A17 im iPhone 15: Bringt Apples erster 3nm-Chip den größten Leistungssprung seit Jahren?

Jedes Jahr im Herbst bringt Apple mit neuen iPhones auch einen neuen Prozessor der A-Serie – letztes Jahr “nur” für die Pro-Modelle. Wir erwarten dieses Jahr nichts anderes, einen neuen A17-Chip für die Pro-Modelle, der A16 sollte in den Standard-Modellen den heute verwendeten A15 ablösen.

Der Sprung von A16 auf A17 wird aber größer als der von A15 auf A16: Der Wechsel zu einer neuen Fertigungstechnologie – dem 3nm-Prozess von TSMC – bietet dem A17 die Chance auf den größten Leistungs- und Funktionszuwachs seit mehreren Jahren.

Wenn man sich die letzten zehn Jahre der von Apple selbst entwickelten Chips der A-Serie ansieht, können wir mit dem, was wir über die verfügbare Fertigungstechnologie und die Richtung und Ziele des Unternehmens wissen, eine ziemlich gute Vermutung darüber anstellen, was vom A17 zu erwarten ist.

Apple A17 nur für das iPhone 15 Pro (oder Ultra)

Letztes Jahr war der A16 exklusiv dem iPhone 14 Pro vorbehalten, während das Standard-iPhone 14 den A15 verwendete. Wir erwarten eine Wiederholung dieses Musters in diesem Jahr, wobei der neue A17 exklusiv für das iPhone 15 Pro und iPhone 15 Pro Max (oder iPhone 15 Ultra, wenn die Gerüchte stimmen) ist und das Standard-iPhone 15 den A16 erhält, der in den iPhone 14 Pro-Modellen verwendet wird.

iPhone 15: Warum sich das Warten wirklich lohnt

Ist dies der Weg, den Apple in absehbarer Zukunft einschlagen wird? Da die Funktionen und die Qualität von Smartphones eine Art Plateau erreicht haben und Apples Mobilchips die meisten der Prozessoren von Androiden in den Schatten stellen, gibt es kaum einen Grund, etwas zu ändern. Für Apple senkt es die Kosten und hilft, einen größeren Unterschied zwischen den normalen und den Pro-Modellen zu schaffen, was die Kunden tendenziell zum teureren iPhone drängt.

Aktuell bester Preis: iPhone 14 Pro 128 GB in Dunkellila

Apples erster 3nm-Chip

Die Chips A14, A15 und A16 wurden alle mit einem 5nm-Fertigungsprozess von TSMC hergestellt. Zugegeben, dieser Prozess hat sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt und zu Chips geführt, die dichter sind und eine bessere Energieeffizienz aufweisen, aber es gibt nichts Besseres als den Sprung zum nächsten großen Prozessknoten. Und genau das werden wir mit dem A17 mit ziemlicher Sicherheit bekommen – der erste große Consumer-Chip, der mit dem 3nm-Prozess von TSMC hergestellt wird.

Der größte Vorteil des 3nm-Verfahrens ist die höhere Dichte – während der A16 etwa 16 Milliarden Transistoren hatte, können wir für den A17 weit über 20 Milliarden erwarten, vielleicht sogar 24 Milliarden.

Mit einher geht eine höhere Energieeffizienz gegenüber vergleichbaren Chips mit ähnlicher Geschwindigkeit, aber Apple wird keinen derart vergleichbaren Chip herstellen. Die maximale Leistungsaufnahme wird durch die Größe des Akkus, die Wärmeableitung und andere Faktoren begrenzt, und ich glaube nicht, dass sich die Akkulaufzeit allein durch die Umstellung auf 3nm massiv verändern wird.

Zumindest nicht bei aktiver Nutzung unter voller Leistung – nicht nur der Chip wird in diesem Szenario wahrscheinlich fast genauso viel Strom verbrauchen, sondern auch das Display und die Funkmodems tragen einen großen Teil zum Stromverbrauch bei. Eine Verbesserung könnte es im Standby-Modus geben, der durch den Wechsel zum 3nm-Prozess deutlich besser werden könnte.

