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Was wir von Apples A13-Chip erwarten können

20.08.2019 | 10:30 Uhr |

Der A13 wird sicherlich der schnellste iPhone-Chip von Apple sein, aber der Fokus wird wahrscheinlich auf der Neuronalen Engine liegen.

Der Termin rückt näher: Neue iPhones mit  A13-Chip wird Apple voraussichtlich am 10. September vorstellen. Aber das Design, die Herstellung und das Testen dieser Chips dauert Jahre, viel zu lange, als dass Apple von heute auf morgen radikale Veränderungen vornehmen könnte. Das Design des A13 steht daher im Grunde seit geraumer Zeit fest, doch ist es dem Hersteller TSMC vermutlich gelungen, seine Prozesse zu verbessern.

Wenn wir uns die Chips der A-Serie bisher ansehen und aus dem, was wir über den Herstellungsprozess wissen, den Apple in diesem Jahr verwenden wird, extrapolieren, können wir uns ein vernünftiges Bild davon machen, was uns vom A13-Chip erwartet. Es wird mit ziemlicher Sicherheit der schnellste SoC-Apple sein, der bisher für iPhones entwickelt wurde, aber wie schnell können wir ihn erwarten?

Hergestellt mit einem verbesserten 7-nm-Prozess

Für den A13 können wir erwarten, dass Apple bei seinem Produktionspartner TSMC bleibt, der einen festen Platz in der Chipherstellungstechnologie einnimmt. Aber TSMC ist noch nicht bereit, einen weiteren Sprung zu einem neuen Chip-Prozessknoten zu wagen, wie beim Sprung von 10 nm auf 7 nm im vergangenen Jahr. Der nächste Sprung auf 5 nm wird wahrscheinlich rechtzeitig für das iPhone 2020 passieren, aber das diesjährige Modell wird weiterhin mit einem 7-nm-Prozess gebaut.

Das bedeutet nicht, dass wir keine Verbesserungen auf der Fertigungsseite erwarten können. TSMC verfügt über zwei verbesserte 7-nm-Prozesse, die Apple einsetzen könnte. Der für den A12-Chip verwendete Basis-7nm-Prozess wird als N7 bezeichnet. TSMC ist nun bereit, für die ersten seiner Kunden das N7+-Verfahren einsetzen, bei dem für einige der Chip-Schichten EUV-Lithographie (Extreme Ultraviolet) zu Einsatz kommt. Das Unternehmen behauptet, dass dies Chips mit höherer Dichte (etwa 20 Prozent mehr Schaltungen auf gleicher Fläche) und Energieeffizienz (etwa 10 Prozent besser) ermöglichen wird.

TSMC hat auch einen die Leistung verbessernden 7-nm-Prozess namens N7P. Dieser verwendet überhaupt kein EUV und ist einfach eine optimierte Version des im A12 verwendeten 7-nm-Prozesses. TSMC sagt, dass dieser entweder  zu Chips mit 10 Prozent weniger Leistungsaufnahme bei gleicher Performance bietet  oder 7 Prozent mehr Performance bei gleicher Energiezufuhr ermöglicht.

Der 7-nm-Prozess der zweiten Generation von TSMC ist etwas effizienter, aber der 7-nm+-Prozess ist deutlich besser.
Vergrößern Der 7-nm-Prozess der zweiten Generation von TSMC ist etwas effizienter, aber der 7-nm+-Prozess ist deutlich besser.

N7+ ist also der überlegene TSMC-Herstellungsprozess, und Apple verwendet für seine Chips in der Regel die bestmögliche Serienproduktion. Wir denken, dass der N7+ wahrscheinlich der Prozess ist, mit dem Apple den A13 bauen lässt.

Größerer Prozessor wahrscheinlich

Der A12 erhöhte die Transistorzahl von Apple auf überraschende 6,9 Milliarden, was einem Anstieg von 60 Prozent gegenüber dem A11 mit seinen 4,3 Milliarden Transistoren entspricht. Aber der Die-Bereich war etwa 83 mm² kleiner als der des A11 (etwa 88 mm²) und weit entfernt von den größten Chips, die Apple je in ein iPhone eingebaut hat. Tatsächlich ist hinsichtlich der Fläche der kleinste iPhone-Prozessor seit neun Jahren. Frühere Apple SoCs waren viel größer, und die A 5 und A 10 waren jeweils über 120 mm² groß.

Mit anderen Worten, die iPhone Chips von Apple sind in der Regel größer als der A 12, und zwar vor allem, wenn man einen neuen Chip mit dem gleichen Herstellungsprozess wie im Vorjahr produziert. Es wäre eine konservative Annahme, wenn man davon ausgehen würde, dass der A 13 etwa 25 Prozent größer (etwa 103 mm²) wäre und dank der höheren Dichte des N7+-Prozessknotens von TSMC eine Transistorzahl von etwa 10 Milliarden bringt. Das ist eine gleichwertige Transistorzahl wie der A12X in den neueren iPad Pros und das auf weniger Fläche.

