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Was wir von Apples A14-Chip erwarten können

17.01.2020 | 13:38 Uhr |

Apple stellt die schnellsten mobilen Chips in der Branche her, und wir erwarten von der A14 in diesem Herbst nichts weniger als das.

Wir werden wahrscheinlich erst im September etwas über Apples neuen Mobilprozessor hören, wenn das Unternehmen das iPhone 12 vorstellt. Aber es dauert Jahre, um diese Chips zu entwickeln und Monate, um die Produktion hochzufahren, also ist der A14 wahrscheinlich bereits in Stein gemeißelt und hat wahrscheinlich schon in Testproduktion gegangen.

Jahr für Jahr haben Apples Smartphone-Chips die beste Performance geboten und trotz einiger großer Versprechen wie dem Qualcomm Snapdragon 865 erwarten wir, dass Apple die Spitzenposition halten wird, wenn die neuen iPhones in diesem Jahr auf den Markt kommen.

Man kann nie genau sagen, welche Funktionen oder Leistung ein Prozessor der A-Serie liefern wird, der noch nicht einmal angekündigt ist, aber wir können einige fundierte Vermutungen anstellen. Wir denken, dass wir Folgendes von Apples A14 SoC später in diesem Jahr sehen werden.

Ein Sprung zur 5nm-Fertigung

Im dritten Jahr in Folge wird Apple von den Verbesserungen der Fertigungsprozesse bei seinem Fertigungspartner TSMC profitieren. Der A12 wurde in einem 7-nm-Verfahren hergestellt, der A13 in einem verbesserten 7-nm-Verfahren, der vor allem höhere Taktgeschwindigkeiten und einen geringeren Stromverbrauch ermöglicht (wenn er mit den gleichen Geschwindigkeiten wie die Chips des vorherigen 7-nm-Verfahrens läuft).

Dieses Jahr könnte Apple den Sprung zum brandneuen 5nm-Verfahren von TSMC übergehen. Es wird wahrscheinlich der erste große Chip für Verbraucherelektronik sein, der damit ausgeliefert wird.

WikiChip bietet eine hervorragende Zusammenfassung der verschiedenen Prozesstechnologien von TSMC.
Vergrößern WikiChip bietet eine hervorragende Zusammenfassung der verschiedenen Prozesstechnologien von TSMC.
© WikiChip

Dies ist ein großes Upgrade. Der Schritt zum 5nm-Modus ist kein kleiner, er ist der nächste "full node" nach 7nm. Er nutzt während des gesamten Prozesses die Extrem-Ultraviolett-Lithographie (EUV) intensiv und TSMC sagt, dass der resultierende Chip 80 Prozent mehr Logikdichte liefert und entweder 15 Prozent schneller bei gleicher Leistung wie seine 7nm-Chips oder mit 30 Prozent weniger Leistungsaufnahme bei gleicher Geschwindigkeit laufen kann.

Natürlich spielt auch das Design eine Rolle. Bei Apples A14 können diese Angaben von TSMC abweichen. Aber allein aufgrund des Herstellungsprozesses wäre der A14 ein deutlich schnellerer und stromsparenderer Chip.

Transistoren noch und nöcher

Der A13 nimmt rund 98,5 mm 2 Fläche ein und ist damit rund 20 Prozent größer als der 83,2 mm 2 große A12. Das ist nur geringfügig kleiner als meine ursprüngliche Vorhersage vom letzten Jahr, aber meine Annahme über die Anzahl der Transistoren war weit davon entfernt.

Ich nahm an, dass Apple den N7+-Vorlage von TSMC verwenden würde, der eine höhere Transistordichte ermöglicht. Stattdessen hat sich Apple für den N7P-Modus entschieden, bei dem das nicht der Fall ist. Das Ergebnis ist, dass der A13 etwa 8,5 Milliarden Transistoren hat, statt der von mir vorhergesagten 10 Milliarden.

Für dieses Jahr denke ich, dass Apple den Prozessor wahrscheinlich in etwa auf der gleichen Gesamtgröße halten wird. Etwa 100 mm 2 ist eine gute Größe für einen leistungsstarken Premium-Mobilprozessor mit vielen gestapelten Komponenten.

Wenn wir TSMC die verbesserte Transistordichte des 5-nm-Prozesses beim Wort nehmen, haben wir unglaubliche 15 Milliarden Transistoren vor uns. Das sind mehr als alle, außer den größten High-End-Desktop- und Server-CPUs und -GPUs. Das ist gewaltig: Ich wäre auch nicht völlig überrascht, wenn Apple die gesamte Chipfläche ein wenig auf etwa 85 mm 2 und etwa 12,5 Milliarden Transistoren schrumpfen würde.

