臺(tái)積電或?qū)⒊袚?dān)A17芯片缺陷成本 A17能否為iPhone 15帶來(lái)質(zhì)的飛躍？

臺(tái)積電的3nm晶圓廠制程良率在70%-80%之間，但蘋(píng)果不會(huì)替這些缺陷產(chǎn)品買(mǎi)單。

據(jù)The Information報(bào)道，臺(tái)積電和蘋(píng)果已簽署一份協(xié)議，前者將吸收生產(chǎn)蘋(píng)果A17芯片時(shí)出現(xiàn)缺陷產(chǎn)品的成本，該協(xié)議將替蘋(píng)果在iPhone、iPad、Mac芯片方面節(jié)省至少數(shù)十億美元的成本。

另外根據(jù)協(xié)議，雖然A17芯片缺陷率偏高，但蘋(píng)果仍然可以長(zhǎng)期優(yōu)先享受臺(tái)積電的先進(jìn)技術(shù)，而對(duì)臺(tái)積電而言，蘋(píng)果訂單量龐大到足以抵銷(xiāo)額外成本。

報(bào)道指出，臺(tái)積電的3nm晶圓廠制程良率在70%-80%之間，這意味著采用新技術(shù)生產(chǎn)的芯片中有多達(dá)五分之一是有缺陷的，但蘋(píng)果不會(huì)替這些缺陷產(chǎn)品買(mǎi)單。

晶圓廠使用大型硅晶圓一次制造多個(gè)芯片，然后將晶圓切成許多單獨(dú)的處理器芯片，這是很正常的，尤其是在全新制造工藝的早期階段，許多die最終都會(huì)出現(xiàn)缺陷，要么根本無(wú)法工作，要么不符合訂購(gòu)公司的規(guī)格。

通常，芯片設(shè)計(jì)者必須為每個(gè)芯片付費(fèi)，無(wú)論它是否有效，這是公司會(huì)出售以較低時(shí)鐘速度運(yùn)行的芯片的主要原因，這樣，他們就可以從有缺陷的die中收回一些錢(qián)，而不是一無(wú)所獲。蘋(píng)果與臺(tái)積電的訂單顯然足夠大，臺(tái)積電有能力不向蘋(píng)果收取有缺陷芯片的費(fèi)用。

The Information 稱，臺(tái)積電 2022 年?duì)I收 720 億美元中，蘋(píng)果占了 23%，使蘋(píng)果成為“迄今為止臺(tái)積電最大的客戶”。幾個(gè)月來(lái)一直有報(bào)道稱，蘋(píng)果已在短期內(nèi)購(gòu)買(mǎi)了臺(tái)積電全部3nm制造產(chǎn)能，臺(tái)積電的3nm技術(shù)將獨(dú)占蘋(píng)果“大約一年”，之后才會(huì)有產(chǎn)能允許其它公司使用它。

自從蘋(píng)果公司在 2014 年開(kāi)始使用臺(tái)積電生產(chǎn)蘋(píng)果 A8 和 iPhone 6 以來(lái)，這筆交易顯然已經(jīng)到位。蘋(píng)果一度使用多種來(lái)源來(lái)生產(chǎn)其處理器，在一些 iPhone 中使用三星制造的處理器，而在一些 iPhone 中使用臺(tái)積電制造的芯片。但過(guò)去十年的大部分時(shí)間里，蘋(píng)果公司的所有芯片都是在臺(tái)積電生產(chǎn)的。

簡(jiǎn)而言之，蘋(píng)果作為臺(tái)積電最大客戶，臺(tái)積電正在幫助這家 iPhone 制造商在競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先地位，同時(shí)節(jié)省數(shù)十億美元。

至于蘋(píng)果將在競(jìng)爭(zhēng)中領(lǐng)先多遠(yuǎn)，The Information指出，英特爾是目前唯一一家明年有3nm芯片業(yè)務(wù)的客戶。

此前有報(bào)道稱，蘋(píng)果已向臺(tái)積電下單3nm芯片。但根據(jù)TheInformation報(bào)道，臺(tái)積電之所以能夠開(kāi)發(fā)出更新的技術(shù)，是因?yàn)樘O(píng)果愿意盡早批量訂購(gòu)新的芯片。

因此，蘋(píng)果正在資助3nm芯片的開(kāi)發(fā)。一旦缺陷改善、產(chǎn)能增加，臺(tái)積電將能向其它沒(méi)有這類(lèi)私下協(xié)議交易的公司出售3nm芯片。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用3nm制程意味著即將推出的iPhone 15可能會(huì)因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)提高35%的效能。截稿前，蘋(píng)果和臺(tái)積電均未對(duì)此公開(kāi)置評(píng)。

