为什么苹果能“干翻”安卓？

在如今的移动处理器领域，苹果无疑是性能项目的头号玩家。在 iPhone 13 发布会上，苹果产品营销副总裁 Kaiann Drance 直言道，友商们还在苦苦追赶苹果两年前的芯片。从各项基准成绩和实际体验来看，这是不争的事实。

 

为什么苹果能做到这个地步呢？今天我们就来聊一聊，让苹果芯片更强的关键性因素。

01

大缓存，仅此一家

 

常常折腾电脑的小伙伴，应该听说过一个概念：处理器缓存（Cache）越大性能越好。

 

这句话并不准确，但也说对了一半，更准确一点的说法是，在处理器结构和工艺相近的情况下，缓存越大性能越好。

从原理上来说，处理器缓存是 CPU 与内存之间的临时数据交换器，一般集成于处理器内部，用于解决 CPU 处理速度与内存读写速度不匹配的矛盾。

 

现代的电脑处理器一般具有 L1、L2、L3 三级缓存，L1 缓存离 CPU 最近，速度最快、容量最小，L3 缓存速度较慢（相对而言，其实一点都不慢），容量最大。

 

这里的快慢是相对而言的，无论哪一级缓存，速度都要比内存和硬盘更快。

01

大缓存，仅此一家

 

常常折腾电脑的小伙伴，应该听说过一个概念：处理器缓存（Cache）越大性能越好。

 

这句话并不准确，但也说对了一半，更准确一点的说法是，在处理器结构和工艺相近的情况下，缓存越大性能越好。

从原理上来说，处理器缓存是 CPU 与内存之间的临时数据交换器，一般集成于处理器内部，用于解决 CPU 处理速度与内存读写速度不匹配的矛盾。

 

现代的电脑处理器一般具有 L1、L2、L3 三级缓存，L1 缓存离 CPU 最近，速度最快、容量最小，L3 缓存速度较慢（相对而言，其实一点都不慢），容量最大。

 

这里的快慢是相对而言的，无论哪一级缓存，速度都要比内存和硬盘更快。

内存、多级缓存与 CPU 之间的关系

苹果的自研处理器一直偏爱大缓存设计。从 2013 年 iPhone 5S 上的 A7 处理器开始，苹果仿照桌面处理器，率先在智能手机上使用了 L3 缓存，具有 1 MB L2 缓存和 4 MB L3 缓存，A8 缓存规格与此相同。

 

此后的 A9、A10 处理器，苹果用上了 3 MB L2 缓存和 4 MB L3 缓存。

而安卓手机这边呢？ARM 直到 Cortex-A75 这一代，才为其公版架构加入 L3 缓存，最大可达 4MB，那是 2017 年的夏天。

 

首款采用 Cortex-A75 内核的高通处理器平台是骁龙 845，直到这一年的冬天才面世，具有 2MB L3 缓存（没有堆满），等到搭载该芯片的手机上市，又是 2018 年的事情了。

而另一边，苹果 2017 年的 A11 芯片取消了 L3 缓存，但将 L2 缓存增加到 8MB，比骁龙 845 三个级别缓存加起来都多。

2019 年，苹果 A13 随 iPhone 11 系列一同亮相，保持 8MB L2 缓存规格的同时，首次引入系统级缓存（System Level Cache）作为处理器的最后一级缓存，容量达到 16MB，可以充当芯片上所有 IP 的共享缓存，原理与 AMD 显卡的无限缓存（Infinity Cache）类似。

安卓平台这边，高通紧随苹果之后发布骁龙 865，同样引入系统级缓存设计。不过高通这一次依然不够大胆，骁龙 865 系统级缓存只有 3MB，比起 A13 的 16MB 相去甚远。

 

另外骁龙 865 的 L1、L2、L3 缓存加起来也不过 6.8MB，还不及 A13 的 L2 缓存大。

到了 iPhone 13 这一代，满血 A15 的缓存容量已经接近桌面处理器水平，性能核心 L2 缓存增至 12MB，持平 M1。

 

而骁龙 888 的 L2+L3 缓存总共才 6.5MB；系统级缓存增至 32MB，而骁龙 888 只有 3MB，华为的麒麟 9000 堆到 8MB，比起 A15 还是要落后不少。

02

无他，舍得花钱尔

 

大缓存对性能提升这么直接，为什么苹果之外的厂商都不爱用呢？

这是因为，苹果的芯片比其他厂商的更“大”。一是物理意义上的大，即芯片面积；二是价格意义上的大，即成本更高。

 

