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发布时间:2018-10-14 11:26:20来源:合肥苹果售后服务中心



  苹果宣布 A11 GPU 自主设计时,其内部看上去仍然非常很像 Imagination 的衍生设计,因为其块设计非常类似于之前 Rogue 那一代,仍然是 TBDR(基于平铺的延期渲染器)设计,而这方面 IMG 拥有诸多专利。最重要的事实是,苹果仍然公开支持其专有格式 PVRTC (PowerVR 纹理压缩),这意味着其 GPU 仍然可能与 IMG 的 IP 有明显关联。在这里,AnandTech 认为这不是通常所说的“干净”设计。

  至于 A12 GPU,参见来自 TechInsights 和 ChipRebel Apple A11 的图(下图,前者是 A12,后者是 A1),其型号为 G11P,仍看到了一些非常明显的类似于去年 A11 GPU 的设计,各个功能块在很大程度上似乎位于相同的位置,并以类似的方式构造。

  AnandTech 认为,苹果在 A12 GPU 上最大的进步是现在支持了无损内存压缩技术。他们表示,当初在发布会上听到这个消息时,非常惊讶,因为这将意味着两件事:首先之前苹果 SoC 及 GPU 显然没有内存压缩技术,再者现在增加该技术支持本身就足以显著提升新 GPU 的性能。

  内存压缩,主要是指从 GPU 到主内存的帧缓冲区压缩。在桌面领域,像 Nvidia 和 AMD 这样的显卡提供这一功能已有很多年了,即使在内存带宽没有增加的情况下,它也能提高 GPU 的性能。智能手机 GPU 同样需要内存压缩,这不只是因为移动 SoC 上的带宽有限,而更重要的是由于高带宽要求时可降低相关功耗。ARM 的 AFBC 帧缓存压缩技术一直是移动领域公开的机制,而且高通和 Imagination 等其他厂商也有自己一套的压缩内存相关技术。

  苹果只在 A12 上介绍了这一功能,看起来似乎太晚了,但意义却很重大。因为这意味着 A12 相比前一代能够在效率和性能上获得异于寻常的巨大提升。考虑到苹果在发布会上也表示新 GPU 性能提升显著,所以引入内存压缩技术此举意义重大。

  A12 CPU 内核频率

  在过去的几代芯片中,苹果一直在稳步提高芯片大内核的频率,同时也提高微架构的 IPC 性能。AnandTech 对 A12 和 A11 的频率特性做了快速测试,得出了下面对比的表格:

  大内核方面,从 A11 到 A12,实际上最大的提升就是拉高了最大频率,A11 的 Monsoon 大核心为 2380MHz,A12 的新 Vortex 大核心则提高到 2500MHz,不过在 ST 应用中这只是 5% 的频率提升。到第二大线程的频率,A11 和 A12 的频率分别为 2325 和 2380MHz。至于第三线程的测试,A11 和 A12 的频率调度有所不同,A11 已经下降到了 2083MHz,A12 则保持同样的 2380,直到达到散热极限才最终减速。

  小内核方面,相较于 A11 的 Mistral 内核,A12 新的 Tempest 核心实际上更加保守。当 A11 只有一个小内核运行时,其最高频率可以达到 1694MHz。而在新的 A12 芯片上,小内核最高频率限制为最高 1587MHz。同时,当 4 个小内盒完全满载时,频率也进一步从 1587MHz 轻微降低到了 1538MHz。

  内存延迟大大改善

  正如前述,苹果显然在 A12 缓存层次结构和储存器子系统中投入了大量的工作。通过 AnandTech 提供的线性延迟测试图,可以看到对于大核和小核的完全随机延迟改善明显,具体如下:

  与 A11 的 Monsoon 大内核相比,A12 的 Vortex 核心虽然只高了 5%,但是 L2 内存延迟从 11.5ns 降到了到 8.8ns,这是 29% 的提升。这意味着现在新 Vortex 核心的 L2 高速缓存可以在更少的周期内完成操作。在 Tempest 小核心方面,L2 周期延迟似乎保持不变,但在 L2 分区和电源管理方面又发生了很大的变化,允许访问更大的 L2 物理块。

