Apple Silicon
Apple Silicon este o serie de sisteme pe chip (SoC) proiectate de Apple pentru propriile dispozitive de producție precum: iPhone , iPad , iPod touch , Apple Watch , Apple TV , HomePod și, din 2020, și pentru Mac .
Arhitectura utilizată este de tip RISC pe o bază complet personalizată și proprietară, cu o licență de utilizare a instrucțiunilor ARM , într-o arhitectură RISC pe o bază complet personalizată și proprietară, cu o licență de utilizare a instrucțiunilor ARM64 (Aarch64) în „camera curată” „modul, proiectând astfel nuclee complet diferite de cortex .
Ceea ce distinge recentele SoC-uri Apple de procesoarele ARM este faptul că Apple își proiectează arhitectura de la zero (deci sunt complet lipsite de elemente ale terților și Apple este doar licențiatul și numai instrucțiunile logice) în timp ce procesoarele ARM se bazează pe elemente deja existente hardware terță parte (SoC-uri precum Samsung Exynos , HiSilicon Kirin și MediaTek MT sunt de fapt alcătuite dintr-o combinație de Core CPU ARM Cortex și GPU ARM Mali proiectate și puse la dispoziție de ARM Holdings producătorilor înșiși) [1] , în timp ce Cipurile Apple nu împărtășesc niciun element hardware cu niciunul dintre celelalte cipuri ARM.
SoC-urile Apple au o arhitectură proprietară și conțin în ele o serie de componente cărora li se atribuie un scop specific:
- CPU : coprocesorul care se ocupă cu procesarea în serie secvențială a aritmeticii și instrucțiunilor de calcul
- GPU : coprocesorul care se ocupă cu procesarea paralelă a instrucțiunilor grafice tridimensionale
- NPU : coprocesorul dedicat motorului neuronal, adică pentru învățare integrată (învățare automată) și pentru realitate augmentată
- ISP : coprocesorul care se ocupă cu prelucrarea imaginilor colectate de senzorul fotografic
- Mx : coprocesorul care se ocupă de colectarea datelor senzorilor integrați (accelerometru, giroscop, busolă, barometru)
- SEP : coprocesorul care se ocupă cu protecția datelor cu caracter personal prin chei criptate [2]
Și multe altele care formează un sistem real într-un singur chipset.
Înainte de lansare
Înainte de introducerea seriei de SoC-uri Apple "A", Apple folosea 4 SoC-uri diferite în reviziile timpurii ale iPhone și iPod touch. Au fost proiectate de Apple și fabricate de Samsung. Acestea integrează un singur nucleu de procesare bazat pe instrucțiuni ARM (licențiat), unitate de procesare grafică (GPU) și alte componente electronice necesare pentru a furniza funcții de calcul mobil într-un singur pachet fizic.
| Imagine | Cod | Proces | Volum | ISA | CPU | Cache CPU | GPU | RAM | Dispozitive |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | APL0098 - S5L8900 | 90 nm | 72 mm² | ARMv6 | 412 MHz nucleu unic ARM11 | L1: 16 + 16 KB L2: n / a L3: n / a | PowerVR MBX Lite (130 nm) | 128 MB (DRAM) 133 MHz (LPDDR) 533 MB / s (HBM) 16 biți (un canal) | iPhone 2G iPhone 3G iPod touch (prima generație) |
 | APL0278 - S5L8720 | 65 nm | 36 mm² | 412-533 MHz nucleu unic ARM11 | L1: 16 + 16 KB L2: n / a L3: n / a | 128 MB (DRAM) 133 MHz (LPDDR) 1,6 GB / s (HBM) 32 de biți (cu un singur canal) | iPod touch (a doua generație) iPod nano (a 4-a generație) | ||
 | APL0298 - S5L8920 | 71,8 mm² | ARMv7 | 600 MHz nucleu unic ( ARM Cortex-A8 ) | L1: 32 + 32 KB L2: 256 KB L3: n / a | PowerVR SGX535 | 256 MB (DRAM) 200 MHz (LPDDR) 1,6 GB / s (HBM) 32 de biți (cu un singur canal) | iPhone 3GS | |
 | APL2298 - S5L8922 | 45 nm | 41,6 mm² | 600–800 MHz nucleu unic ( ARM Cortex-A8 ) | L1: 32 + 32 KB L2: 256 KB L3: n / a | iPod touch (a treia generație) |
O ligă
Apple A este prima serie de SoC-uri Apple lansate în familia Apple Silicon și este utilizată pe iPhone, iPad, iPod touch și Apple TV. Acestea integrează unul sau mai multe nuclee de procesare bazate pe ARM (CPU), o unitate de procesare grafică (GPU), memorie cache și alte componente electronice necesare pentru a furniza funcții de calcul mobil într-un singur pachet fizic. Sunt proiectate de Apple și produse inițial de Samsung și mai târziu de TSMC .
