為什麼高通和蘋果A系芯片都是基於arm的芯片,性能差別卻這麼大?

蘋果芯芯


嚴格地來說,高通驍龍和蘋果A系列芯片採用的是ARM的架構/指令集層級授權,而並非簡單地使用了ARM的IP核心。


這個級別的授權可以對ARM架構進行大幅度改造,甚至可以對ARM指令集進行擴展或縮減,蘋果就是一個很好的例子,在使用ARMv7-A架構基礎上,擴展出了自己的蘋果swift架構。


那既然都是架構/指令集層級授權,為什麼高通驍龍和蘋果A系列芯片的性能差異那麼大?


其實單純從跑分的角度來看,驍龍的多核性能和A系列芯片不相上下。但蘋果採用的了“少核心,多性能”的策略,不計成本地增大核心面積和效率,用來換取功耗和性能。


不僅如此,蘋果設計的芯片在流水線效率、通道、帶寬和L2/L3上從不吝嗇,目的就是為了把單核的性能提高。



這樣的設計對於日常應用和遊戲來說很佔優勢,因為這些場景下CPU更多的是單核(或雙核)工作。


另外一個讓我們覺得A系列芯片性能更好的原因是iOS對於蘋果芯片的優化,正是因為蘋果不僅有自研芯片的能力,更是在操作系統上形成了閉環,使得iOS配+蘋果芯片的體驗要超過安卓+高通芯片。


從底層一點的技術上來看,由於安卓採用的Java虛擬機導致了安卓系統對資源的佔用要比蘋果iOS要多,一直以來就使得安卓手機在體驗上沒有蘋果手機流暢。


不過這兩年隨著芯片性能和內存容量的不斷提高,安卓手機的體驗已經越來越接近蘋果手機。而驍龍的GPU性能要比A系列芯片更勝一籌,所以兩者的差距事實上並沒有想象中的那麼巨大。



高挺觀點


蘋果A系列芯片性能強於高通芯片,一個很重要原因就是蘋果A系列芯片沒有集成基帶,只由CPU和GPU兩個部分組成,甚至連WiFi芯片也沒有。因此在相同的體積和工藝製程下,蘋果A系芯片CPU的面積更大,上面可以集成的晶體管數量也就越多。

而高通本來是通信行業的,和手機處理器比起來,基帶芯片才是它最拿手的地方。所以高通芯片一個主要特色就是將基帶芯片也集成到了處理器當中。這樣做的好處是讓基帶芯片也和CPU、GPU一樣使用最先進的工藝製程,從而減少功耗,降低發熱量。但是手機芯片的體積那麼小,高通處理器再繼承了基帶、WiFi等模塊之後,留給CPU、GPU的空間就比較小了。因此同一時期的高通芯片在性能上是不如蘋果A系芯片的。

但是手機不是遊戲機,決定手機使用體驗的除了性能之外還有很多方面,其中就包括基帶的信號和功耗。高通擁有自己的基帶技術,基帶與處理器之間的兼容性更好,因此網絡信號質量更佳,且功耗比較低,手機發熱量小。更重要的是,由於集成了基帶,其它手機廠商購買了高通處理器之後,就相當於得到了一套完整的移動平臺解決方案,基帶、WiFi、藍牙之類的都包括進去了。

相對的,蘋果A系處理器由於沒有基帶芯片,只能尋求第三方的外掛基帶。而使用外掛基帶就存在與處理器的兼容性問題,而且功耗比較高,手機發熱量大。比如iPhone XS Max使用的英特爾基帶就是基於14nm的,而同期高通芯片集成的基帶只有7nm,兩者的功耗就差了許多。更早的iPhone X由於CPU和基帶的功耗都比較高,一玩遊戲就發熱卡頓。

比較下來,蘋果A系處理器的性能好,但是信號質量稍弱一些。而通驍龍處理器的性能不如蘋果,但信號質量更好。所以一般對手機性能要求比較高的用戶會選擇蘋果手機,但如果對信號網絡質量比較高的用戶則會選擇高通手機。


貓眼看數碼


如果從芯片的角度來說,高通和蘋果的產品不完全基於ARM,不過,總體的印象來說,蘋果的A系列芯片確實會好過高通。下邊先列舉幾個整體性的原因,後邊說一些關於CPU的內容。

1、時間差。

高通的旗艦芯片大多出現在年初,而蘋果的產品是在秋天,兩款芯片之間是有著半年多的時間差。比如高通驍龍845表現非常不錯,結果到了秋天,蘋果弄出來一個A12。第二年高通的855出來了,但是產品上市,鋪貨,七七八八的事情處理完成,855這樣的芯片大範圍輸送到用戶手裡可能要到年中,然而蘋果下一代又要快來了。