Verbesserte CPU-Leistung und neue Funktionen im iPhone 15

ARM führte seine v9-Architektur im Jahr 2021 ein, und wir dachten, dass der A16 der erste Chip von Apple sein würde, der den neuen v9-Befehlssatz unterstützt. Stattdessen blieb er bei ARM v8.6 mit einer Vielzahl von Apples eigenen Erweiterungen. In diesem Jahr, mit mehr nutzbaren Transistoren, scheint die Unterstützung von ARM v9 wahrscheinlich zu sein.

Welche Vorteile bieten der ARM v9-Befehlssatz und die Architektur? Apple entwickelt seine eigenen CPU-Kerne, und viele der von der v9-Architektur versprochenen Leistungsvorteile sind bereits in Apples Designs und ARM-Erweiterungen realisiert. Der Snapdragon 8 Gen 1 war eine der ersten High-End-Smartphone-CPUs mit ARMs Cortex-X2-Kern und Unterstützung für ARM v9, und der A15 von Apple übertraf ihn bei Weitem.

Es wird oft behauptet, dass ARM v9 eine 30-prozentige Leistungssteigerung gegenüber ARM v8 bietet, aber das gilt nur für die ARM-eigenen Kerndesigns und berücksichtigt nicht die Verwendung von kundenspezifischen Erweiterungen. Apple spielt hier in einer ganz anderen Liga – wir werden wahrscheinlich mit dem A17 keine 30 Prozent schnellere CPU-Leistung sehen.

Apples neue CPU-Kerne für den A17 werden mit ziemlicher Sicherheit zu höherer Geschwindigkeit führen, aber nicht unbedingt wegen der Umstellung auf ARM v9. Die Leistung der CPU-Kerne wird durch den Befehlssatz, die Verzweigungsvorhersage, die Befehlsdekodierung, die Ausführungseinheiten, die Cache-Struktur und -Größe, die Taktraten und viele andere Faktoren beeinflusst.

Was die Anzahl der Kerne im Allgemeinen angeht, scheint es für Apple keinen Grund zu geben, über die vier Effizienz- und zwei Leistungskerne hinauszugehen, die uns seit dem A11 Bionic begleiten. Wir erwarten einfach gut 15 Prozent mehr Leistung von ihnen.

Wenn man die CPU-Leistungsverbesserungen der letzten Jahre einfach hochrechnet, können wir wahrscheinlich einen Geekbench 5 Single-Core-Score zwischen 2.100 und 2.200 und einen Multi-Core-Score von knapp über 6.000 erwarten. Geekbench 6 wurde gerade erst veröffentlicht und wir haben keine jahrelangen Benchmark-Daten, um eine genaue Prognose zu erstellen, aber ein Single-Core-Score von über 2.800 und ein Multi-Core-Score von 7.300 oder mehr scheint vertretbar.

Ein kürzlich aufgetauchter Leak, der einen Single-Core-Score von 3019 und einen Multi-Core-Score von 7.860 behauptet, ist nicht außerhalb des Bereichs des möglichen – vor allem, da wir einen größeren Sprung als erwartet gesehen haben, als Apple mit dem A14 von einem 7nm-Prozess auf einen 5nm-Prozess umgestiegen ist – aber Zahlen in diesem frühen Stadium sind wahrscheinlich komplett erfunden.

Falls Sie sich fragen, wie das im Vergleich zu anderen Prozessoren aussieht: Der A17 hätte einen ähnlichen Single-Core-Wert wie die neuesten Ryzen-High-End-Desktop-CPUs und die Core i7-Prozessoren der 13. Generation von Intel, aber einen weitaus niedrigeren Multi-Core-Wert (was durchaus Sinn macht, da wir nur über zwei Hochleistungskerne im Vergleich zu zwölf oder mehr Kernen bei diesen Desktop-Prozessoren sprechen). Der A16 schlägt bereits Android-Smartphones mit dem Top-Tier Snapdragon 8 Gen 2, und der A17 dürfte den Abstand nur noch vergrößern.

