A13 | O que esperar do próximo chip da Apple para iPhones

Certamente, será o chip para iPhone mais rápido da Apple, mas o foco deve ficar na Neural Engine

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Ainda estamos muito longe de ouvir algo oficial sobre o próximo sistema de chip da Apple. O A13 deve ser revelado em setembro, junto com os novos iPhones. Mas o design, a fabricação e o teste desses chips levam anos, tempo demais para que a Apple repentinamente faça mudanças radicais. Por agora, o projeto do A13 permanece um mistério.

Analisando os chips anteriores da série A e extrapolando o que sabemos do processo de fabricação que a Apple usará este ano, podemos obter uma imagem razoável sobre o que esperar do chip A13. Será quase certamente o SoC mais rápido que a Apple já desenvolveu para iPhones, mas exatamente quão rápido podemos esperar?

Construído com um processo aprimorado de 7 nm

Para o A13, podemos esperar que a Apple mantenha seu parceiro de fabricação TSMC, que tem uma liderança sólida na tecnologia de fabricação de chips. Mas a TSMC ainda não está pronta para dar um novo salto para um novo nódulo do processo de chip, como aconteceu ao saltar de 10 nm para 7 nm no ano passado. Esse salto, para 5 nm, provavelmente estará pronto a tempo para o iPhone 2020, mas o modelo deste ano ainda será construído com um processo de 7 nm.

Isso não significa que não podemos esperar melhorias no lado da fabricação. A TSMC tem dois nódulos aprimorados de processo de 7 nm que a Apple poderia empregar. O processo base de 7 nm usado para o chip A12 é chamado N7. A TSMC está pronta para seus primeiros clientes usando o processo N7+, que usa litografia EUV (Extreme Ultraviolet) para algumas das camadas de chip. A empresa afirma que isso permitirá chips com melhor densidade (cerca de 20% mais lógica na mesma área) e eficiência de energia (cerca de 10% melhor).

A TSMC também possui um nódulo de 7 nm “aprimorado por desempenho” chamado N7P. Ele não usa EUV, e é simplesmente uma versão otimizada do processo 7 nm de processo usado na A12. A TSMC diz que permitirá uma potência 10% menor no mesmo desempenho, ou um desempenho 7% maior com a mesma potência.

Portanto, o N7 + é o processo de fabricação superior da TSMC, e a Apple geralmente usa a melhor produção de volume possível para seus chips. Achamos que o nódulo N7+ é o que a Apple usará para o A13.

Provavelmente um processador maior

O A12 aumentou a contagem de transistores da Apple para surpreendentes 6,9 bilhões, um aumento de 60% sobre os 4,3 bilhões do A11. Mas a área de moldes estava em torno de 83 mm² - menor que o A11 (cerca de 88 mm²) e longe do maior chip da Apple já colocado em um iPhone. Na verdade, é o menor processador do iPhone, em termos de área, em nove anos. Os SoCs anteriores da Apple eram muito maiores, e os A5 e A10 tinham mais de 120 mm².

Em outras palavras, os chips do iPhone da Apple geralmente são maiores que o A12 e, particularmente, quando se produz um novo chip com o mesmo processo de fabricação do ano anterior. Seria um palpite conservador supor que o A13 seria cerca de 25% maior (aproximadamente 103 mm²) e, graças ao aumento da densidade do nó de processo N7+ da TSMC, transporta uma contagem de transistores de cerca de 10 bilhões. Essa é uma contagem equivalente de transistores para o A12X nos novos iPad Pros, mas um tamanho menor.

Desempenho da CPU

Embora eu espere que o A13 tenha quase a mesma contagem de transistores que o A12X, eu não acho que a Apple gaste seu orçamento de transistor nos mesmos recursos - dobrando os núcleos de CPU de alta potência de 2 para 4. Em vez disso, suspeito que a Apple continuará a ter dois núcleos de CPU de alto desempenho e quatro núcleos com eficiência de energia, com uma pequena chance de aumentar a contagem de núcleos de alto desempenho de 2 para 3.