Die Anzahl der Transistoren an sich ist ein schlechtes Mittel zur Abschätzung der Prozessorleistung, aber sie sagt uns, wie viel "Platz" Apple zur Verfügung steht. Das bedeutet mehr Kerne, oder größere Kerne, oder mehr Cache, oder eine Kombination all dieser Verbesserungen.

CPU-Leistung

Für den A13 hat Apple nicht viel an der grundlegenden CPU-Architektur geändert. Er hat immer noch die gleiche Anzahl an Kernen und die Kerne unterscheiden sich nicht dramatisch. Stattdessen verließ sich das Unternehmen auf höhere Taktraten, die das verbesserte 7-nm-Verfahren ermöglicht, um die Leistung zu steigern.

Bei der Single-Thread-Leistung bietet der A13 eine 20-prozentige Verbesserung gegenüber dem A12 (in Geekbench 5). Das ist etwas mehr, als ich letztes Jahr vorausgesagt habe, und beschert dem A13 den Status als schnellste mobile CPU.

Es wird erwartet, dass sich die Single-Thread-Performance verbessert, aber nicht so sehr wie die Multi-Thread-Performance.
Vergrößern Es wird erwartet, dass sich die Single-Thread-Performance verbessert, aber nicht so sehr wie die Multi-Thread-Performance.

Wenn man einfach der Trendlinie folgt (was für die aktuellen Prozessoren der A-Serie recht konsistent ist), könnten wir erwarten, dass der A14 nahe an die 1.600 Punkte kommen wird. Das 5-nm-Verfahren allein sollte etwa 8 Prozent  mehr Tempo gewähren als der verbesserte 7-nm-Prozess, den Apple im A13 verwendet, was uns eine Punktzahl im mittleren Bereich von 1.400 Punkten einbringen würde. Meine Vermutung ist, dass Apple wahrscheinlich im Bereich von 1.500-1.600 landen wird, was sowohl auf höhere Spitzen-Taktgeschwindigkeiten als auch auf einige architektonische Verbesserungen zurückzuführen ist, die durch die viel höhere Transistor-Anzahl möglich sind.

Die Multi-Core-Performance ist schwieriger vorherzusagen. Der A12 und der A13 hatten vier kleine hocheffiziente Kerne und zwei große Hochleistungskerne. Apple plant die Arbeitslasten bereits sehr effizient, um alle Kerne so weit wie möglich auszunutzen, daher ist es unwahrscheinlich, dass wir durch eine bessere Planung eine große Verbesserung sehen werden. Aber mit dem großen Sprung in der Transistordichte von 5 nm könnte Apple einen dritten großen Kern hinzufügen oder die Leistung der hocheffizienten Kerne deutlich steigern, was die Leistung von Multithreading wirklich verbessern würde.

Die Multi-Thread-Leistung würde steigen, wenn Apple nicht mehr Kerne hinzufügen würde, aber das ist eine konservative Vorhersage. Ich erwarte mehr.
Vergrößern Die Multi-Thread-Leistung würde steigen, wenn Apple nicht mehr Kerne hinzufügen würde, aber das ist eine konservative Vorhersage. Ich erwarte mehr.

Die Trendlinie lässt uns eine Punktzahl von etwa 4.500 vermuten, aber ich denke, dass eine Kombination aus architektonischen Änderungen und der Taktfrequenz uns viel mehr bringen wird. Ich wäre nicht überrascht, wenn der Multi-Core-Score der Geekbench 5 auf 5.000 oder so ansteigt.

Die schnellsten Android-Handys erreichen in diesem Test etwa 3.000 Punkte und ein Wert von 5.000 wäre vergleichbar mit 6-Kern-Mainstream-Desktop-CPUs oder High-End-Laptop-CPUs. Das ist der Bereich, in dem das 15-Zoll-Macbook-Pro zu Hause ist.

Die Grafikleistung

Das iPhone ist seit dem Debüt des App Store eine mobile Spielekonsole. Aber noch nie war Spielen für Apple so wichtig wie jetzt mit dem Service Apple Arcade. Die Grafikleistung lässt Spiele glänzen, das stimmt, aber der Grafikprozessor wird auch für Rechenfunktionen in der Bildverarbeitung, beim maschinellen Lernen und für viele andere Aufgaben genutzt. Mit anderen Worten, die Leistung des Grafikprozessors ist entscheidend und Apple wird mit dem A14 nicht auf der Stelle treten.

