为什么高通和苹果A系芯片都是基于arm的芯片,性能差别却这么大?

如题所述

苹果A系列芯片性能强于高通芯片,一个很重要原因就是苹果A系列芯片没有集成基带,只由CPU和GPU两个部分组成,甚至连WiFi芯片也没有。因此在相同的体积和工艺制程下,苹果A系芯片CPU的面积更大,上面可以集成的晶体管数量也就越多。

而高通本来是通信行业的,和手机处理器比起来,基带芯片才是它最拿手的地方。所以高通芯片一个主要特色就是将基带芯片也集成到了处理器当中。这样做的好处是让基带芯片也和CPU、GPU一样使用最先进的工艺制程,从而减少功耗,降低发热量。但是手机芯片的体积那么小,高通处理器再继承了基带、WiFi等模块之后,留给CPU、GPU的空间就比较小了。因此同一时期的高通芯片在性能上是不如苹果A系芯片的。

但是手机不是 游戏 机,决定手机使用体验的除了性能之外还有很多方面,其中就包括基带的信号和功耗。高通拥有自己的基带技术,基带与处理器之间的兼容性更好,因此网络信号质量更佳,且功耗比较低,手机发热量小。更重要的是,由于集成了基带,其它手机厂商购买了高通处理器之后,就相当于得到了一套完整的移动平台解决方案,基带、WiFi、蓝牙之类的都包括进去了。

相对的,苹果A系处理器由于没有基带芯片,只能寻求第三方的外挂基带。而使用外挂基带就存在与处理器的兼容性问题,而且功耗比较高,手机发热量大。比如iPhone XS Max使用的英特尔基带就是基于14nm的,而同期高通芯片集成的基带只有7nm,两者的功耗就差了许多。更早的iPhone X由于CPU和基带的功耗都比较高,一玩 游戏 就发热卡顿。

比较下来,苹果A系处理器的性能好,但是信号质量稍弱一些。而通骁龙处理器的性能不如苹果,但信号质量更好。所以一般对手机性能要求比较高的用户会选择苹果手机,但如果对信号网络质量比较高的用户则会选择高通手机。

ARM只是给你一个CPU的架构,但是你要设计一整颗SoC,所以发挥的空间很大。

①苹果的芯片设计能力相当强;

②苹果没有基带,很多空间;

③iOS系统把硬件性能提升一个等级;

说起iPhone5s,大家是不是想起它率先加入了指纹识别,但是它还有一个特点让人震撼,那就是它的芯片是第一颗移动端的64位的芯片。

当然ARM架构是没推出64位的架构的,但是苹果觉得32位已经不够用,直接跳过ARM的32位的架构,自己推出了64位的架构,逼着ARM后来也推出了64位的架构。你可以想象当时的苹果设计芯片能力是多么强大。

所以,不是说给予ARM的架构,芯片设计能力就是一样的,苹果有着超乎大家想象力的芯片设计能力。

早起的芯片对比高通的,没有基带部分、没有ISP部分,甚至连WIFI的通讯芯片都没有,这些空间空出来之后,全都用来做CPU了,塞入了更加多的晶体管,性能自然更加强啊。

除此之外,苹果本身还十分舍得堆料。在芯片的缓存中,也是安卓的成倍的存在,这些成本都是相当昂贵的,但是苹果舍得给下去,大大提高芯片的缓存性能。

你以为苹果只有芯片的硬件优势?苹果的芯片很强,但是iOS的优化也是很强的。

前些年,苹果的GPU性能跟不上,但是得益于强大的CPU帮助,还有iOS的优化,让苹果的性能表现提升了一个等量级。

这才是苹果A系列芯片强大的原因。

题主说的没错,高通骁龙系列芯片和苹果A系列芯片都是用的ARM的指令集,但由于设计思路的不同,两者的CPU性能有着天壤之别。

我们知道,苹果是第一个用上64位处理器的手机厂商,为了发掘最强大的性能,苹果把自己的CPU做的非常强悍。于是,在当年令人无法想象的A7处理器就诞生了。

A7 Cyclone是一个很宽的架构,每个时钟周期最多可以同时解码、发射、执行、收回6个指令/微操作,作为比较,上一代的A6 Swift则最多不超过3个。另一方面,A7的重排序缓冲达到了惊人的192,是上代的四倍多,同时巧合的是正好与Intel Haswell架构一样。分支预测错误惩罚也增加了,但幅度不大,而且又正好与Intel Sandy Bridge及其后的架构在同样范围内。也就是说,A7的规模几乎已经能和桌面版的core处理器相比较了。