A Apple provavelmente contará com alguns ajustes arquitetônicos comparativamente menores e talvez melhores velocidades de clock de pico para aumentar o desempenho da CPU. Afinal, as fichas da empresa já são as mais rápidas, e não vai demorar muito para segurar essa coroa.

Os ganhos de desempenho de CPU de núcleo único da Apple têm sido notavelmente estáveis ​​nos últimos anos. Se a tendência persistir, veremos uma pontuação de CPU de um núcleo Geekbench 4 de cerca de 5.200. Isso tira as portas de qualquer telefone Android e até mesmo da maioria dos laptops finos e leves.

O desempenho de vários núcleos é mais difícil de prever. A linha de tendência é distorcida pelo fato de que o desempenho de vários núcleos deu um grande salto do A10 para o A11, devido a uma mudança de projeto que permitiu que todos os núcleos de baixa potência e alta potência trabalhassem juntos ao mesmo tempo em vez de alternando entre eles. Se a Apple não adicionar mais núcleos, o desempenho de vários núcleos do A13 chegará a um Geekbench entre 12.200 e 12.500, simplesmente porque os núcleos individuais ficarão mais rápidos. Se a Apple adicionar um terceiro núcleo de CPU de alto desempenho, esse número saltará para algo em torno de 15-16.000.

Desempenho gráfico

O desempenho gráfico é fundamental para a Apple e será especialmente importante ao lançar seu serviço Apple Arcade com jogos premium de primeira linha. Há dois aspectos do desempenho da GPU que vale a pena discutir: a capacidade de renderizar cenas 3D tradicionais como jogos e a capacidade de usar a GPU para tarefas complexas de computação não-gráfica (como processamento de imagem).

O desempenho gráfico tradicional tem aumentado a uma taxa constante ao longo das últimas gerações de processadores da série A. Muitas vezes é limitado pela largura de banda da memória, que raramente dá um grande salto de um ano para o outro. Se a tendência continuar, podemos esperar uma pontuação 3DMark Sling Shot Extreme Unlimited de cerca de 4.500. É uma melhoria significativa para a Apple, mas não tão rápida quanto os chips mais recentes da Qualcomm.

Com alguns ajustes arquitetônicos e memória mais rápida, isso pode subir para o intervalo de 4800, 20% mais rápido neste teste específico.

A Apple parece estar se inclinando mais na direção de tornar seus chips mais rápidos ao usar a própria API de Metal, tanto para gráficos quanto para computação. Acho que essa tendência continuará, e embora a GPU não tenha visto o grande salto de desempenho do Metal do A11 para o A12, provavelmente ainda teremos uma pontuação Geekbench 4 de mais de 25.000.

Realizar a computação no dispositivo é crucial para a Apple - onde muitos de seus concorrentes carregam dados para processar na nuvem, a Apple maximiza sua privacidade garantindo que seus dados nunca saiam do seu iPhone. O desempenho do GPU Compute é um aspecto muito importante disso, e não me chocaria ver uma melhora de 20% aqui.

Processamento de Imagem e Mecanismo Neural

Comecei este exame afirmando que acredito que a Apple tornará o A13 cerca de 25% maior do que a A12, ao mesmo tempo em que utiliza um processo de fabricação que permite a colocação de mais transistores em uma área menor. O resultado seria um chip de cerca de 10 bilhões de transistores - um aumento de mais de 40% em relação ao A12. Portanto, se a CPU e a GPU alcançarem apenas melhorias modestas e previsíveis a partir de pequenos ajustes no design e melhorias na velocidade do clock, onde a Apple gastará todo o orçamento desse transistor extra?

Acho que a empresa continuará a impulsionar fortemente o aprendizado de máquina e o processamento de imagens no dispositivo.

No ano passado, a Apple melhorou o Neural Engine no A12 mais do que o previsto. O Neural Engine do A11 pode fazer 600 bilhões de operações por segundo, e a Apple tornou o A12 cerca de oito vezes mais rápido, com 5 trilhões de operações por segundo. Não tenho certeza se veremos um salto tão grande novamente este ano, mas a Apple pode alcançar uma melhora de 3x a 5x com algumas melhorias no design inteligente e um orçamento de transistor muito maior.

