2019年的iPhone 11搭載了全新一代的A13芯片，面積相對之前的A12 增加了18.3%到達了94.84mm2，目前上市的最大手機用SoC，以不集成基帶的標準來看，可謂堆料豪華至極。採用臺積電的N7P工藝，相較於上一代的N7工藝，可以提升7%的頻率或者降低10%的功耗，密度則基本不變。
工藝
這回在A13上，大核心的名字叫做Lightning，小核心叫做Thunder，仍然是2+4的組合。 大核心上整理是在去年A12 Vortex上的小修改，仍然是7發射解碼，並後端搭配6個執行端口，豪華至極。 總體來說，乘法的執行延遲週期從4下降為3，整數除法吞吐翻倍並且最低延遲從8週期下降為7。 另外部分ALU也增加了（用於condition flags的ALU）。 Lightning配備 8-way 128KB L1， 數據緩存加載延遲3週期，L2大小是8M 並由所有核心共享，延遲週期從16下降到了14。 另外Lighting比較厲害的一點有了AMX單元，提升了6倍的向量運算能力，最終輸出1T的運算力， 由於A站也沒有猜出來，所以大家可以看下我之前的分析：A13背後的黑科技。
對比大核心，其實這回的小核心才是Apple重中之重的升級。 首先Apple的小核心並不是和ARM那邊公版小核心A55一樣弱，之前由評測顯示Apple的小核心甚至堪比A75。 在A13中 小核心Thunder獲得了全面升級， 對比A12的Tempest小核心，Thunder仍然是3發射解碼亂序核心，整數部分規格小幅增強，浮點部分大幅提升，加強了SIMD。浮點加法吞吐翻倍，延遲從4下降到3，雙精度浮點操作從19週期下降到10週期，單精度浮點從12下降到9，雙精度向量除法提升了4倍吞吐，並且只有1/3的延遲。
得益於全新的工藝，A13在架構升級的基礎上，核心頻率也有所上升。 大核心的單核心最高頻率提升了約150mhz (6%)，多核心核心提升了約200mhz (8.8%), 小核心提升則是（150~190）mhz不等一些（8.8%~12%)。 可以看到Apple 這回在核心頻率提升上比較激進，基本都是超過了臺積電N7P的工藝紅利（7%），這為後面A13出現能耗比下降埋下了伏筆。
A12 A13 運行頻率圖
小核心性能預覽
我們首先來看一下A13的小核心，根據權威的SPEC系列測試，我們可以顯著的發現：
- Thunder小核心性能大幅度提升（右側柱狀圖，越長越好），除了部分架構項目以外，對比A12 A11小核心有了非常顯著的提升，排除特定項目提升了19%~38%的整數性能，以及35~38%的浮點性能。總體平均提升了10%-23%非常給力。
- Thunder在核心提升的情況下，小核心的平均功耗（左側數值第一項，越低越好）甚至比A12要略好，比A11則幾乎減半，對應的在全性能輸出的情況下（維持30%的性能優勢時），仍然功耗更低。 在完成相同任務的能源消耗上（左側數值第二項，越低越好），A13小核心對比A11只要一半，也就是能耗比翻倍，對比A12 也下降了25%以上，而且還是建立在頻率/IPC大幅提升的基礎上。
可以看到A13的小核心絕對提升巨大，蘋果不止能做堪比桌面的大核心，也能做能效比優秀的小核心。對比ARM公版的小核心A55，A站預計Thunder有2.5倍到3倍的性能優勢，並且完成相同任務只消耗一半的功耗。
大核心性能預覽
對比小核心的巨大進步，今年A13的大核心可以說是無功無過，不算驚喜。總體來說就是性能提升（大致上最高提升了20%），功耗也以差不多的幅度提升。
SPEC整數性能
在SpecInt2006的整數性能上，A13的大核心Lightning對比A12大致提升了17%的性能，考慮到單核心提升了6%的頻率，整數IPC提升了大約10%的IPC。 性能一如既往的暴力（左側柱狀），但是平均功耗也有所上升，最後總體情況能源消耗略高。
SPECFP
對比整數性能，浮點表現稍好，總體性能提升19%，單向平均在14~25%之間。運行時功耗最高可以觸碰到6.27W，對於移動端絕對是火爐，和一眾ARM公版小核心比高了2到3倍，不過對應的性能也高了那麼多就是了。
下面我們來看一下總體表現：
如果以SPEC為基準：可以發現A13性能依然技冠群雄，但是功耗也很狂暴。 為了更好的和大家解釋我這裡整理了下A13與A12 A11以及綜合表現最好的華為麒麟990 4G A76的表現，所有數據都是越高越好。：
可以發現在性能上，華為的麒麟990 4G A76只有A13大核心的0.53到0.59，可以說基本上就是A13是990 4G雙倍性能，一個核心等於兩到三個核心的表現。能耗比上就不如A76了，畢竟IPC高了快兩倍，這也不容易了。 總體來說能耗比上990 領先30%附近（能效比和能耗比差不多，計算方式不同有些許誤差，不要考慮多次）。 對比蘋果自己，A13浮點能效比和A12一樣維持不變，整數能效比不如A12，退回到A11的水平。
再次提醒，一般提升性能都會以功耗為代價，A13的能耗比不盡人意是在性能大幅輸出的前提下，如果退回到A12水平，A76水平，能耗比會有非常可怕的提升，總體來說，A13還是無敵就是了。
A12的頻率電壓-功耗圖