  AnandTech 只在 64MB 进行了测试深度测试,显然在这个数据集中,延迟曲线并没有变得平缓,但是可以看到 DRAM 的延迟已经有所改进。当小内核处于活动状态时,内存控制器 DVFS 的最大频率会提高,这可以解释为什么 Tempest 小内核的 DRAM 访问存在较大差异,而当大内核有大线程运行时性能会更好。

  A12 的系统缓存在其行为设计上发生了一些重大的变化。不可否认,带宽是缓存层次结构的一部分,虽然 A12 相比 A11 有所减少,但延迟却得到了很大改善。这里主要可以归因于 L2 预取器,或者系统缓存端的预取器,包括延迟性能和流预取器数量都已经增加。

  指令吞吐量和延迟时间

  为了比较 Vortex 大内核的后端特性,AnandTech 测试了指令吞吐量。后端性能由执行单元的数量决定,延迟由设计质量决定。AnandTech 表示,A12 具有 6 个整数执行管道,其中 2 个是复杂的单元,还有 2 个加载/存储单元,2 个分支端口和 3 个 FP/矢量管道,这就等于是 13 个执行端口,远超过 ARM 即将推出的 Cortex- A76,也比三星的 M3 也更宽。事实上,苹果的微架构在通道宽度方面似乎远远超过了其他任何阵营,包括桌面 CPU。

  A12 CPU 性能:达到桌面级水平

  关于 CPU 性能的测试,AnandTech 选择的是编译的 SPEC 2006 这个软件。在他们来看,SPEC 这个测试软件权威性更足,并称其为一个重要的行业标准化的 CPU 测试基准套件,这与一般测试 CPU 负载性能不同,所处理器的数据要大的多,也更复杂,重点测试系统的处理器,内存子系统和编译器等多个不同的基准测试。

  AnandTech 表示,虽然 GeekBench 4 已经成为当前非常受欢迎的行业基准软件,但他们希望可以有一个完整的跨平台的基准测试套件,而且不只是测试峰值性能。因此,SPE C2006 被选为更具有代表性的高性能的跨硬件的基准测试软件,它能充分展示微体系结构的更多细节,特别是在内存子系统性能方面。

  不过,AnandTech 也指出,由于他们编译的 SPEC 2006 基准测试套件没有得到 SPEC 官方验证,因此接下来的测试的数据仅用于参考,而且性能测试是在可控的环境下进行的,并准备了帮助手机散热的风扇,目的是保证 1 到 2 小时内的热量不会影响测试。

  关于测试之后制作的图表,AnandTech 称右侧的数据越大表示 SoC/CPU 的性能越好,数字代表分数。而左侧轴上,表示给定工作负载的能耗使用情况,左边出来越长意味着需要更多的能耗,越短表示越节能,每瓦的平均功率指标相当重要,这里用到了瓦和焦耳作单位。而在数据对比方面,选择了之前做个测试的 A11、高通骁龙 845、骁龙 835、三星 Exynos 9810、Exynos 8895 等。

  第一个测试从 SPECint 2006 工作负载开始:

  在大部分工作负载下,A12 的时钟频率比 A11 高了 5%。AnandTech 称,考虑到无法真正锁定 iOS 设备上的频率,所以这只是基准测试期间运行时频率的假设而已,在 SPECint 2006 测试中,A12 的平均表现比 A11 好约 24%。

  在 456.hmmer 和 464.h264ref 这两项测试中 A12 芯片的提升最小。AnandTech 表示,这两个是整个套件中瓶颈最多的测试项目,然而 A12 在这些方面似乎并没有什么大的提升,分数只有很小的涨幅,这主要还是得益于更高的频率以及缓存层次结构的改进。