蘋(píng)果預(yù)料將在9月13日左右發(fā)布iPhone 15和iPhone 15 Pro，其中只有后者采用最新的A17芯片。

A17能否為iPhone 15帶來(lái)質(zhì)的飛躍？

2022年，A16 是iPhone 14 Pro 的專(zhuān)屬，而標(biāo)準(zhǔn)版 iPhone 14 使用的是 A15。我們預(yù)計(jì)今年會(huì)重演這種模式，新的 A17 是iPhone 15 Pro 和 iPhone 15 Pro Max（或iPhone 15 Ultra）獨(dú)有的，而標(biāo)準(zhǔn)的 iPhone 15 將使用A16。

這是蘋(píng)果在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)的發(fā)展方向嗎？對(duì) Apple 來(lái)說(shuō)，它降低了成本，并有助于在普通機(jī)型和 Pro 機(jī)型之間形成更大的差異化，這往往會(huì)促使客戶購(gòu)買(mǎi)更昂貴的 iPhone。

A14、A15 和 A16 均采用臺(tái)積電的 5nm 制造工藝。誠(chéng)然，這個(gè)過(guò)程隨著時(shí)間的推移而發(fā)展，生產(chǎn)出密度更高、能效更高的芯片，但沒(méi)有什么比向下一個(gè)主要工藝節(jié)點(diǎn)的飛躍更重要的了。這就是我們幾乎肯定會(huì)通過(guò) A17 獲得的結(jié)果——第一款采用臺(tái)積電 3nm 工藝制造的消費(fèi)類(lèi)芯片。

Apple 將享受 3nm 工藝的優(yōu)勢(shì)，最大的優(yōu)勢(shì)是密度更高——A16 大約有 160 億個(gè)晶體管，預(yù)計(jì)A17 的晶體管數(shù)量將超過(guò) 200 億個(gè)，可能高達(dá)約 240 億個(gè)。

3nm 工藝提供更高的能效，具有可比速度的可比芯片，但蘋(píng)果不會(huì)以可比速度制造可比芯片。最大功耗將受到電池尺寸、散熱和其它因素的限制，我們不能指望僅從轉(zhuǎn)向 3nm 工藝后電池壽命就會(huì)發(fā)生巨大變化。至少，不是為了在全功率下主動(dòng)使用——在這種情況下，不僅芯片可能消耗幾乎同樣多的功率，而且顯示器和收音機(jī)也會(huì)造成很大的功率消耗。

我們可能會(huì)看到的一些改進(jìn)是待機(jī)模式，隨著轉(zhuǎn)向 3nm 工藝，待機(jī)模式可能會(huì)明顯好轉(zhuǎn)。

ARM在 2021 年推出了v9 架構(gòu)，我們認(rèn)為 A16 可能是蘋(píng)果首款支持新的 v9 指令集的芯片，它支持帶有大量 Apple 自己的擴(kuò)展的 ARM v8.6。今年，由于晶體管預(yù)算更高，似乎有可能支持 ARM v9。

ARM v9 指令集和架構(gòu)提供了哪些優(yōu)勢(shì)？Apple 設(shè)計(jì)了自己的 CPU 內(nèi)核，v9 架構(gòu)承諾的許多性能優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在 Apple 的設(shè)計(jì)和 ARM 擴(kuò)展中實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，Snapdragon 8 Gen 1 是首批采用 ARM Cortex-X2 內(nèi)核并支持 ARM v9 的高端智能手機(jī) CPU 之一，Apple 的 A15 性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)它。

很多聲稱 ARM v9 比 ARM v8 提供了 30% 的性能改進(jìn)，但這是針對(duì) ARM 自己的核心設(shè)計(jì)，并沒(méi)有考慮自定義擴(kuò)展的使用。Apple 在這方面完全不同——我們可能不會(huì)看到 A17 的 CPU 性能提高 30%。

Apple 用于 A17 的新CPU 內(nèi)核幾乎肯定會(huì)更快，但不一定是因?yàn)檗D(zhuǎn)向了 ARM v9。CPU 核心性能受指令集、分支預(yù)測(cè)、指令解碼、執(zhí)行單元、緩存結(jié)構(gòu)和大小、時(shí)鐘速度以及許多其他因素的影響。

就一般核心數(shù)量而言，Apple 似乎沒(méi)有太多理由超越自 A11 仿生以來(lái)一直存在的 4 個(gè)效率核心和 2 個(gè)性能核心。我們只希望它們的性能提高 15%。