臺積電的工藝不適合高頻，比如在A12上，基本上功耗拐點就在2.2G的樣子，過了2.2G功耗開始飛速提升，2.4G進入第二個拐點。 A12的2.51G（單核最高）功耗是2.38G（雙核最高）差不多1.7倍，A13應該也是同理。 所以這就是為什麼說A13功耗那麼高也不用擔心，因為A13其實已經艹到冒煙了，減少0.3G差不多就可以減少60%的功耗，只能說Apple的選擇而已，反正過熱降頻後就會進入高能效比模式，峰值真男人一下。 補充一下，為什麼說Intel 14nm厲害，你看看Intel的頻率就知道，再看看臺積電的7nm，無論是SoC還是HPC工藝，高頻有多困難，功耗提升多恐怖？
GPU能效分析
今年A13的GPU規模似乎沒有擴大，官方聲稱對比A12提升20%的性能或者降低40%的能耗。首先先看一下非常A黑的3D Mark成績，Apple真的不適合這個測試，絕對不行，成績非常反常，這裡只給大家看看，不做深入討論：
對於Apple的SoC來說，用GFX成績來衡量是一個更好的方式。 首先在絕對性能面前，蘋果依然有過熱的可能，在初始狀態Apple A13可以以非常恐怖的比例吊打其他一眾SoC，而即便是過熱降頻後，依然領先其他SoC。A13過熱後，GPU性能比起散熱加強的855遊戲手機，輸出只能做到略高，這沒辦法，因為iPhone散熱不了那麼多，面對遊戲手機的高規格散熱無力。 這樣去想，iPhone A13的持續輸出，面對明年高通865 遊戲手機（865能耗比也不會大進步），可能差不多或者不如。
下面我們直接看下比較核心的部分，還是看能耗比：
通過能耗比可以看出來，無論是過熱（能耗比反而更優）還是不過熱，A13的能耗比都吊打855，特別是面對過熱的A13，如果將來865想要持續輸出打過A13，那麼提升50%規格並準備好50%的散熱能力，要麼提升50%的能耗比，要麼艹頻50%，然後準備三四倍的散熱（當然實際應該是規格 頻率 散熱都上升，沒那麼極端），這絕對不是容易的事情。 865仍然是停留在7nm 老架構，能耗比提升幅度不會很大，要打A13主要還是要靠散熱。
內存子系統
我們首先看一下訪存延遲，A13的內存訪問延遲大約是在104ns的樣子，對比A12的103ns可以說是在誤差級別內，但是華為的麒麟990這塊做的更好，到了96ns，另外給大家看了下桌面級的9900K有多恐怖，3900X順帶合影。
如果是單純對比延遲（週期）來說，我們可以發現A13的訪存週期的確要慢了一些（但是頻率高了可以彌補，所以剛剛在誤差範圍內），不過我們可以看到L2的訪問週期真的快了不少（16到14），而且似乎命中率也高了很多，延遲週期升高的比A12要慢。
再刷一波圖，內存位寬上A13略有進步，吊打麒麟990，在相同的訪存寬度下 128bit其實和桌面級的差別不大，但是桌面級可以vec 256bit，就直接超過A13了。
總體來說A13內存性能其實無功無過，我覺得OK。
其它性能
雖然都說理論歸理論，實踐歸實踐，不過實際上iPhone 11系列性能就是吊打眾生，實際應用真的看重單核：
A站還給了深度學習的性能，不過看到是魯大師，我就沒興趣了，玩具，別太信。
屏幕上 Pro都達到了800nit，完美：
不過色準有升有降，總體不算進步，可能是新發光材料的鍋？
新材料除了更亮以外功耗也低了很多，以5.8為基準，11 Pro同亮度全白畫面節約了15%的能耗~，不過因為峰值亮度提升，最高功耗多了25%（2.6W到3.1W)：
續航性能
今年特別值得聊一聊續航問題，今年iPhone 11系列 是真的續航大幅進步，一方面是電池更大了，另一方面則是今年整體功耗其實是下降的。 那為什麼在A13大核心能效比下降的情況下，總體功耗還下降？ 一來同亮度屏幕功耗降低。二來因為一個芯片並不會整體運行在最高頻，A13在輸出同等性能時能耗比其實是更高的，峰值測試只是一種假象，另外今年的小核心能耗比提升非常大，也變相的增加了續航，因為和PC不一樣，手機不是始終使用大核心的，小核心進步也能省下很多。 在A站測試下，唯一超過11 Pro Max的是60hz的殘血ROG。
其實無論是A13大核還是屏幕，簡單說都是峰值功耗提升，但實際單位輸出能耗比提升，所以續航提升。
總結與期待
由於工藝的問題，對這個結果我非常能接受。 沒有工藝的大紅利，A13也好 Kirin 990 也好，亦或者明年的高通865，要提升性能就只能靠提升架構，堆料或者提高功耗做到。 A13比較好的是架構提升了，料略微堆了一點，所以雖然功耗有提升，但和性能正比，最終運行功耗也更低，做到有輸出有持續，很滿意了。 Kirin 990就是不提升架構，選擇堆料的典型。 明年高通865形式也很嚴峻，停留在7nm，還要保證性能提升，功耗估計不可避免的升高，能保持和A13一樣能耗比不變就滿足了。
今年臺積電上5nm N5，再往後應該是N5，明年的A14非常值得期待，N5能給A14帶來很多紅利。 然後A15可能用N5P，又要重複一次A13式的提升了，所以A14是最值得期待的。 另外我認為N7P不適合再上AX系列芯片了。
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