  在 445.gobmk 测试项 A12 的改进就相当大了,提升达到 27%。AnandTech 称他们测出 A12 在高速缓存行的存储处理方式上确实有一些重大变化,而在分支预测精度上没有显著变化。不过,在 403.gcc、429.mcf、471.omnetpp、473.Astar 和 483.xalancbmk 这几项对内存子系统性能测试方面,A12 性能提升就非常大了,提升幅度从 30% 到 42% 不等。很明显,缓存层次结构和内存子系统的改进再次得到回报,AnandTech 称这是最近几代性能飞跃最显著的一次。

  说到SPECint 2006 测试中的能效方面,总的来说 A12 相比 A11 在能效上提升了 12%,但这只是在最高性能下减少了 12% 的能耗,AnandTech 表示若比较 A11 和 A12 两代芯片在性能/功耗曲线上的变化,的确体现出了平均 24% 的性能提升,但在性能提升幅度最大的测试项中(也就是前面有关内存工作负载的测试),A12 的功耗其实是显著上升的,所以尽管 7nm 工艺本身能效更高,但 A12 依然比新工艺节点更耗电。在整个 SPECint 2006 测试期间,此前 A11 的平均功率为 3.36W,而 A12 增加到了 3.64W。

  再看上面第二个 SPECfp 2006 测试图,AnandTech 还进行了有很多内存密集型的测试。在 SPECfp 2006 测试中,A12 相比 A11 的性能提升平均达到了 28%。在 433.milc 测试项性能上获得了 75% 的显著提升。同样的情况还出现在 450.soplex 项目,AnandTech 表示,A12 出色的缓存层次结构和内存存储性能的组合使其性能大大提升了 40%。

置换新机

  470.lbm 这项测试充分展示了苹果 A 系芯片与 ARM 或三星内核相比有多方面性能优势,完全就是碾压级别,A12 指令执行吞吐量的优势为性能做出了重要贡献。比较奇怪的是,高通以前的骁龙 820 芯片表现都还由于最近两年的 SoC 芯片。

  而关于能效方面,AnandTech 表示,A12 在 SPECfp 2006 测试中的表现与上面的 SPECint 2006 类似,性能跃升同功耗也有所增加,其中 433.milc 测试项的功耗从 A11 的 2.7W 提高到了 4.2W,这是 75% 的功耗增加。就 SPECfp 2006 测试整体功耗而言,A11 是 3.65W,A12 增加到了 4.27W。除了 482.sphinx3 测试项之外,上图中所有项目的功耗都有所增加,最大值达到 5.35W。

  测完 SPECfp 2006 和 SPECint 2006,AnandTech 放出了从 A9 到 A12 并包含最新 Android 阵营 SoC 芯片的综合性能横向对比,如下图:

  AnandTech 表示,就总体而言,新 Vortex 内核和 SoC 内存子系统的架构改进,使得苹果 A12 芯片比苹果营销所宣传的性能优势大得多,即便是与 Android 阵营最好的 SoC 相比,无论是性能上还是能效上的优势都非常明显。可以说,苹果 SoC 比所有 Android 阵营的 SoC 芯片都具有更高能效,并且还能提供近两倍的性能优势。如果将 SoC 所用的功耗统一标准化,那么苹果 A12 的表现将领先 Android 阵营 SoC 三倍,无需对此感到惊讶。

  做完两项测试小结,AnandTech 还谈到了竞争对手面对苹果 A 系芯片时的境况如何。例如说,三星 Exynos 9810 芯片能耗是去年苹果 A11 芯片的两倍,但性能差距仍达到了 55%。有意思的是,AnandTech 声称,虽然不清楚 A12 的性能与台式机 CPU 差距有多接近,但根据之前一些测试数据对比发现,A12 在单线程性能方面已经优于某些英特尔中档 Skylake CPU。

  当然了,AnandTech 也没有说得很绝对,他们称很多测试要考虑到测试工具在各平台编译问题,以及 CPU 的频率因素。但就当下的测试条件下,他们直言苹果的移动 SoC 在 ST 应用某些方面性能优于桌面 CPU。

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