Die Grafikleistung hat mit dem A13 einen großen Sprung gemacht. Ich denke, der A14 wird einen ähnlichen Sprung liefern.
Vergrößern Die Grafikleistung hat mit dem A13 einen großen Sprung gemacht. Ich denke, der A14 wird einen ähnlichen Sprung liefern.

Wenn wir einen Blick auf den 3DMark Sling Shot Extreme Unlimited-Test werfen, dann hat die Leistung des A13 einen dramatischen Sprung gemacht – weit über das hinaus, was die jüngsten Trends vorhersagen. Ich erwartete eine Punktzahl von etwa 4.800 und Apple lieferte weit über 6.000! Das reichte aus, um die neuesten Android-Handys zu schlagen, aber neuere Modelle haben sich seither ein wenig gesteigert, und die in diesem Jahr veröffentlichten Android-Handys der Spitzenklasse werden noch viel weiter gehen.

Ich erwarte, dass Apple einen beträchtlichen Anteil der Transistoren aufwenden wird, um die GPU leistungsstärker zu machen. Zusammen mit mehr Speicherbandbreite können wir wahrscheinlich eine GPU-Leistung erwarten, die weit über der Trendlinienvorhersage des niedrigen 7.000er-Bereichs in diesem Test liegt. Abgesehen von einigen neuen Leistungsengpässen halte ich einen Wert über 9.500 für durchaus möglich. Mit anderen Worten, ich denke, wir können eine 50-prozentige Verbesserung der Grafikleistung für die Art von High-End-Grafiken, die in Spielen verwendet werden, erwarten.

GPU Compute wird immer wichtiger. Ich wäre nicht überrascht, wenn sie bei der A14 um 50 Prozent schneller ist.
Vergrößern GPU Compute wird immer wichtiger. Ich wäre nicht überrascht, wenn sie bei der A14 um 50 Prozent schneller ist.

Wenn es darum geht, die GPU für die Berechnung zu nutzen, denke ich, dass wir einen ähnlichen Geschwindigkeitsschub erwarten können. Ein größerer Grafikprozessor plus höhere Taktfrequenz und mehr Speicherbandbreite könnte uns 50 Prozent oder mehr bringen – und damit den Geekbench 5 Compute-Score in den Bereich von 9.500 bis 10.000 springen lassen.

Bildverarbeitung und Neural Engine

Die Prozessoren der A-Serie tun viel mehr als nur CPU- und GPU-Kerne unterzubringen. Sie enthalten spezialisierte Hardware für spezielle Aufgaben wie Bildverarbeitung (um Daten von den Kameras in bombastische Fotos und Videos zu verwandeln), Videokodierung und -dekodierung und eine Neural-Engine, die maschinelle Lernaufgaben unterstützt, die im gesamten iOS verwendet werden.

In der A13 hat Apple spezielle Hardware für Matrix-Multiplikationen und einen aktualisierten "Machine Learning Controller" hinzugefügt, um diese Rechenaufgaben auf die verschiedenen Teile des Prozessors – CPU, Grafikprozessor und Neuronale Engine – zu verteilen. Es fügte der Neural-Engine nicht, wie ich vorhergesagt hatte, Kerne hinzu, aber da alle Teile der CPU, GPU und NE mit höheren Taktraten laufen, verbesserte sich die Leistung.

Apple hat der CPU im A13 neue Matrix-Matrix-Hardware hinzugefügt. Das A14 hat vielleicht keine ähnliche "neue" Funktion, aber mehr Neural-Engine-Kerne scheint eine vernünftige Erwartung zu sein.
Vergrößern Apple hat der CPU im A13 neue Matrix-Matrix-Hardware hinzugefügt. Das A14 hat vielleicht keine ähnliche "neue" Funktion, aber mehr Neural-Engine-Kerne scheint eine vernünftige Erwartung zu sein.

Dies ist ein Bereich, der Apple sehr am Herzen liegt und ein notwendiger Bestandteil der Verbesserung der Foto- und Videoqualität, der erweiterten Realität und vieler Funktionen von Siri im gesamten Betriebssystem ist. Mit der höheren Transistor-Anzahl, das durch den 5nm-Herstellungsprozess möglich ist, wird Apple dieses Mal wohl Neural-Engine-Kerne hinzufügen und möglicherweise auch andere architektonische Verbesserungen vornehmen. Es würde mich nicht überraschen, wenn Apple behauptet, dass die Aufgaben des maschinellen Lernens mindestens doppelt so schnell sind wie beim A13.

Apple liefert nicht wirklich Leistungsdetails für die Engine der Bildverarbeitung, aber der Drang nach besserer Kameraqualität ist ungebrochen, also wird es wahrscheinlich auch besser sein.