Wenn wir im Laufe der Jahre etwas gelernt haben, dann ist es, wie konstant die Leistungssteigerung bei Apples CPUs ist. Die Single- und Multi-Core-Leistung steigt fast geradlinig an, unabhängig davon, in welchen Jahren es große architektonische Änderungen oder Sprünge im Herstellungsprozess gab. Es ist sehr vernünftig, dieses Jahr eine ähnliche Verbesserung zu erwarten.

GPU-Leistung und -Funktionen

Die GPU ist ein Bereich, in dem der A17 möglicherweise sehr interessant sein könnte. Apple hat die GPU-Leistung mit jedem neuen Chip der A-Serie im Durchschnitt um etwa 20 Prozent gesteigert, obwohl es zwischen 15 und 30 Prozent sein kann. Was sich nicht großartig verändert hat, ist der Funktionsumfang des Grafikprozessors. Sie wird schneller, und es gibt einige kleinere neue Funktionen wie variable Rasterisierungsraten und SIMD-Verbesserungen für GPU-Berechnungen, aber bei wichtigen Funktionen wie der Beschleunigung von Raytracing liegt Apple Jahre hinter Desktop-GPUs zurück.

Auch interessant: Der Mac bekommt mit dem M3 einen Leistungssprung wie selten zuvor

Ein wildes Gerücht besagt, dass der A16 eine größere GPU-Architektur haben sollte, die aber nicht rechtzeitig fertig wurde, sodass er die gleiche GPU wie der A15 bekam (aber mehr Speicherbandbreite verbessert die Leistung). Ich weiß nicht, ob das wahr ist, aber Apple hat seine Metal-Feature-Set-Tabellen für Entwickler nicht aktualisiert, um den A16 einzubeziehen, was aufschlussreich ist.

Ich denke, es ist wahrscheinlich, dass Apple eine aktualisierte GPU-Architektur für den A17 bereit hat. Funktionen wie die Raytracing-Beschleunigung mögen für das iPhone nicht entscheidend sein, aber dieses GPU-Design wird seinen Weg in zukünftige Mac-Prozessoren der M-Serie finden, wo das Fehlen fortschrittlicher GPU-Funktionen wie Raytracing-Beschleunigung sie weit hinter den Stand der Technik zurückfallen lässt.

Auch bei aktuellen 3D-Spielen und Anwendungen, die den Grafikprozessor für Berechnungen nutzen, können wir mit einer verbesserten Leistung rechnen. Wenn sich die Architektur ändert, ist der Geschwindigkeitszuwachs in der Regel variabel – manche Dinge werden viel schneller, andere nicht so sehr.

Die Beibehaltung des Kurses mit einer etwa 20-prozentigen Beschleunigung führt zu einem Geekbench 5 GPU Compute Score von über 18.000. Denken Sie daran, dass dieser Benchmark die Rechenleistung des Grafikprozessors misst, nicht seine Fähigkeit, 3D-Grafiken zu rendern.

Bei 3D-Grafiken würde eine 20-prozentige Beschleunigung dazu führen, dass der moderne 3DMark Wild Life Unlimited Test mit etwa 88 Bildern pro Sekunde läuft, während der A16 nur 74 Bilder pro Sekunde schafft. Derzeit ist der Snapdragon 8 Gen 2 in diesem Test (und in anderen 3D-Grafiktests) schneller als der A16, aber das würde Apple einen leichten Vorsprung verschaffen.

Im Vergleich zu den CPU-Verbesserungen variiert die GPU-Leistung von Jahr zu Jahr stärker. Die Verbesserung vom A15 zum A16 war geringfügig, aber bemerkbar, was vor allem auf leichte Verbesserungen der Taktrate und der Speicherbandbreite zurückzuführen war. Wenn wir dieses Jahr sowohl eine neue GPU-Architektur als auch eine wesentliche Verbesserung des Herstellungsprozesses bekommen, könnte der Sprung viel größer ausfallen.

Die Medien-Engine wird oft lose mit der GPU in Verbindung gebracht, und so ist dies ein guter Zeitpunkt, um zu sagen, dass wir wieder einmal auf Hardware zur Beschleunigung der Kodierung und Dekodierung des AV1-Formats hoffen werden. Immerhin steckt es in den meisten PC-GPUs der neuen Generation. Wir gehen davon aus, dass Apple weiterhin in die Leistung und Energieeffizienz seiner Encoder für die Formate H.264, HEVC und ProRes investieren wird.