一般來說事情有個先後,而年份又是一個非常重要的整體概念和劃分依據,即使兩方的設計能力相當,並且都意圖設計最好的芯片,但這種時間上的差就會造成晚出來的那個會有更好的表現,也更容易使用最新的一些技術。另外,蘋果的運營效率不得不佩服,A系列芯片可以瞬間觸及用戶,技術的傳到也會帶來技術感知上的時間差。

2、產品擋位。

芯片的表現是一個綜合的概念,也要通過產品來實現。由於蘋果品牌和價格上的優勢,產品屬於高端的原因,蘋果手機的整體定位傾向於市場上最好的那類,如果產品表現好,也會去部分帶動芯片的表現。

其中一個比較重要的環節在價格,依託iPhone高端上比較大的銷量,蘋果可以在芯片上大量投入,可以把高性能的芯片更好的賣出去。這種更為良性的循環可以推動蘋果設計出更好的芯片。安卓這邊由於產品擋位鋪的比較大,中低端的產品不再少數,其中一些芯片並沒有使用那麼先進的技術,而國內一些性價比的機型在突出性能的同時,在整體素質方面也會多少有些不足,這些在產品端的不足會對芯片的表現帶來不利的影響,甚至可能不能發揮芯片性能的極致。當然,這裡說的不光光是跑分,芯片是一個非常綜合的東西。

3、不同的平臺。

這個方面其實很好理解了,也就是經常提到的優化問題。

喬布斯提到一個類似這樣的觀點,好的軟件公司都要有自己的硬件。軟件是我們接觸最直接的部分,系統相應,遊戲表現等都是軟件的圖像帶來的直接反饋。蘋果的A系列芯片是為IOS專門定製,整體表現會佔優勢。反過來說,IOS就像是一個優化器,可以把A系列的性能更好的展現出來。

手機畢竟是多功能集成的產品,IOS的規則可以更好的實現資源調度。最常見的例子:安卓的後臺問題直到現在還是會多多少少拖累整機的表現。


總體上來說,由於時間差,產品定位,不同平臺的問題,蘋果和高通的芯片在最終表現上確實會有差距。

不過從目前的表現來看,兩者之間的差距其實並沒那樣巨大,一則是芯片技術的發展,另外一個原因在於手機這個品類的成熟。當中檔產品已經可以滿足大部分需求的時候,高端芯片差距的感知也會變少。

問題中提到了ARM,這裡簡要說幾個關於CPU的部分,也應該是熟知的部分了。

1、指令集

提到ARM,最直接的關聯是指令集。ARM定了很多規範,不過蘋果和高通如何使用這些規範則是另外一回事兒。而規範的使用和規範的制定存在相互影響,很難說蘋果的芯片就是完完全全的按照ARM的規範來,也有可能是蘋果和高通在一些地方用的好進而影響規範的制定。總之,ARM作為芯片行業中重要的一員,但並不是說萬物就基於ARM。另外,現在手機芯片集成的功能很多,ARM也並不能完全覆蓋,比如常說的人工智能芯片,GPU,ISP,網絡模塊等。

2、架構

蘋果和高通的芯片架構差別,比如A12,六核心,兩個Vorex核心,四個tempest核心。

高通驍龍855,八核心,一個prime核心,三個performance核心,四個efficiency核心。兩者在緩存,內存控制,調度極致方面肯定有很多不同。不過究竟哪個好還是會回到前邊的內容,最終的產品和平臺如何使用。另外,在宣傳策略上也會有差異,蘋果經常是丟出一句,非常強,參考對象變成了英特爾。而高通這邊,除了和蘋果芯片競爭,還要面對華為,三星等芯片的競爭,總體思路上也會有一些變化。

以上還只是CPU這一個部分,整個芯片的架構和最終表現的差異最終會更大。總體來說,把蘋果和高通的芯片直接對比很難說的清楚。

最後提下這裡對移動芯片的看法。相比性能,多功能集成和進一步小型化封裝或許更值得去關注。比如,apple watch的S芯片。另外,芯片是否有好的表現依託於產品,而只有產品有好的銷量才可以維持芯片的不斷進步。試想,如果沒有智能手機的興起,哪裡有ARM的一統江湖。


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蘋果A系列芯片是用面積換速度!


作為芯片設計者很難清楚,芯片其實就是速度、面積、功耗的折中,三者完全折中才是最出色的產品。當然,如果要追求高速度,那麼就要加大面積,提高功耗。

我們這裡做一個簡單的比喻,我們要把8箱蘋果從樓下拿到樓上怎麼速度夠快呢?