CPU-Leistung

Während ich erwarte, dass der A13 fast die gleiche Transistorzahl wie der A12X aufweist, glaube ich nicht, dass Apple die Transistoren auf die gleiche Weise gebrauchen wird: Verdoppelung der Hochleistungs-CPU-Kerne von zwei auf vier. Vielmehr vermute ich, dass Apple weiterhin zwei leistungsstarke CPU-Kerne und vier energieeffiziente Kerne haben wird, mit einer geringen Chance, die Anzahl der Hochleistungskerne von zwei auf drei zu erhöhen.

Apple wird sich wahrscheinlich auf einige architektonische Optimierungen und vielleicht bessere Spitzentaktzahlen verlassen, um die CPU-Leistung zu erhöhen. Schließlich sind die Chips des Unternehmens bereits die schnellsten, und es wird nicht viel kosten, diese Position zu halten.

Apple hat eine branchenführende Single-Thread-Performance. Das wird sich wahrscheinlich fortsetzen.
Vergrößern Apple hat eine branchenführende Single-Thread-Performance. Das wird sich wahrscheinlich fortsetzen.
© Macworld

Apples Single-Core-CPU-Leistungssteigerungen waren in den letzten Jahren bemerkenswert stabil. Wenn sich der Trend hält, kann man mit einem Geekbench 4 Single-Core-CPU-Score von etwa 5.200 rechnen. Das schlägt jedes Android-Handy und selbst den meisten dünnen und leichten Laptops um Längen.

Die Multi-Core-Leistung von Apple ist bereits herausragend, eine bescheidene Verbesserung ist alles, was es braucht, um das schnellste Handy auf dem Markt zu sein.
Vergrößern Die Multi-Core-Leistung von Apple ist bereits herausragend, eine bescheidene Verbesserung ist alles, was es braucht, um das schnellste Handy auf dem Markt zu sein.
© Macworld

Die Multi-Core-Leistung ist schwerer vorherzusagen. Die Trendlinie ist verzerrt durch die Tatsache, dass die Multicore-Leistung einen großen Sprung vom A10 zum A11 gemacht hat, aufgrund einer Konstruktionsänderung, die es ermöglichte, dass alle Low-Power- und High-Power-Kerne gleichzeitig zusammenarbeiten. Wenn Apple keine weiteren Kerne hinzufügt, wird die Multicore-Leistung des A13 zwischen 12.200 und 12.500 liegen, nur weil die einzelnen Kerne schneller werden. Wenn Apple einen dritten leistungsstarken CPU-Kern hinzufügt, wird diese Zahl auf etwa 15.000 bis 16.000 ansteigen.

Grafikleistung

Die Grafikleistung ist für Apple entscheidend und wird besonders wichtig sein, da es seinen Apple Arcade Service mit Premium-Spielen der Spitzenklasse auf den Markt bringt. Wir können zwei Aspekte der Grafikleistung betrachten – die Fähigkeit, traditionelle 3D-Szenen wie Spiele zu rendern, und die Fähigkeit, den Grafikprozessor für komplexe nicht-grafische Berechnungen (wie Bildverarbeitung) zu nutzen.

Die Grafikleistung beginnt zu steigen, und ohne einen großen Anstieg der Speicherbandbreite wird sich das wahrscheinlich nicht ändern.
Vergrößern Die Grafikleistung beginnt zu steigen, und ohne einen großen Anstieg der Speicherbandbreite wird sich das wahrscheinlich nicht ändern.
© Macworld

Die traditionelle Grafikleistung hat in den letzten Generationen der Prozessoren der A-Serie stetig zugenommen. Sie wird oft durch die Speicherbandbreite begrenzt, die nicht oft einen großen Sprung von einem Jahr zum nächsten macht. Wenn wir glauben, dass sich der Trend fortsetzen wird, können wir mit einem 3DMark Sling Shot Extreme Unlimited Score von etwa 4.500 Punkten rechnen. Es ist eine deutliche Verbesserung für Apple, aber nicht so schnell wie die neuesten Qualcomm-Chips.

Die Rechenleistung von Grafiken hat jedoch noch viel Raum zum Wachsen. Es ist für Apples Software nützlicher denn je, also erwarten Sie deutliche Zuwächse.
Vergrößern Die Rechenleistung von Grafiken hat jedoch noch viel Raum zum Wachsen. Es ist für Apples Software nützlicher denn je, also erwarten Sie deutliche Zuwächse.
© Macworld

Apple scheint sich mehr in Richtung schnellerer Chips zu orientieren, wenn es seine eigene Metal-API verwendet, sowohl für Grafiken als auch für Berechnungen. Ich denke, dieser Trend wird sich fortsetzen, und während der Grafikprozessor wahrscheinlich nicht den großen Metal-Leistungssprung vom A11 zum A12 sehen wird, werden wir wahrscheinlich immer noch einen Geekbench 4 Compute Score von weit über 25.000 erhalten.