Aprendizado de Máquina e IA agora são partes essenciais da experiência do iPhone, usadas em tudo, desde tirar fotos e vídeos melhores até realidade aumentada e Siri. Se a Apple anunciasse que o Neural Engine do A13 poderia fazer 20 trilhões de operações por segundo, ficaria impressionado, mas não surpreso.

O processador de sinal de imagem (ISP) usado para processar dados dos sensores da câmera é outro componente crítico que é difícil de avaliar. A Apple investe pesado nisso todos os anos, em sua luta constante para tornar a câmera do iPhone a melhor do mercado. Ele é usado em conjunto com o Mecanismo Neural e a GPU para melhorar as fotos e a qualidade do vídeo, e a Apple, sem dúvida, melhorá-lo novamente este ano.

O ISP pode até ser um dos primeiros a incluir hardware para codificar e decodificar o novo codec de vídeo AV1, um padrão de compactação de vídeo livre de royalties esperado para ter sucesso nos formatos HEVC, AVC e VP9 de hoje. Se você não sabe o que tudo isso significa, saiba que a maioria dos vídeos da web (pense no YouTube e no Netflix) provavelmente fará a transição para esse novo formato de vídeo nos próximos dois anos. É extremamente eficiente e não está envolvido em uma rede de royalties complexos.

O que é o AMX?

Muito depois de este artigo ter sido publicado originalmente, um artigo da Bloomberg mencionou um novo componente no A13. É descrito da seguinte forma: "Há um novo componente no chip, conhecido internamente como co-processador 'AMX' ou 'matriz', para lidar com algumas tarefas pesadas em matemática, de modo que o chip principal não precisa. Isso pode ajudar na visão computacional e na realidade aumentada, que a Apple está desenvolvendo como um recurso essencial de seus dispositivos móveis".

Se você me perguntar, isso soa muito como o Neural Engine no A11 e A12. Isso é simplesmente um novo nome para o mesmo recurso. Melhor marca para seus recursos estendidos? Ou isso é uma coisa totalmente diferente, um tipo diferente de unidade de co-processamento de matemática ou talvez um conjunto de extensões de conjunto de instruções SIMD, como vimos nos processadores para desktop há anos (SSE e AVX)?

Ainda não tem 5G

Embora os modems nos iPhones não façam parte do processador da série A da Apple, vale a pena discutir o que devemos esperar este ano. Você vai ouvir muito sobre o 5G este ano e as operadoras tentarão empurrar os clientes para os novos telefones 5G neste outono. Mas não se engane: o 5G está em sua infância. As redes são muito pequenas e limitadas, e permanecerão assim durante todo o ano de 2019. Os modems móveis que permitem 5G ainda não são muito eficientes em consumo de energia.

Você obterá um iPhone 5G algum dia, mas não até 2020 ou talvez até 2021. Ele levará esse tempo para obter modems confiáveis ​​e eficientes em termos de consumo de energia para iPhones, além de cobertura de rede suficiente para testes de hardware e software realmente bons. A Apple não vende apenas iPhones para alguns milhões de usuários iniciais. Um novo modelo do iPhone pode vender mais de 100 milhões de unidades em seu primeiro ano, e a Apple não correrá o risco de gerar chips de rede que possam proporcionar uma experiência insatisfatória ao usuário.

Há rumores persistentes de que a Apple esteja trabalhando em seus próprios modems celulares 5G, mas você não deve esperar isso em 2019 ou até 2020. Graças ao recente acordo entre a Apple e a Qualcomm, podemos esperar que os iPhones deste ano usem exclusivamente componentes da Qualcomm -um modem 4G LTE, provavelmente o Snapdragon X24. Isso tem o potencial de permitir o melhor desempenho de celular e a mais ampla compatibilidade de rede de qualquer iPhone até hoje.

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