第一種情況:找一個跑得快的人,一個樓梯,每次上下樓用時3分鐘,每次搬一箱,那麼8箱就需要8次,用時24分鐘;

第二種情況:找一個跑得快的人,兩個慢的人。快的用時3分鐘一個來回,慢的人5分鐘一個來回,那麼快的人搬5次,慢的人三次,總共用時15分鐘,比之前少用了9分鐘,但是多請了一個人。


第三種情況:把樓梯改成電梯,縮短上下樓時間。那麼就要在房間裡安裝個電梯,那麼時間就更多短了。

第四種情況:就是多找幾個人,坐著電梯上下,就會更快。這樣的話,屋內的人多了,消耗多了,電梯也佔了空間,那麼就需要更多的空間。


其實芯片設計也一樣,要麼多核設計,要麼增大面積,增加電路;蘋果手機芯片內部沒有基帶芯片,所以相同的大小可以放更多的電路,那麼勢必導致其速度更快。當然功耗也隨之增加,這也是蘋果手機續航差的一個原因。


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ARM只是給你一個CPU的架構,但是你要設計一整顆SoC,所以發揮的空間很大。

①蘋果的芯片設計能力相當強;

②蘋果沒有基帶,很多空間;

③iOS系統把硬件性能提升一個等級;


蘋果芯片的設計能力相當強

說起iPhone5s,大家是不是想起它率先加入了指紋識別,但是它還有一個特點讓人震撼,那就是它的芯片是第一顆移動端的64位的芯片。

當然ARM架構是沒推出64位的架構的,但是蘋果覺得32位已經不夠用,直接跳過ARM的32位的架構,自己推出了64位的架構,逼著ARM後來也推出了64位的架構。你可以想象當時的蘋果設計芯片能力是多麼強大。

所以,不是說給予ARM的架構,芯片設計能力就是一樣的,蘋果有著超乎大家想象力的芯片設計能力。

蘋果的芯片不需要基帶

早起的芯片對比高通的,沒有基帶部分、沒有ISP部分,甚至連WIFI的通訊芯片都沒有,這些空間空出來之後,全都用來做CPU了,塞入了更加多的晶體管,性能自然更加強啊。

除此之外,蘋果本身還十分捨得堆料。在芯片的緩存中,也是安卓的成倍的存在,這些成本都是相當昂貴的,但是蘋果捨得給下去,大大提高芯片的緩存性能。

iOS的優勢

你以為蘋果只有芯片的硬件優勢?蘋果的芯片很強,但是iOS的優化也是很強的。

前些年,蘋果的GPU性能跟不上,但是得益於強大的CPU幫助,還有iOS的優化,讓蘋果的性能表現提升了一個等量級。

這才是蘋果A系列芯片強大的原因。


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拿A10做例子說明:

  • 面積換取性能和功耗。面積會增加成本,但是能換取功耗和性能。其他家不是不能這麼幹,是成本過高無法收回。沒勇氣!
  • A10是6m緩存,而在其他家一般也就2m左右。
  • A10是六發射,A73是雙發射。先不管發射寬度逐漸遞減的效果,但是三倍的發射流水線寬了這麼多,怎麼可能沒收益。
  • 其他各種包括指令預測、電源、電壓、時鐘控制,整套方案都精心設計過。
  • 蘋果A10的CPU頻率並不高,但是Geekbench單核性能卻接近了Intel桌面處理器的性能,跑分比 A73高出一大塊。

簡單理解就是A系沒基帶,可以堆CPU配置,其它處理器需要內置基帶,核心面積有限。


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高通和蘋果均使用ARM公司的ARM架構,為何性能差距這麼大?

  • 並不僅僅只有高通和蘋果,即便是華為,同樣使用ARM架構;

  • 然而三款處理器的性能從高到底依次為蘋果、高通、華為。

讓我們一起來看看,為何蘋果處理器要遠遠領先其他廠家呢。


設計能力

ARM公司已經將基礎框架搭建完成,如何進一步設計則看各家公司的研發實力。

  • 在芯片研發上,蘋果投入了大量的資金,並且逐漸了世界接的芯片研發團隊;

  • 執著於芯片能效,不會向性能出現任何的妥協,導致生產出領先同代廠家的處理器芯片。

所有的一切,同蘋果高額的利潤模式同樣密不可分。


大核設計

蘋果處理器芯片面積較大,並且沒有集成基帶芯片,節省了一定空間。

  • 高通845,單個大核面積1.5平方毫米,蘋果a11是5平方毫米 ,晶體管數量更多;

  • 自主設計GPU圖形處理單元,通過高度的定製化實現性能的提升。


系統原因

一個使用安卓系統,一個使用iOS系統。

  • 高通設計處理器更多考慮的是集成化方案,能夠滿足不同廠家的性能需求;

  • 蘋果設計處理器僅僅從定製化考慮,能夠滿足自家的iOS系統即可。

設計對象的差異化,導致兩款處理器性能也存在差異。

還有那些情況,能夠造成蘋果處理器要遠遠優於高通?