Bildverarbeitung und Neuronale Engine

Ich erwähnte anfangs, dass ich glaube, dass Apple den A13 etwa 25 Prozent größer machen wird als den A12, während der Herstellungsprozess ermöglicht, mehr Transistoren in einen kleineren Bereich zu packen. Das Ergebnis wäre ein Chip von rund 10 Milliarden Transistoren – eine Steigerung von mehr als 40 Prozent gegenüber dem A12. Wenn also die CPU und der Grafikprozessor nur bescheidene und vorhersehbare Verbesserungen durch Designanpassungen und Taktgeschwindigkeitsverbesserungen erzielen werden, wofür wird Apple dann all die zusätzlichen Transistoren gebrauchen?

Ich denke, dass das Unternehmen die iPhone-Technik weiterhin sehr stark in Richtung Maschinelles Lernen und Bildverarbeitung vorantreiben wird.

Im vergangenen Jahr hat Apple die Neuronale Engine im A12 deutlich stärker verbessert als erwartet. Die Neuronale Engine des A11 kann 600 Milliarden Operationen pro Sekunde durchführen, und Apple hat den A12 bei 5 Billionen Operationen pro Sekunde etwa achtmal schneller gemacht. Ich bin mir nicht sicher, ob wir einen so großen Sprung sehen werden, aber Apple kann durchaus eine drei- bis fünffache Verbesserung mit einigen intelligenten Designverbesserungen und einer viel größeren Transistoranzahl erreichen.

Die CPU kann sich nicht viel ändern, aber die GPU kann auf 6 Kerne wachsen und die Neuronale Engine wird wahrscheinlich viel größer sein.
Vergrößern Die CPU kann sich nicht viel ändern, aber die GPU kann auf 6 Kerne wachsen und die Neuronale Engine wird wahrscheinlich viel größer sein.
© IDG

Maschinelles Lernen und KI sind wichtige Bestandteile des iPhone-Erlebnisses, von der Aufnahme besserer Fotos und Videos über Augmented Reality und Siri. Wenn Apple bekannt geben würde, dass die Neuronale Engine des A13 20 Billionen Operationen pro Sekunde durchführen könnte, wäre ich beeindruckt, aber nicht überrascht.

Der Bildsignalprozessor, mit dem die Daten der Kamerasensoren verarbeitet werden, ist eine weitere kritische Komponente, die schwer zu bewerten ist, aber Apple investiert jedes Jahr stark in die Technik. Sie wird in Verbindung mit der Neuronalen Engine und der GPU verwendet, um die Qualität von Fotos und Videos zu verbessern. Apple wird in diesem Jahr weitere Fortschritte bringen. Der A13 könnte sogar eine der ersten Chips sein, die Hardware zur Kodierung und Dekodierung des neuen AV1-Videocodecs enthält, einem lizenzfreien Videokompressionsstandard, der die heutigen Formate HEVC, AVC und VP9 ersetzen soll. Wenn Sie nicht wissen, was das alles bedeutet, wissen Sie einfach, dass die meisten Webvideos (denken Sie an YouTube) wahrscheinlich in ein paar Jahren auf dieses neue Videoformat umsteigen werden. Es ist äußerst effizient und nicht in ein Netz von komplexen Lizenzgebühren verwickelt.

Immer noch kein 5G

Obwohl die Modems in iPhones nicht Teil von Apples A-Serie Prozessor sind, lohnt es sich zu diskutieren, was wir in diesem Jahr erwarten sollten. Sie werden viel über 5G dieses Jahr hören, aber begehen Sie keinen Denkfehler: 5G steckt noch in den Kinderschuhen. Die Netze sind klein und begrenzt und werden es im Jahr 2019 bleiben. Die mobilen Modems, die 5G ermöglichen, sind immer noch ziemlich ineffizient.

Eines Tages wird gewiss ein 5G-iPhone bekommen, aber nicht vor 2020 oder vielleicht sogar 2021. ( Daran ändert auch Apples Einigung mit Qualcomm nichts, Anm. d. Red. ) Es wird einfach so lange dauern, bis zuverlässige und energieeffiziente Modems für iPhones verfügbar sind, zusammen mit einer ausreichenden Netzwerkabdeckung, um wirklich aussagekräftige Hard- und Softwaretests durchzuführen. Apple verkauft nicht nur  iPhones an ein paar Millionen Early Adopter. Ein neues iPhone-Modell wird im ersten Jahr über 100 Millionen mal über die Ladentische gehen, und Apple wird einfach kein Risiko eingehen, wenn es um Netzwerkgeräte geht, die ein unbefriedigendes Benutzererlebnis bieten könnten.

Es gibt ein hartnäckiges Gerücht, dass Apple an seinen eigenen 5G-Mobilfunkmodems arbeitet, aber das wird 2019 noch keine Auswirkungen haben. Apple wird wieder Chips bei Qualcomm kaufen, könnte einige Modelle aber auch mit dem XMM 7560 von Intel ausstatten, das sich nur aus der Entwicklung von 5G-Modems zurück gezogen hat.

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