2010-2015
- Apple A4 , primul Apple SoC, lansat în 2010 cu iPhone 4 ;
- Apple A6 , primul Apple SoC cu abandon definitiv al nucleelor procesorului ARM ( Cortex-A ) în favoarea celor proprietare;
- Apple A7 , primul SoC Apple pe 64 de biți și care integrează și noul coprocesor de mișcare M7 (lansat în 2013 cu iPhone 5S );
- Apple A8 , primul Apple SoC cu proces FinFET ;
| A4 | A5 | A6 | A7 | A8 | A9 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cod | APL0398 | APL0498 | APL0598 | APL0698 | APL1011 | APL1022 | APL0898 | |
| Imagine |  |  |  |  |  |  | ||
| Set de instrucțiuni (ISA) | ARMv7 | ARMv7s | ARMv8.0-A | |||||
| Arhitectură | 32 de biți | 64 de biți | ||||||
| Lansa | Aprilie 2010 | Martie 2011 | Septembrie 2012 | Septembrie 2013 | Septembrie 2014 | Septembrie 2015 | ||
| Dispozitive | iPhone 4 iPad iPod touch (a 4-a generație) Apple TV (a doua generație) | iPhone 4S iPad mini (prima generație) iPod touch (a 5-a generație) Apple TV (a treia generație) | iPhone 5 iPhone 5c iPad 2 | iPhone 5s iPad Air (prima generație) iPad mini (a doua și a treia generație ) | iPhone 6 și 6 Plus iPad mini (a 4-a generație) iPod touch (a 6-a generație) HomePod | iPhone 6s și 6s Plus iPhone SE (prima generație) iPad (a cincea generație) | ||
| Caracteristici fizice | Volum | 53,3 mm² | 122,2 mm² | 96,71 mm² | 104 mm² | 89 mm² | 104,5 mm² | 96,0 mm² |
| Litografie | 45 nm | 45 nm / 32 nm | 32 nm | 28 nm | 20 nm | 16 nm | 14 nm | |
| Proces | - | HKMG | FinFET | |||||
| Nr. Tranzistoare | 149 milioane | 200 de milioane | 740 milioane | 1 miliard | 2 miliarde | |||
| Termal (TDP) | 5 W | |||||||
| CPU | Nº miezuri | 1 | 2 | |||||
| Frecvență (Nume) | 1 × 800 MHz ( ARM Cortex-A8 ) | 2 × 800 MHz ( ARM Cortex-A9 ) | 2 × 1,3 GHz (Rapid) | 2 × 1,4 GHz (Ciclon) | 2 × 1,4 GHz (Taifun) | 2 × 1,85 GHz (Twister) | ||
| Memorie cache L1 (pe nucleu) | 1 × (32 + 32 KB) | 2 × (32 + 32 KB) | 2 × (64 + 64 KB) | |||||
| Cache L2 (partajat) | 512 KB | 1 MB | 3 MB | |||||
| Cache L3 (partajat) | ✘ | 4 MB | ||||||
| GPU | Nume (șablon) | PowerVR (SGX535) | PowerVR (SGX543MP2) | PowerVR (SGX543MP3) | PowerVR (G6430) | PowerVR (GX6450) | PowerVR (GT7600) | |
| Nº miezuri | 1 | 2 | 3 | 4 | 6 | |||
| Frecvență | 200 MHz | 266 MHz | 450 MHz | 533 MHz | 600 MHz | |||
| RAM | Tip | LPDDR-400 | LPDDR2-800 | LPDDR2-1066 | LPDDR3-2133 | LPDDR4-3200 | ||
| Dimensiune | 512 MB | 1 GB | 2 GB | |||||
| Canal | 32 de biți | 64 de biți | ||||||
| Lățime de bandă | 1,6 GB / s | 6,4 GB / s | 8,5 GB / s | 12,8 GB / s | 25,6 GB / s | |||
| Alte componente | Coprocesor M | ✘ | M7 | M8 | M9 | |||
| Enclavă sigură | ✘ | ✔ | ||||||
| Producător | Samsung | Samsung / TSMC | Samsung | TSMC | Samsung | |||
2016-2020
- Apple A10 Fusion este primul SoC care folosește sistemul big.LITTLE , adică o tehnologie care folosește două grupuri diferite de nuclee CPU: primul pentru sarcini de performanță (mare) și al doilea pentru performanțe mai mici (LITTLE), cu avantajul astfel obținând economii mai mari de energie;
- Apple A11 Bionic este primul SoC care are primul GPU proiectat de Apple (care va da abandonul definitiv PowerVR al tehnologiilor de imaginație) și, în același timp, introduce primul NPU dedicat motorului neuronal;
- Apple A12 Bionic implementează codificatorul codecului H.265 (HEVC 8-bit și 10-bit) și codecului VP9 .
