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iPhone 13: So schnell wird Apples A15-Prozessor

22.03.2021 | 10:22 Uhr |

Prognosen zu Apples neuem SoC basieren auf Extrapolation aus der Vergangenheit und anderen vernünftigen Annahmen.

Normalerweise hält sich Apple mit Informationen über seine zukünftigen Prozessoren zurück und kündigt sie lieber zusammen mit einem neuen Produkt an. Zum Beispiel erfuhren wir keine Details über den M1, bis Apple die neuen Macbooks mit diesem SoC (System on a Chip) vorstellte, und wir wussten sehr wenig über den A14, bevor er im iPad Air auftauchte. So werden wir wahrscheinlich nichts über den A15 hören, bis Apple später in diesem Jahr das iPhone 13 (alle Infos und Gerüchte) vorstellen wird.

Dennoch können wir uns ein Bild von der möglichen Zukunft machen. Wenn wir den Trend der vergangenen A-Serien-Prozessoren und das, was wir über modernste Chipherstellung wissen, zusammen mit ein paar fundierten Vermutungen studieren, können wir eine ziemlich gute Vorstellung davon bekommen, was vom A15 zu erwarten ist.

iPhone 13: Features, Design, Preis – das kommt 2021

Immer noch 5 Nanometer, aber besser

Mit dem A14 machte Apple den Sprung von einem 7-nm-Fertigungsprozess zu TSMCs brandneuem 5-nm-Prozess. Tatsächlich war es der erste große Consumer-Chip überhaupt, der damit hergestellt wurde (Qualcomms 5-nm-Chip Snapdragon 888 kam ein paar Monate später auf den Markt).

Der nächste Schritt auf dem Weg zu immer kleineren und energieeffizienteren Chipherstellungstechnologien wird der 3-Nanometer-Prozess sein. Mit fast doppelter Dichte von Chiplogik zusammen mit entweder einer 25-30 prozentigen Reduzierung des Stromverbrauchs bei gleicher Leistung oder einer 10-15 prozentigen Verbesserung der Leistung bei gleichem Stromverbrauch.

Aber die 3-Nanometer-Fertigung ist einfach noch nicht bereit. Apple zahlt viel, um als einer der ersten TSMCs fortschrittlichste neue Fertigungstechniken zu nutzen, aber TSMC wird nicht vor dem nächsten Jahr in der Lage sein, hunderte Millionen 3-nm-Chips für Apple zu produzieren: Das wird dann der A16 sein.

In der Zwischenzeit wird erwartet, dass Apple eine optimierte Version des 5nm-Fertigungsprozesses für den A15 verwenden wird, der die Leistungs- und Stromverbrauchseigenschaften leicht verbessern könnte.

Größere Größe, mehr Transistoren

Der A14 wird schätzungsweise knapp unter 90 mm 2 groß sein (etwa 10 Prozent kleiner als der A13), aber die größten iPhone-SoCs waren bisher etwas über 100 mm 2 groß. Da es beim A15 aber keine großen Fortschritte in der Fertigungstechnologie gibt, auf die man sich verlassen könnte, werden die Leistungs- und Stromverbrauchsverbesserungen hauptsächlich aus Verbesserungen der Architektur und der Herstellung eines einfach größeren Chips kommen müssen, ähnlich wie beim A13 im Vergleich zum A12. Gehen wir also davon aus, dass der A15 höchstens 15-20 Prozent größer sein wird, mit einer entsprechenden größeren Anzahl von Transistoren. Kein iPhone-SoC war bisher größer.

Das bringt die hypothetische Menge an Transistor auf dem A15 in den Bereich von etwa 14 Milliarden. Bei dieser Schätzung gibt es viel Spielraum, und Apple muss viele schwierige Entscheidungen über die Chipgröße im Verhältnis zu Kosten und Leistung treffen. Aber als grobe Faustregel erwarte ich, dass das Unternehmen ca. 15-20 Prozent mehr Transistoren zur Verfügung hat und stütze meine Leistungs- und Funktionsvorhersagen auf diesen Wert.

CPU-Leistung

Die Verbesserungen der Single-Core-CPU-Leistung bei Apples SoCs der A-Serie waren in den letzten Jahren bemerkenswert konstant. Ich gehe davon aus, dass sich dieser Trend fortsetzen wird, was das Single-Core-Geekbench-5-Ergebnis des A15 auf etwa 1.800 bringen würde, vielleicht sogar ein wenig mehr.

Die Single-Core-CPU-Leistung des A14 ist bereits grandios und der A15 wird wahrscheinlich noch grandioser sein.
Vergrößern Die Single-Core-CPU-Leistung des A14 ist bereits grandios und der A15 wird wahrscheinlich noch grandioser sein.

Apple übertrumpft an diesem Punkt alle Android-Telefone - bei Weitem. Ein Score von 1.800 ist etwa 75 Prozent schneller als der Snapdragon 888 im Galaxy S21. Der A12 von Ende 2018 ist übrigens ein bisschen schneller als das Samsung Galaxy S21 (das in unserem Test 1076 Punkte erreichte). Apple spielt in einer eigenen Liga.