回顧一下過(guò)去幾年的 CPU 性能提升，我們預(yù)期Geekbench 5 的單核分?jǐn)?shù)在 2100-2200 之間，多核分?jǐn)?shù)剛剛超過(guò) 6000。Geekbench 6 剛剛發(fā)布，我們沒(méi)有多年的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，但單核分?jǐn)?shù)超過(guò) 2800，多核分?jǐn)?shù)超過(guò) 7300 似乎是合理的。最近的泄密事件聲稱單核得分為 3019，多核得分為 7860，這并非不可能。

A17 的單核分?jǐn)?shù)類(lèi)似于最新的 Ryzen 高端臺(tái)式機(jī) CPU 和第 13 代酷睿 i7 英特爾處理器，但多核分?jǐn)?shù)要低得多分?jǐn)?shù)。A16 已經(jīng)完全擊敗配備頂級(jí) Snapdragon 8 Gen 2 的 Android 手機(jī)，而 A17 應(yīng)該只會(huì)擴(kuò)大差距。

如果說(shuō)這些年來(lái)我們學(xué)到了什么，那就是Apple CPU 的性能提升有多穩(wěn)定。無(wú)論哪一年架構(gòu)發(fā)生重大變化或制造工藝飛躍，單核和多核性能幾乎呈直線上升。預(yù)計(jì)今年會(huì)有類(lèi)似的改善是非常合理的。

GPU 是 A17 可能非常有趣的一個(gè)領(lǐng)域。蘋(píng)果一直在將每個(gè)新的 A 系列芯片的 GPU 性能平均提高20% 左右，盡管它可以在 15%-30% 之間的任何地方。沒(méi)有太大變化的是 GPU 的整體功能集。它變得越來(lái)越快，并且有一些小的新功能，如可變光柵化率和 GPU 計(jì)算的 SIMD 改進(jìn)，但蘋(píng)果在光線追蹤加速等重要功能方面落后于桌面 GPU多年。

有消息稱A16 打算擁有一個(gè)主要的 GPU 架構(gòu)，但它沒(méi)有及時(shí)準(zhǔn)備好，所以它得到了與 A15 相同的 GPU（但更多的內(nèi)存帶寬提高了性能）。

我認(rèn)為 Apple 很可能已經(jīng)為 A17 準(zhǔn)備了更新的 GPU 架構(gòu)。光線追蹤加速等功能對(duì) iPhone 來(lái)說(shuō)可能并不重要，但這種 GPU 設(shè)計(jì)將在未來(lái)的 M 系列Mac 處理器中找到用武之地，因?yàn)槿鄙俟饩€追蹤加速等高級(jí) GPU 功能使它們遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于最先進(jìn)的技術(shù)水平。

我們還可以期待當(dāng)前使用 GPU 進(jìn)行計(jì)算的 3D 游戲和應(yīng)用程序的性能提升。當(dāng)架構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，加速往往是可變的。

保持大約 20% 的加速，Geekbench 5 GPU 計(jì)算得分超過(guò) 18,000。請(qǐng)記住，該基準(zhǔn)衡量的是GPU 的計(jì)算性能，而不是其渲染 3D 圖形的能力。

對(duì)于 3D 圖形，20% 的加速將導(dǎo)致3DMark Wild Life Unlimited 測(cè)試以大約 88fps 的速度運(yùn)行，而 A16 為 74fps。目前，Snapdragon8 Gen 2 在此測(cè)試（以及其它3D 圖形測(cè)試）中比 A16更快，但這將使 Apple 略微領(lǐng)先。

相對(duì)于 CPU 的改進(jìn)，GPU 的性能每年變化更大。從 A15 到 A16 的改進(jìn)是微不足道的，這主要是由于時(shí)鐘速度的輕微改進(jìn)和內(nèi)存帶寬的改進(jìn)。今年，如果我們同時(shí)獲得新的 GPU 架構(gòu)和主要的制造工藝改進(jìn)，飛躍可能會(huì)大得多。

我們預(yù)計(jì) Apple 將繼續(xù)投資于其 H.264、HEVC 和 ProRes 格式編碼器的性能和能效。 *聲明：本文系原作者創(chuàng)作。文章內(nèi)容系其個(gè)人觀點(diǎn)，我方轉(zhuǎn)載僅為分享與討論，不代表我方贊成或認(rèn)同，如有異議，請(qǐng)聯(lián)系后臺(tái)。

審核編輯：劉清