| A10 Fusion | A11 Bionic | A12 Bionic | A13 Bionic | A14 Bionic | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cod | APL1W24 | APL1W72 | APL1W81 [5] | APL1W85 [6] | APL1W87 | ||
| Imagine |  |  |  |  |  | ||
| Set de instrucțiuni (ISA) | ARMv8.1-A | ARMv8.2-A | ARMv8.3-A | ARMv8.4-A | |||
| Lansa | Septembrie 2016 | Septembrie 2017 | Septembrie 2018 | Septembrie 2019 | Septembrie 2020 | ||
| Dispozitive | iPhone 7 și 7 Plus iPad (a 6-a și a 7-a generație ) iPod touch (a 7-a generație) | iPhone X iPhone 8 și 8 Plus | iPhone XR iPhone XS și XS Max iPad Air (a treia generație) iPad mini (a 5-a generație) | iPhone 11 iPhone 11 Pro și 11 Pro Max iPhone SE (a doua generație) | iPhone 12 și 12 mini iPhone 12 Pro și 12 Pro Max iPad Air (a 4-a generație) | ||
| Caracteristici fizic | Dimensiune | 9,89 × 8,42 mm | 10,67 × 9,23 mm | ||||
| Volum | 125 mm² | 87,66 mm² | 83,27 mm² | 94,48 mm² | 88 mm² | ||
| Litografie | 16 nm | 10 nm | 7 nm | 7 nm (EUV) | 5 nm (EUV) | ||
| Proces | FinFET | ||||||
| Nr. Tranzistoare | 3,3 miliarde | 4,3 miliarde | 6,9 miliarde | 8,5 miliarde | 11,8 miliarde | ||
| Termal (TDP) | 5 W | 8 W | 6 W | ||||
| CPU | Nº nuclee CPU | 4 | 6 | ||||
| Miezul Înalt | Nume | Uragan | Muson | Vortex | Fulger | Furtună | |
| Frecvență | 2 × (2,34 GHz) | 2 × (2,39 GHz) | 2 × (2,49 GHz) | 2 × (2,66 GHz) | 2 × (3 GHz) | ||
| L1 cache | 2 × (64 + 64 KB) | 2 × (128 + 128 KB) | 2 × (192 + 128 KB) | ||||
| Decodează (Scos din uz) | 2 × (6 lățime) | 2 × (7-lat) | 2 × (8 lățime) | ||||
| Miezul Scăzut | Nume | Zephyr | Mistral | Furtună | Tunet | Furtuna de gheata | |
| Frecvență | 2 × (1,3 GHz) | 4 × (1,42 GHz) | 4 × (1,59 GHz) | 4 × (1,73 GHz) | 4 × (1,82 GHz) | ||
| L1 cache | 2 × (32 + 32 KB) | 4 × (32 + 32 KB) | 4 × (48 + 48 KB) | 4 × (64 + 64 KB) | |||
| Decodează (Scos din uz) | 2 × (3-lățime) | 4 × (3 lățime) | ? | ||||
| Cache L2 (partajat) | 3 MB | 8 MB | |||||
| Cache L3 (partajat) | 4 MB | ✘ | |||||
| HMP | ✘ | ✔ | |||||
| GPU | Nume (șablon) | PowerVR (GT7600 Plus) | GPU Apple | ||||
| Nº miezuri | 6 | 3 | 4 | ||||
| Frecvență | 650 MHz | 900 MHz | 1,1 GHz [7] | - | |||
| Viteză | 115 GFLOPS [8] | 325 GFLOPS [9] | 487,5 GFLOPS [10] | - | - | ||