Es gibt nicht viel Grund für Apple, die Anzahl der Kerne über das aktuelle Setup hinaus zu erweitern: zwei hocheffiziente Kerne und vier Hochleistungskerne. Die Multi-Core-Performance verbessert sich genauso wie die Single-Core-Performance, aber oft in einem geringeren Ausmaß (dank Cache-Konkurrenz, Ressourcenzuweisung, thermischen Einschränkungen und so weiter). Ein Geekbench-5-Multi-Core-Score von 4.800 wäre erreichbar, aber meine Vermutung ist, dass der Wert näher an 4.600 liegen werde.

Ohne zusätzliche CPU-Kerne wird der A15 wahrscheinlich eine Multi-Core-Leistungssteigerung haben, die der Single-Core-Leistung folgt.
Vergrößern Ohne zusätzliche CPU-Kerne wird der A15 wahrscheinlich eine Multi-Core-Leistungssteigerung haben, die der Single-Core-Leistung folgt.

Auch das wäre nur eine Blamage für die Android-Telefone, die gerade erst die 3.000er-Marke überschreiten konnten.

Grafik-Leistung

Apple hat im A14 eine eigene Quad-Core-GPU, und die ist nur knapp schneller als die Quad-Core-GPU im A13. Aber der A13 war viel schneller als die Quad-Core-GPU im A12. Mit anderen Worten: Machen Sie sich nicht zu viele Gedanken darüber, wie viele "Kerne" die GPU im A15 hat. Die Grafikleistung hängt von so vielen Faktoren ab, nicht zuletzt von der verfügbaren Speicherbandbreite.

Einer einfachen Trendlinie folgend, würde ich im 3DMark Sling Shot Unlimited Test einen Score von etwa 7.200 oder so erwarten. Das ist hervorragend, aber kein besonders großer Sprung gegenüber dem A14.

Zu diesem Zeitpunkt ist dieser Benchmark schon ziemlich veraltet.
Vergrößern Zu diesem Zeitpunkt ist dieser Benchmark schon ziemlich veraltet.

Der Sling-Shot-Test ist zu diesem Zeitpunkt allerdings schon ziemlich alt. Der neue 3DMark-Wild-Life-Test ist viel moderner und repräsentiert besser, wie moderne GPUs die neuesten High-End-3D-Spiele verarbeiten. Die Frameraten in diesem Test könnten in die hohen 50er-Werte gehen und vielleicht sogar die magische Zahl von 60fps erreichen.

Dies ist ein viel modernerer 3D-Grafiktest und ein besseres Beispiel dafür, was wir von der Leistung von High-End-Spielen erwarten können.
Vergrößern Dies ist ein viel modernerer 3D-Grafiktest und ein besseres Beispiel dafür, was wir von der Leistung von High-End-Spielen erwarten können.

Wir sollten aber nicht nur auf die 3D-Grafikleistung schauen. Apple scheint zunehmend damit beschäftigt zu sein, die Rechenleistung seiner GPUs zu verbessern. Das bedeutet, dass die GPU dazu genutzt wird, massiv-parallele mathematische Routinen zu verarbeiten, die oft bei Dingen wie Bild- und Videobearbeitung, KI und maschinellem Lernen und wissenschaftlicher Arbeit verwendet werden. Geekbench 5 hat einen Test für diese GPU-Berechnungsfähigkeiten unter Verwendung der Metal-API, und Apples Chips der A-Serie werden mit jeder Veröffentlichung viel schneller. Die Punktzahl für den A15 könnte bis zu 12.000 betragen, auf Augenhöhe mit den iPad Pros, die den A12Z verwenden. Das ist vergleichbar mit der Leistung der GeForce GTX 980M.

Die GPU-Rechenleistung war schon immer ein Schwerpunkt für Apple.
Vergrößern Die GPU-Rechenleistung war schon immer ein Schwerpunkt für Apple.

Wenn jedoch die aktuelle 3D-Grafikleistung vor allem durch die Speicherbandbreite eingeschränkt wird und Apple es schafft, diese deutlich zu verbessern (durch größere/bessere Caches oder einen Wechsel zu LPDDR5), könnten wir einen viel größeren GPU-Leistungsschub bekommen.

Endlich LPDDR5 RAM?

Letztes Jahr habe ich spekuliert, dass Apple den Wechsel von LPDDR4X, der in den letzten drei Generationen der A-Serien-Chips verwendet wurde, zu LPDDR5, dem RAM, der im Galaxy S21 und anderen High-End-Android-Handys verwendet wird, vollziehen würde. Seltsamerweise ist das nicht passiert - der A14 und sogar das M1, das darauf basiert, verwenden LPDDR4X.