这种情况下,A7展现出了巨大的单核性能提升,高通方面直到骁龙652处理器发布才能够与之相比。

高通骁龙处理器一直以来都是魔改ARM公版架构,公版架构的规模相当小,同主频的时候公版架构性能只有苹果A系列的一半。因此高通处理器的单核性能相对较弱,但较小规模的架构可以堆更多的核心,因此,高通处理器的多核心性能还是不错的。我们能够看到,骁龙845的单核性能依然不如A9,但多核性能已经接近A11了。

如果从芯片的角度来说,高通和苹果的产品不完全基于ARM,不过,总体的印象来说,苹果的A系列芯片确实会好过高通。下边先列举几个整体性的原因,后边说一些关于CPU的内容。

高通的旗舰芯片大多出现在年初,而苹果的产品是在秋天,两款芯片之间是有着半年多的时间差。比如高通骁龙845表现非常不错,结果到了秋天,苹果弄出来一个A12。第二年高通的855出来了,但是产品上市,铺货,七七八八的事情处理完成,855这样的芯片大范围输送到用户手里可能要到年中,然而苹果下一代又要快来了。

一般来说事情有个先后,而年份又是一个非常重要的整体概念和划分依据,即使两方的设计能力相当,并且都意图设计最好的芯片,但这种时间上的差就会造成晚出来的那个会有更好的表现,也更容易使用最新的一些技术。另外,苹果的运营效率不得不佩服,A系列芯片可以瞬间触及用户,技术的传到也会带来技术感知上的时间差。

芯片的表现是一个综合的概念,也要通过产品来实现。由于苹果品牌和价格上的优势,产品属于高端的原因,苹果手机的整体定位倾向于市场上最好的那类,如果产品表现好,也会去部分带动芯片的表现。

其中一个比较重要的环节在价格,依托iPhone高端上比较大的销量,苹果可以在芯片上大量投入,可以把高性能的芯片更好的卖出去。这种更为良性的循环可以推动苹果设计出更好的芯片。安卓这边由于产品挡位铺的比较大,中低端的产品不再少数,其中一些芯片并没有使用那么先进的技术,而国内一些性价比的机型在突出性能的同时,在整体素质方面也会多少有些不足,这些在产品端的不足会对芯片的表现带来不利的影响,甚至可能不能发挥芯片性能的极致。当然,这里说的不光光是跑分,芯片是一个非常综合的东西。

这个方面其实很好理解了,也就是经常提到的优化问题。

乔布斯提到一个类似这样的观点,好的软件公司都要有自己的硬件。软件是我们接触最直接的部分,系统相应, 游戏 表现等都是软件的图像带来的直接反馈。苹果的A系列芯片是为IOS专门定制,整体表现会占优势。反过来说,IOS就像是一个优化器,可以把A系列的性能更好的展现出来。

手机毕竟是多功能集成的产品,IOS的规则可以更好的实现资源调度。最常见的例子:安卓的后台问题直到现在还是会多多少少拖累整机的表现。

总体上来说,由于时间差,产品定位,不同平台的问题,苹果和高通的芯片在最终表现上确实会有差距。

不过从目前的表现来看,两者之间的差距其实并没那样巨大,一则是芯片技术的发展,另外一个原因在于手机这个品类的成熟。当中档产品已经可以满足大部分需求的时候,高端芯片差距的感知也会变少。

问题中提到了ARM,这里简要说几个关于CPU的部分,也应该是熟知的部分了。

1、指令集

提到ARM,最直接的关联是指令集。ARM定了很多规范,不过苹果和高通如何使用这些规范则是另外一回事儿。而规范的使用和规范的制定存在相互影响,很难说苹果的芯片就是完完全全的按照ARM的规范来,也有可能是苹果和高通在一些地方用的好进而影响规范的制定。总之,ARM作为芯片行业中重要的一员,但并不是说万物就基于ARM。另外,现在手机芯片集成的功能很多,ARM也并不能完全覆盖,比如常说的人工智能芯片,GPU,ISP,网络模块等。

2、架构

苹果和高通的芯片架构差别,比如A12,六核心,两个Vorex核心,四个tempest核心。

高通骁龙855,八核心,一个prime核心,三个performance核心,四个efficiency核心。两者在缓存,内存控制,调度极致方面肯定有很多不同。不过究竟哪个好还是会回到前边的内容,最终的产品和平台如何使用。另外,在宣传策略上也会有差异,苹果经常是丢出一句,非常强,参考对象变成了英特尔。而高通这边,除了和苹果芯片竞争,还要面对华为,三星等芯片的竞争,总体思路上也会有一些变化。