| NPU | Nume | ✘ | măr | ||||
| Nº miezuri | 2 | 8 | 16 | ||||
| Ops / sec | 600 de milioane | 5 miliarde | 1.000 miliarde | 11.000 miliarde | |||
| RAM | Tip | LPDDR4-3200 | LPDDR4X-4266 | ||||
| Dimensiune | 2/3 GB | 3/4 GB | 4GB | 4/6 GB | |||
| Canal | 64 de biți | ||||||
| Lățime de bandă | 25,6 GB / s | 34,1 GB / s | |||||
| Alții componente | Coprocesor M | M10 | M11 | M12 | ? | ? | |
| Enclavă sigură | ✔ | ||||||
| Producător | TSMC | ||||||
Etalon
Deși caracteristicile hardware individuale (cantitatea de nuclee, frecvența ceasului) sunt asociate din greșeală cu performanța unui CPU, unele teste sintetice, cum ar fi Geekbench by Primate Labs, evidențiază performanțele de vârf mai ridicate ale nucleelor personalizate Apple în ceea ce privește IPC (instrucțiuni pentru ciclu de ceas) în comparație cu nucleele ARM standard și nucleele personalizate ale concurenților majori. Acest lucru se datorează în mare măsură amplitudinii mai mari a etapei de decodare, prezenței mai multor unități de execuție (ALU, AGU, FPU), capacității mai mari de tampoane și fișiere de înregistrare, în special în nucleele performante [11] , până la cheltuiala unei zone mai mari de siliciu și a unui consum mai mare la același ceas [11] .
Mai jos, o reprezentare grafică a unor sesiuni de testare Geekbench ale CPU-urilor SoC-urilor mobile ale producătorilor principali, grupate pe an de lansare (2018, 2019, 2020), specificând că Apple își comercializează SoC-urile mobile la câteva luni după concurență: [12]
Rețineți că testul Geekbench, întrucât este o secvență de teste sintetice cu o durată totală de aproximativ două minute și, prin urmare, cu un impact termic redus, nu demonstrează în niciun fel performanța superioară în timpul utilizării reale și mai ales în „ „utilizare continuă, în care intră în joc variabile precum temperatura și prezența mai multor aplicații care rulează, cum ar fi serviciile de notificare ale diferitelor aplicații. În plus, performanța maximă a procesorului nu este un indicator util între mai multe SoC-uri diferite, compuse și din GPU-uri, controlere DRAM, controlere de stocare, I / O USB sau Lightning, radio și senzori fără fir.