Aktuell bester Preis: iPhone SE (2022) 128 GB in Mitternacht

Weiterer Fokus auf ML und KI

Apple ist ein großer Fan von maschinellem Lernen und KI. Das Unternehmen scheint zwar nicht so stark wie seine Konkurrenten im Rennen um generative KI zu sein, das von Projekten wie ChatGPT, Midjourney und Stable Diffusion angeführt wird, setzt aber seit Jahren KI und maschinelles Lernen in seinem Betriebssystem und seinen Apps ein. Neue Funktionen wie die Möglichkeit, Text in Fotos auszuwählen, werden ständig implementiert, und Apple widmet seiner Neural Engine (dem Beschleuniger für maschinelle Lernaufgaben) große Aufmerksamkeit.

Beim A16 scheint Apple die Neural Engine nicht großartig verändert zu haben. Sie besteht immer noch aus 16 Kernen und ist mit 17 Billionen Operationen pro Sekunde nur 8 Prozent schneller als die Neural Engine des A15. Das ist ein so kleiner Sprung, dass man davon ausgehen kann, dass sie einfach mit einer höheren Taktrate läuft. Ehrlich gesagt, haben wir viel mehr erwartet.

Mit dem 3nm-Prozess, der ein viel größeres Transistor-Budget ermöglicht, wird die Neural Engine wahrscheinlich einen deutlichen Sprung machen. Es könnten einfach mehr Kerne sein, große Designänderungen an der Art und Weise, wie die Kerne arbeiten, oder beides. Es würde mich überraschen, wenn die Neural Engine nicht mehr als 20 Billionen Operationen pro Sekunde schafft, obwohl man sich darüber streiten kann, ob “Billionen von Operationen pro Sekunde” wirklich die beste Methode zur Leistungsmessung ist.

Schnellerer LPDDR5x-RAM

Mit dem A16 hat Apple den Arbeitsspeicher auf LPDDR5 erhöht (von LPDDR4x im A15). Konkurrierende Spitzenchips wie der Snapdragon 8 Gen 2 verwenden LPDDR5x, das bei gleichem Stromverbrauch etwa 33 Prozent mehr Bandbreite und geringere Speicherlatenz bietet.

Mehr Speicherbandbreite ist für alles gut, vor allem, wenn sie nicht mehr Strom verbraucht. Der offensichtlichste Nutznießer sind High-End-3D-Spiele, die sowohl CPU als auch GPU in einer Weise beanspruchen, die die Grenzen der Speicherbandbreite ausreizt.

Apple ist nicht immer der Schnellste, wenn es darum geht, auf neue Speicherstandards aufzuspringen, aber das Unternehmen räumt der Speicherbandbreite und großen Caches Priorität ein und scheint den Vorteil zu erkennen, Dinge schneller zu bewegen, anstatt sie nur schneller zu verarbeiten. Ich schätze die Chancen 50/50, dass wir im A17 LPDDR5x RAM sehen werden.

Immer noch ein Snapdragon-Modem (vorerst)

Es wird erwartet, dass Apple ab nächstem Jahr seine eigenen 5G-Modems einsetzt, wahrscheinlich mit dem iPhone SE im Frühjahr und, wenn alles gut läuft, später in der iPhone 16-Reihe im Herbst.

Der Snapdragon X70 ist wahrscheinlich das Modem, das Apple für die iPhone-15-Reihe (zumindest die Pro-Modelle) verwenden wird. Die meisten Top-Funktionen des X70 klingen im Grunde gleich wie die des X65, der im iPhone 14 Pro zu finden ist, aber er hat einen kleinen integrierten KI-Prozessor, der den Verbindungsstatus ständig überwacht und optimiert, was zu stabileren und optimalen Verbindungen führen soll. Das soll die Geschwindigkeit in der realen Welt verbessern und auch die Akkulaufzeit erhöhen.

Dieser Artikel erschien zuerst auf Macworld.com und wurde aus dem Englischen übersetzt