此二者又是相辅相成的，正所谓芯片空间寸土寸金，芯片占用空间越大，成本就越高。

 

苹果 M1 Ultra 对比 AMD 桌面处理器

根据Linley 集团 2016 年的一份报告，苹果 A10 芯片的性能核心面积大约是竞品高端移动 CPU 的两倍，其能效核心也是如此，接近同期竞品处理器能效核心 Cortex-A53 的两倍。

再讲到我们前面谈论的缓存配置，苹果在 A13 上加入系统级缓存后，芯片上的 SRAM 面积直接翻了一番。

 

苹果在处理器缓存的价码越下越大，不仅直接地增加了物料成本，加上对公版处理器架构的大量改动，对工艺制程和设计能力的要求也是越来越高，进一步拉高了芯片成本。

苹果之所以能这么做，因为它卖的是成品的手机，而不是芯片。苹果造出来的芯片仅供自家产品所用，不卖给别的厂商，也就不用考虑太多的成本因素。

 

安卓手机的两大 SoC 供应商是高通与三星，为了卖芯片，高通和三星免不了要和手机厂商讨价还价，也就不得不考虑芯片成本的问题。 

这可以说是苹果绝无仅有的优势。据 Counterpoint 的数据，苹果 iPhone 以不到 20% 的智能手机出货量份额，掌控着全球 70% 左右的利润，多的时候能到 80% 以上。

 

有这么高的利润，苹果可以大举投入资金，反哺芯片研发和制造环节。

苹果手机的营收和利润比友商高出一个次元

苹果做手机真的太赚钱了，多花些钱造芯片又算什么呢？

03

快人一步的苹果

 

从 2010 年的 A4 到 2021 年的 A15，再到今年的 M1 Ultra，苹果的自研芯片历程只有短短 12 年，对于芯片制造这一行业来说，并不算长了，苹果对手们的资历要比这长得多。

华为旗下的海思成立于 2004 年，2008 年发布第一代自研芯片 K3V1；高通于 2005 年宣布进军手机处理器领域，其功能机处理器平台最早于 2006 年推出。

 

三星 2002 年就为 Danger Hiptop 打造了智能手机处理器 S3C44B0X，上世纪 90 年代便已投身 ARM 媒体播放器芯片研发。

 

主攻 PC 领域的英特尔、AMD、英伟达、IBM，还有退出了处理器市场的摩托罗拉，无一不是身经百战数十年的代表。

搭载三星处理器的 Danger Hiptop（2002 年）

与其他对手不一样的是，苹果这 12 年，迈出了几个大跨步。

在推出首款自研处理器芯片之前，苹果进行了一系列重磅收购，最著名的两笔是 2008 年收购 PA Semi，以及 2010 年收购 Intrinsity，苹果造芯梦之队班底由此而来。

 

这两家公司的造芯历史，可以追溯到上世纪八九十年代，是芯片行业的老资历。 

 

踏上自研芯片之路后，苹果没有停止锐意探索的脚步。早在 2013 年的 A7 处理器上，苹果就用上了 64 位处理器架构。

 

高通对此不屑一顾，一位高管还宣称 64 位 A7 处理器只是噱头。数月之后，高通才后知后觉地做起了 64 位处理器，慢人一步。

从进军 64 位处理器开始，苹果就抢占了领先身位，并保持至今。

 

值得一提的是，ARM 在 2016 年推出了一项计划，让芯片合作伙伴更早地接触其最新 CPU 设计，从开展设计和调校。从苹果自研处理器的步伐来看，或许苹果早早就在做这件事了。

04

性能很重要，但不是全部

 

谈及智能手机的性能，我们免不了会触及“性能过剩论”，即如今的智能手机性能已经够用，性能再强也是过剩。其实无论智能手机还是电脑，硬件性能都不会有够用一说，至少在可预见的时间内是如此。

计算机领域有一个著名的安迪-比尔定律，“安迪给多少，比尔就拿走多少。”大意是，新硬件带来的性能提升，都会被新软件消耗掉。

 

反过来说，开发者针对软件的更新，都是瞄准新硬件的性能来打造的，也必将消耗更多的硬件性能。购买手机或电脑时，设备的硬件性能越强，当然尽可能用的长久。

https://mp.weixin.qq.com/s/npmfyptvZ-LoQBbcDtBlsw