Seria AX
2011-2015
- Apple A5X , primul Apple SoC creat special pentru iPad, lansat în 2011;
- Apple A8X , primul SoC pe 64 de biți pentru iPad, lansat în 2014;
| A5X | A6X | A8X | A9X | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Cod | APL5498 | APL5598 | APL1012 | APL1021 | |
| Imagine |  |  |  |  | |
| Set de instrucțiuni (ISA) | ARMv7 | ARMv7s | ARMv8.0-A | ||
| Arhitectură | 32 de biți | 64 de biți | |||
| Lansa | Martie 2012 | Noiembrie 2012 | Octombrie 2014 | Septembrie 2015 | |
| Caracteristici fizice | Volum | 165 mm² | 123 mm² | 128 mm² | 143,9 mm² |
| Litografie | 45 nm | 32 nm | 20 nm | 16 nm | |
| Proces | - | HKMG | FinFET | ||
| Nr. Tranzistoare | |||||
| CPU | Nº miezuri | 2 | 3 | 2 | |
| Frecvență (Nume) | 2 × 1 GHz (Cortex-A8) | 2 × 1,4 GHz (Rapid) | 3 × 1,5 GHz (Taifun) | 2 × 2,26 GHz (Twister) | |
| Memorie cache L1 (pe nucleu) | 1 × (32 + 32 KB) | 2 × (32 + 32 KB) | 2 × (64 + 65 KB) | 2 × (64 + 64 KB) | |
| Cache L2 (partajat) | 1 MB | 2 MB | 3 MB | ||
| Cache L3 (partajat) | ✘ | 4 MB | ✘ | ||
| GPU | Nume (șablon) | PowerVR (SGX543MP2) | PowerVR (SGX554MP4) | PowerVR (GXA6850) | PowerVR (GTA7850) |
| Nº miezuri | 4 | 8 | 12 | ||
| Frecvență | 200 MHz | 266 MHz | 450 MHz | 650 MHz | |
| RAM | Tip | LPDDR2-800 | LPDDR2-1066 | LPDDR3-2133 | LPDDR4-3200 |
| Dimensiune | 1 GB | 2 GB | 4GB | ||
| Canal | 32 de biți | 64 de biți | 128 biți | ||
| Lățime de bandă | 12,8 GB / s | 17,1 GB / s | 25,6 GB / s | 51,2 GB / s | |
| Alte componente | Coprocesor M | ✘ | M8 | M9 | |
| Enclavă sigură | ✘ | ✔ | |||
| Producător | Samsung | TSMC | |||
2016-2020
- Apple A12Z , este primul Apple SoC introdus într-un Mac mini dedicat exclusiv pentru utilizare demonstrativă (cu sistemul de operare macOS Big Sur ) pentru dezvoltarea aplicațiilor desktop pe arhitectură ARM.
| Nume | A10X | A12X | A12Z | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Cod | APL1071 | APL1083 | |||
| Imagine |  |  |  | ||
| Set de instrucțiuni (ISA) | ARMv8.0-A | ARMv8.3-A | |||
| Arhitectură | 64 de biți | ||||
| Lansa | Iunie 2017 | Octombrie 2018 | Martie 2020 | ||
| Dispozitive | iPad Pro (a doua generație) Apple TV 4K | iPad Pro (a treia generație) | iPad Pro (a 4-a generație) Mac mini (DTK) | ||
| Caracteristici fizice | Dimensiune | 10,1 × 12,6 mm | |||
| Volum | 96,4 mm² | 118,5 mm² | |||
| Litografie | 10 nm | 7 nm (EUV) | |||
| Proces | FinFET | ||||
| Nr. Tranzistoare | 9,8 miliarde | ||||
| CPU | Nº miezuri | 6 | 8 | ||
| Miezul | Performanţă (încărcătură mare) | 3 × 2,34 GHz (Uragan) | 4 × 2,49 GHz (Vortex) | ||
| Eficienţă (sarcină redusă) | 3 × 1,3 GHz (Zephyr) | 4 × 1,59 GHz (Furtună) | |||
| L1 cache (pe nucleu) | 3 × (64 + 64 KB) | 4 × (128 + 128 KB) | |||
| 3 × (32 + 32 KB) | 4 × (32 + 32 KB) | ||||
| Cache L2 (partajat) | 8 MB | ||||
| Cache L3 (partajat) | ✘ | ||||
| GPU | Nume (șablon) | PowerVR (GT7600 Plus) | GPU Apple | ||
| Nº miezuri | 12 | 7 | 8 | ||
| Frecvență | 900 MHz | - | - | ||
| Viteză | 364,8 GFLOPS [13] | 967,6 GFLOPS [14] | - | ||
| RAM | Tip | LPDDR4-3200 | LPDDR4X-4266 | ||
| Dimensiune | 4GB | 4/6 GB | 6 GB | ||
| Canal | 128 biți | ||||
| Lățime de bandă | 51,2 GB / s | 68,2 GB / s | |||
| Alte componente | Coprocesor M | M10 | M12 | ||
| Enclavă sigură | ✔ | ||||
| Producător | TSMC | ||||
Seria S
Seria de procesoare Apple S este o familie de sisteme în pachet (SiP) utilizate pe Apple Watch . Folosește un procesor de aplicații personalizat care împreună cu procesoarele pentru memorie, stocare și suport pentru conectivitate wireless, senzori și I / O cuprinde un computer complet într-un singur pachet. Acestea sunt proiectate de Apple și fabricate de companii terțe.