Ich lehne mich weit aus dem Fenster und sage, dass ich glaube, dass der A14 der erste Chip von Apple sein wird, der den AV1 Video-Codec in Hardware dekodiert und vielleicht sogar Hardware-Encoding unterstützt. Wenn das so ist, dann erwarten Sie, dass Apple im September einige Zeit auf der Bühne verbringen wird, um darüber zu sprechen, dass mit dem iPhone 12 aufgenommene Videos kleiner und qualitativ hochwertiger sind als je zuvor.

Schnelleres LPDDR5-RAM

Apple verwendet seit Jahren LPDDR4-Speicher in seinen iPhone-SoCs. Der Sprung von LPDDR3 zu LPDDR4 im A9 im Jahr 2015 und dann zu LPDDR4x (eine schnellere und etwas energieeffizientere Version) im A11 im Jahr 2017. Der A12 und der A13 nutzten den gleichen Arbeitsspeicher, soweit die Teardowns das bestimmen können.

Aber wir stehen an der Schwelle zur nächsten Generation mobiler Speicher mit geringem Stromverbrauch. Die Spezifikation für LPDDR5 wurde im letzten Jahr abgeschlossen und Samsung hat bereits mit der Produktion begonnen, SK-Hynix (ein weiterer beliebter RAM-Lieferant für Apple) wird bald damit beginnen. High-End Android-Handys werden in der ersten Hälfte dieses Jahres erstmals mit dem RAM ausgeliefert, sodass es wahrscheinlich ist, dass das iPhone (zumindest die High-End-Modelle) Ende des Jahres folgen wird.

Samsung stellt jetzt LPDDR5 her, für Handys, die noch in diesem Jahr ausgeliefert werden. Apple könnte einer davon sein.
Vergrößern Samsung stellt jetzt LPDDR5 her, für Handys, die noch in diesem Jahr ausgeliefert werden. Apple könnte einer davon sein.
© Samsung

Was würde das bringen? Nun, das aktuelle LPDDR5 von Samsung ist etwa 30 Prozent schneller als das LPDDR4x, das im iPhone 11 verwendet wird und mindestens 30 Prozent stromsparender. Die Speicherbandbreite ist ein kritischer Engpass für viele Aufgaben, vor allem aber für die mobile Grafikleistung und Bildverarbeitung.

Bemerkenswert: Samsung produziert derzeit nur 12-Gigabit-LPDDR5-Chips in Massenproduktion. Sollte Apple als Lieferant diesen einsetzen, würde das wahrscheinlich ein Upgrade auf 6 GB RAM im iPhone 12 bedeuten. Mit 12-Gigabit-Chips kann man nicht ordentlich 4 GB RAM herstellen, aber man kann leicht vier Chips verwenden, um ein 6 GB (48 Gigabit) Gehäuse zu produzieren.

5G Unterstützung über Snapdragon X55 Modem

Während drahtlose Modems und Funkgeräte Teil des A14-Chips selbst sind, ist es ein so kritischer Teil des iPhones, dass es sich lohnt, zu analysieren, was wir erwarten könnten.

In diesem Jahr wird allgemein erwartet, dass Apple die 5G-Unterstützung in die neuen iPhones integriert. Es ist wahrscheinlich, dass, zum Teil dank der beigelegten Rechtsstreitigkeiten und Lizenzvereinbarungen zwischen Apple und Qualcomm, alle Premium-iPhones mit dem X55-Modem ausgestattet sein werden. Modelle der unteren Preisklasse könnten dieses Modem sogar haben, aber mit deaktiviertem 5G-Funk per Software.

Damit hätten iPhones eines der allerbesten Mobilfunkmodems, das viele LTE-Funktionen und globale Netzwerke sowie das derzeit fortschrittlichste 5G unterstützt. Allerdings steht es nicht unbedingt vor allen anderen Android-Modems, die auf dem Markt erhältlich sind: Auch Android-Telefone mit dem X55-Modem werden 2020 ausgeliefert.

Apple wird mit ziemlicher Sicherheit das Snapdragon X55 Modem von Qualcomm im iPhone 12 verwenden.
Vergrößern Apple wird mit ziemlicher Sicherheit das Snapdragon X55 Modem von Qualcomm im iPhone 12 verwenden.
© Qualcomm

Was andere drahtlose Funktionen betrifft, so können wir weiterhin Unterstützung für Wi-Fi 6, Bluetooth 5, NFC und Ultrabreitband (UWB) erwarten. Letzteres war eine Überraschungsergänzung für das iPhone 11, aber ich erwarte keine weitere drahtlose Überraschung für das iPhone 12.

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