ziemlich überraschend, wenn die Neural Engine im A12 weniger als eine Milliarde Operationen pro Sekunde ausführen könnte und man kann erwarten, dass Apple eine so beeindruckend klingende Nummer auf der Bühne erwähnt. Es könnte sogar 1,2 Milliarden oder mehr sein – doppelt so viel wie der A11 bei der Berechnung der Anwendungen fürs maschinelles Lernen schafft.

Der ISP (Image Signal Processor) in Apples Chips wird von Jahr zu Jahr leistungsfähiger und spielt eine große Rolle bei der verbesserten Kameraqualität, die wir immer von einem neuen iPhone erwarten. In diesem Jahr wird es nicht anders sein, auch wenn es schwierig ist, genau zu beziffern, wie viel leistungsfähiger der Bildprozessor und die Hardware für die Videokodierung sein werden. Das iPhone 8 und X können bereits 1080p Slo-Mo mit beeindruckenden 240fps und 4K Video mit 60fps machen. Dies zu toppen bedeutet die Daten noch schneller vom Bildbearbeitunsprozessor an Haupt-Prozessor zu übergeben und die Leistung des Bildbearbeitungsprozessors zu steigern.

Erwarten Sie also einen schnelleren und leistungsfähigeren ISP für eine verbesserte Foto- und Videoqualität, aber nicht unbedingt eine schnellere Zeitlupenleistung.

Akkulaufzeit: Besser im Ruhezustand, nicht unter Last

Der Wechsel von einem 10nm-Verfahren zu einem 7nm-Verfahren würde eine bessere Akkulaufzeit bedeuten, wenn Apple das gleiche Chipdesign mit der gleichen Geschwindigkeit verwenden würde. Allerdings wird Apple ziemlich sicher einen leistungsfähigeren und komplexeren Chip herstellen, der den größten Teil dieser Reduzierung des Stromverbrauchs aufbraucht. Darüber hinaus ist die tatsächliche Akkulaufzeit das Ergebnis einer Vielzahl von Faktoren wie der Effizienz der Mobilfunk- und Wi-Fi-Modems, des Displays und des Flash-Speichers.

Dennoch soll der Akkuverbrauch im Ruhezustand des A12 beeindruckend niedrig sein. Der Stromverbrauch bei intensiven Anwendungen und Spielen wird sich wahrscheinlich nicht dramatisch von dem Vorgänger unterscheiden.

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