| S1 Noiembrie 2014 - septembrie 2016 | |||||||||||||||||
| S2 Septembrie 2016 - septembrie 2017 | |||||||||||||||||
| S1P Septembrie 2016 - septembrie 2017 | |||||||||||||||||
| S3 Septembrie 2017 - prezent | |||||||||||||||||
| S4 Septembrie 2018 - prezent | |||||||||||||||||
Seria W
Seria de procesoare Apple W este o familie de cipuri system-on-a-chip (SoC) și wireless (cu accent pe conectivitate Bluetooth și WiFi).
Seria M
| Apple M1 | |||
|---|---|---|---|
| Cod | APL1W85 [15] | ||
| Imagine |  | ||
| Set de instrucțiuni (ISA) | ARMv8.4 (ARM) | ||
| Arhitectură | 64 de biți | ||
| Lansa | Noiembrie 2020 | ||
| Dispozitive | 2020 | MacBook Air 13 " MacBook Pro 13 " Mac mini | |
| 2021 | iMac 24 " iPad Pro 11 " iPad Pro 12.9 " | ||
| Caracteristici fizic | Dimensiune | ||
| Volum | |||
| Litografie | 5 nm (EUV) | ||
| Proces | FinFET | ||
| Nr. Tranzistoare | 16 miliarde | ||
| CPU | Nº miezuri | 8 | |
| Miezul | Performanţă (încărcătură mare) | 4 × 3,20 GHz (Furtună) | |
| Eficienţă (sarcină redusă) | 4 × 2,00 GHz (Furtuna de gheata) | ||
| L1 cache (pe nucleu) | 4 × (192 + 128 KB) | ||
| 4 × (128 + 64 KB) | |||
| L2 cache (per grup) | 12 MB | ||
| 4 MB | |||
| GPU | Nº miezuri | 8 | |
| Viteză | 2.6 TFLOPS | ||
| NPU | |||
| Nº miezuri | 16 | ||
| Viteză | 1.1 TFLOPS | ||
| UMA | Tip | LPDDR4X-4266 | |
| Dimensiune | 8/16 GB | ||
| Canal | 128 biți | ||
| Lățime de bandă | 68,25 GB / s | ||
| Alții componente | ISP (Semnal imagine) | ✔ | |
| DSP (Semnal digital) | ✔ | ||
| SEP (Enclavă sigură) | ✔ | ||
| Controler USB (Fulger) | ✔ | ||
| Producător | TSMC | ||
Notă
- ^ (RO) De ce cipurile Apple sunt mai rapide decât Qualcomm? , pe androidauthority.com .
- ^ Secure Enclave , la support.apple.com . Adus la 16 iulie 2020 .
- ^ Spre control deplin , pe tomshw.it .
- ^ Procesoare Apple , la clinic-iphone.com .
- ^ (EN) Apple Analysis A12 , pe anandtech.com. Adus la 16 iulie 2020 .
- ^ (EN) Apple Analysis A13 , pe anandtech.com. Adus la 16 iulie 2020 .
- ^ Foaie de date IPhone XS Max , la devicespecifications.com . Adus pe 12 august 2020 .
- ^ (EN) Comparație Apple A11 vs A10 [ link rupt ] , pe nanoreview.net . Adus la 16 iulie 2020 .
- ^ (EN) Comparație Apple A12 vs A11 , pe nanoreview.net. Adus la 16 iulie 2020 .
- ^ (RO) Specificații Apple A12 Bionic pe gadgetversus.com. Adus la 16 iulie 2020 .
- ^ a b Andrei Frumusanu, Apple anunță Apple Silicon M1: Ditching x86 - Ce să ne așteptăm, pe baza A14 , la www.anandtech.com . Adus pe 27 decembrie 2020 .
- ^ GeekBench , pe browser.geekbench.com . Adus pe 24 martie 2021 .
- ^ (RO) Specificații A10x , pe gadgetversus.com.
- ^ (RO) Specificații A12X , pe gadgetversus.com.
- ^ (EN) Apple The Mac Mini 2020 Unleashed: Punerea Apple la testul Silicon M1 pe anandtech.com.