Die neuesten Telefone haben LPDDR5-Speicher, der etwa 50% mehr Bandbreite als LPDDR4X bietet.
Vergrößern Die neuesten Telefone haben LPDDR5-Speicher, der etwa 50% mehr Bandbreite als LPDDR4X bietet.
© Samsung

Im Jahr 2021 sollte Apple endlich diesen Sprung wagen. Dadurch wird bis zu 50 Prozent mehr Speicherbandbreite bei gleicher Leistung zur Verfügung stehen. Das wird es einfacher machen, alle CPU- und GPU-Kerne mit Daten zu versorgen, was eine bessere dauerhafte Leistung bedeutet. Doch könnte auch der Stromverbrauch sinken und die Akkulaufzeit länger werden.

Benchmark-Tests passen oft in den Cache des Prozessors und skalieren nicht direkt mit der Speicherbandbreite. Anwendungen in der realen Welt profitieren tendenziell mehr von zusätzlicher Speicherbandbreite als synthetische Benchmarks. Moderne High-End-3D-Grafiken skalieren jedoch in der Regel gut mit zusätzlicher Bandbreite. Die Umstellung auf LPDDR5 wird jede speichergebundene Situation verbessern, hat aber die deutlichsten Auswirkungen auf High-End-Grafikanwendungen.

Bildverarbeitung und Neural-Engine

Wir erhalten nicht oft viele detaillierte Informationen über die Teile von Apples SoCs, die neben den Kernen enthalten sind. Das Apple-Silizium hat eine Vielzahl von Encodern und Decodern, Bildverarbeitung, Audio-DSPs und andere Dinge, um bestimmte Aufgaben zu beschleunigen. Sie sind wichtig, aber schwer zu isolieren, um die Leistung zu messen. Wird dies das erste Apple-Silizium sein, das einen Hardware-Decoder für den AV1-Videocodec enthält? Ich hoffe es!

Allerdings erhalten wir einige interessante Informationen über einen solchen Spezialbeschleuniger: die Neural Engine, Apples Anordnung für maschinelles Lernen. Der A14 verfügt über 16 Neural-Engine-Kerne, doppelt so viele wie im A13. Zusammen mit anderen Verbesserungen steigerte dies die Leistung auf 11 Tops (Billionen von Operationen pro Sekunde).

Apple legt großen Wert auf maschinelles Lernen und wird die ML-Leistung sicherlich noch weiter steigern wollen. Auch hier erwarte ich eine Kombination aus architektonischen Verbesserungen und zusätzlichen Kernen, obwohl letzteres durch die begrenzte Chipgröße und das Transistor-Budget etwas eingeschränkt sein könnte. Ich schätze, dass die endgültige Leistung zwischen 15 und 20 Tops liegen wird, aber das ist nicht viel mehr als eine Schätzung.

Ein Upgrade für das Modem

Das aktuelle iPhone-12-Lineup verwendet Qualcomms Modem Snapdragon X55. Das Unternehmen hat bereits den Nachnachfolger X65 angekündigt, wird damit aber nicht rechtzeitig für das diesjährige neue iPhone fertig sein. Qualcomm kündigt diese Modems Monate vor Beginn der Serienproduktion an, und dann dauert es noch viele Monate, bis die Telefonhersteller sie integrieren, testen und qualifizieren.

Kurz gesagt, der A15 wird wahrscheinlich mit dem Snapdragon-X60-Modem kommen. Das X60 unterstützt die gleichen Spitzengeschwindigkeiten wie das X55 (weit über dem, was jeder Netzbetreiber derzeit liefern kann), sollte aber dank der verbesserten Carrier-Aggregationstechnologie konstant hohe Geschwindigkeiten liefern.

Das Snapdragon X60-Modem sollte eine ähnliche Leistung wie das 5G-Modem in der iPhone 12-Linie erbringen, jedoch mit geringerem Stromverbrauch.
Vergrößern Das Snapdragon X60-Modem sollte eine ähnliche Leistung wie das 5G-Modem in der iPhone 12-Linie erbringen, jedoch mit geringerem Stromverbrauch.
© Qualcomm

Die größte Verbesserung wird wahrscheinlich die Akkulaufzeit sein, der X60-Chip wird mit einem 5-nm-Prozess hergestellt, während der X55 auf einem 7-nm-Prozess basierte. Das bedeutet einen kleineren, stromsparenderen Chip und wahrscheinlich weniger Einbußen bei der Akkulaufzeit durch die Nutzung von 5G.

Was andere drahtlose Funktionen angeht, so können wir weiterhin Unterstützung für Wi-Fi 6, Bluetooth 5, NFC und Ultrabreitband (UWB) erwarten. Vielleicht sehen wir sogar einen Sprung auf das neuere Wi-Fi 6E. Noch unterstützen nicht viele Router das 6-GHz-Frequenzspektrum, aber es wird in diesem Herbst, wenn das iPhone 13 vorgestellt wird, und im Laufe der Lebensdauer des Produkts überall verbreitet sein.

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