以上还只是CPU这一个部分,整个芯片的架构和最终表现的差异最终会更大。总体来说,把苹果和高通的芯片直接对比很难说的清楚。

最后提下这里对移动芯片的看法。相比性能,多功能集成和进一步小型化封装或许更值得去关注。比如,apple watch的S芯片。另外,芯片是否有好的表现依托于产品,而只有产品有好的销量才可以维持芯片的不断进步。试想,如果没有智能手机的兴起,哪里有ARM的一统江湖。

严格地来说,高通骁龙和苹果A系列芯片采用的是ARM的架构/指令集层级授权,而并非简单地使用了ARM的IP核心。

这个级别的授权可以对ARM架构进行大幅度改造,甚至可以对ARM指令集进行扩展或缩减,苹果就是一个很好的例子,在使用ARMv7-A架构基础上,扩展出了自己的苹果swift架构。

那既然都是架构/指令集层级授权,为什么高通骁龙和苹果A系列芯片的性能差异那么大?

其实单纯从跑分的角度来看,骁龙的多核性能和A系列芯片不相上下。但苹果采用的了“少核心,多性能”的策略,不计成本地增大核心面积和效率,用来换取功耗和性能。

不仅如此,苹果设计的芯片在流水线效率、通道、带宽和L2/L3上从不吝啬,目的就是为了把单核的性能提高。

这样的设计对于日常应用和 游戏 来说很占优势,因为这些场景下CPU更多的是单核(或双核)工作。

另外一个让我们觉得A系列芯片性能更好的原因是iOS对于苹果芯片的优化,正是因为苹果不仅有自研芯片的能力,更是在操作系统上形成了闭环,使得iOS配+苹果芯片的体验要超过安卓+高通芯片。

从底层一点的技术上来看,由于安卓采用的Java虚拟机导致了安卓系统对资源的占用要比苹果iOS要多,一直以来就使得安卓手机在体验上没有苹果手机流畅。

不过这两年随着芯片性能和内存容量的不断提高,安卓手机的体验已经越来越接近苹果手机。而骁龙的GPU性能要比A系列芯片更胜一筹,所以两者的差距事实上并没有想象中的那么巨大。

拿A10做例子说明:

简单理解就是A系没基带,可以堆CPU配置,其它处理器需要内置基带,核心面积有限。

苹果A系列芯片是用面积换速度!

作为芯片设计者很难清楚,芯片其实就是速度、面积、功耗的折中,三者完全折中才是最出色的产品。当然,如果要追求高速度,那么就要加大面积,提高功耗。

我们这里做一个简单的比喻,我们要把8箱苹果从楼下拿到楼上怎么速度够快呢?

第一种情况 :找一个跑得快的人,一个楼梯,每次上下楼用时3分钟,每次搬一箱,那么8箱就需要8次,用时24分钟;

第二种情况 :找一个跑得快的人,两个慢的人。快的用时3分钟一个来回,慢的人5分钟一个来回,那么快的人搬5次,慢的人三次,总共用时15分钟,比之前少用了9分钟,但是多请了一个人。

第三种情况 :把楼梯改成电梯,缩短上下楼时间。那么就要在房间里安装个电梯,那么时间就更多短了。

第四种情况: 就是多找几个人,坐着电梯上下,就会更快。这样的话,屋内的人多了,消耗多了,电梯也占了空间,那么就需要更多的空间。

其实芯片设计也一样,要么多核设计,要么增大面积,增加电路;苹果手机芯片内部没有基带芯片,所以相同的大小可以放更多的电路,那么势必导致其速度更快。当然功耗也随之增加,这也是苹果手机续航差的一个原因。

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高通和苹果均使用ARM公司的ARM架构,为何性能差距这么大?

让我们一起来看看,为何苹果处理器要远远领先其他厂家呢。

ARM公司已经将基础框架搭建完成,如何进一步设计则看各家公司的研发实力。

所有的一切,同苹果高额的利润模式同样密不可分。

苹果处理器芯片面积较大,并且没有集成基带芯片,节省了一定空间。

一个使用安卓系统,一个使用iOS系统。

设计对象的差异化,导致两款处理器性能也存在差异。
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