歡迎大家留言討論,喜歡的點點關注。



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題主的問題實際上是一個偽問題。

單從處理器角度而言,高通的高端處理器(8XX系列)和蘋果A系列處理器綜合比較,性能差不多。

下面是我在網上找的驍龍835和A10的性能評測數據

在單核性能方面蘋果佔優,主要是因為蘋果A10單核面積要比驍龍大,集成的晶體管數量佔優。

蘋果A10是四核心,驍龍是8核心(最新的蘋果A11是六核心)。在多核性能對比中,驍龍佔優。實際上,我們應用程序大部分場景下都是單核運行,所以蘋果的A10在用戶實際體驗中還是佔優的。

GPU部分驍龍佔優。

綜合比較而言,驍龍還稍稍有點優勢。


但為什麼,我們實際體驗中,蘋果手機比安卓手機要明顯流暢呢?這其實和操作系統架構有很大關係。



谷歌的Android系統,是以linux為核心,在此基礎上增加了Java虛擬機,所有的應用實際上是在這個虛擬機上運行的。這保證了應用程序的跨平臺性。同時使用JAVA語言作為開發語言的程序員是全球數量最多的。谷歌也充分利用了這部分資源,使Android平臺迅速聚集了最多開發者為其開發應用。

問題也就出在這個Java虛擬機,瞭解java虛擬機的朋友們都知道。虛擬機的好處是,程序員在開發程序的過程中,程序員不必關心內存資源回收的問題,虛擬機的內存回收機制會幫你處理這些問題,這樣極大的減輕了程序員的開發負擔。但缺點也同時存在,那就是虛擬機再運行過程中,佔用系統資源很大。

這也就是為什麼安卓旗艦手機內存比蘋果手機內存大,但運行效果遠不如蘋果手機的主要原因。

蘋果IOS系統是在其私有的UNIX基礎上演變過來的,它不存在虛擬機機制,同時ios是一個閉源系統,蘋果對其硬件和ios系統做了大量的優化和適配。保證了IOS應用高效的運行。而Android系統是一個開源系統,系統版本碎片化,導致硬件和軟件都有很多兼容性問題,最終使得運行效率降低。

所以,典型的以三星為代表,就用堆硬件來解決android的運行效率問題。

長此以往,使人們認為,安卓手機性能不如蘋果手機,進而認為高通不如蘋果A處理器。


對了,多說一下,蘋果IOS系統響應優先級中,屏幕響應為最高級別。這也是人們認為蘋果運行快的一個原因。


我執蠁禮


這個問題其實很多人沒有關注arm的相關信息所以很納悶,arm的授權,一直分為ip核授權和arm指令集授權兩種,ip核授權利分為黑箱核和可修改核,黑箱就比如聯發科之類的廠商,拿到ip核只利用輸入輸出連接起來,類似樂高積木,修改核就是你可以拿到這個ip核的內部數據,可以做出你需要的修改,也就是俗稱的小改或者魔改,類似高通,華為,三星的處理器,一般都是基於某個通用構架修改。那麼arm指令集授權就是另外一回事了,就是我授權允許你兼容我的指令集,方便基於arm指令集的程序能在你的處理器上跑,但是ip核你自己開發,我不管,蘋果的a系列處理器和英偉達的danver構架處理器都屬於自己開發的處理器,兼容arm指令,這類處理器都有著遠超arm公版ip核的性能,以及面積和規格,根據已公開的英偉達danver架構,跟傳統的arm核根本就是兩個東西,英偉達使用硬件指令翻譯器來將arm的指令翻譯成他自己danver構架能識別的指令,內部跑的不是arm指令,蘋果的a系列處理器類似。所以這就造成了蘋果a系列處理器和高通的驍龍處理器同頻率下天差地比的性能差距。


腦子是個好東西老鐵


其實蘋果手機真的比安卓旗艦機性能好嗎?我老婆用max,我剛買的mate20pro,對比了一下在打開應用,玩遊戲的穩定性,續航等方面,華為比蘋果強。其實都是獲得arm授權的相同構架,就好比給能蓋五層樓房的材料,蘋果也蓋不出六層樓來。性能,功耗,續航,總得有取捨。手機就這麼大,要短時間的性能,那麼就得放棄穩定性和續航。為什麼蘋果到現在為止也不用快充嗎?我想並不是蘋果覺得快充是雞肋,而是在這蘋果手機這有限的空間內,處理器做的太大了,而且還外掛基帶,手機主板電路承受不了快充的高電壓電流。


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