Nová generace procesorů Apple: A15 s jádrem Avalanche. IPC téměř stejné, zasekl se vývoj?

35

ARM procesory Apple ohromovaly každoročními velkými nárůsty výkonu, díky kterým dohnaly Intel a AMD v jednovláknovém výkonu. U nového A15 ale jako by se mašina zasekla a jádro má zdá se jen malé pokroky.

Apple oznámil nové chytré telefony a s tím také nový procesor. CPU jádra Applu se díky velmi agresivnímu vývoji za poslední dekádu staly jedním z lídrů v oblasti procesorů – podle některých názorů třeba i lídrem největším. Nový mobilní SoC A15 s jádry Avalanche a Blizzard ale podle prvních analýz vůbec nepřinesl masivní zrychlení jako dříve. Výkon sice narostl, ale dle prvních uniklých benchmarků se tempo Applu opravdu zadrhlo.

Apple A15 Bionic

Apple k procesoru A15 Bionic tradičně nesdělil mnoho detailů. Jde o hybridní big.LITLE šestijádro, stejně jako byl loni čip A14. Z toho dvě jádra jsou velká a jejich architektura se jmenuje Avalanche („lavina“). Zbylá čtyři jádra jsou malá či řečí Intelu „efektivní“, s architekturou Blizzard. V předchozí generaci měl Apple architektury Firestorm a Icestorm, což by implikovalo, že jde o nová jádra. Nejsou u nich ale zmíněné nové vlastnosti, Apple zejména neřekl nic o tom, že by tato jádra už měla architekturu ARMv9 nebo instrukce SVE a SVE2.

GPU má zřejmě pět jader, což je konfigurace čipu A15 v mobilech iPhone 13 Pro a 13 Pro Max. Telefony iPhone 13 a iPhone 13 mini budou mít grafiku ořezanou na jen čtyři jádra. Akcelerátor neuronových sítí pro AI aplikace mát ale 16 jader jako v čipu A14, jen zřejmě na vyšší frekvenci, protože výkon se zvýšil z udávaných 11 TOPS na 15,8 TOPS.

Apple A15 1
Apple A15 (Zdroj: Apple/AnandTech)

Čip je stále vyráběný 5nm procesem TSMC, nedošlo tedy k přechodu na 4nm, ani na 3nm technologii. Nevíme, jaký je paměťový řadič (zda již LPDDR5, nebo stále LPDDR4X), ale Apple prozradil, že zvětšil systémovou cache na dvojnásobek (32 MB) .A SoC má nové DSP pro zpracování obrazu, nové video enkodéry a video dekodéry, jakož i nový blok pro obrazový výstup, kde přibyla schopnost 120Hz obnovování (využije ji zatím jen telefon iPhone 13 Pro/Pro Max).

Malý nárůst výkonu, zpomaluje Apple?

Apple obvykle při uvedení nových telefonů (nebo tabletů a tak dále) uváděl nárůsty výkonu proti předchozím generacím svých procesorů, byť pochopitelně jakožto všechny marketingové oficiální benchmarky je třeba taková čísla brát s rezervou. Tento týden u nového procesoru A15 Bionic však místo toho uvedl jen srovnání s „konkurenty“, podle nějž je procesor o 50 % rychlejší (zřejmě v jednojádrovém výkonu) a GPU o 30 % rychlejší. Pokud by to ale bylo měřeno proti loňské generaci procesorů v telefonech Android s architekturami Cortex-A78/X1, neznamenalo by to vlastně skoro žádné nebo jen mírné (o jednociferná procenta) zrychlení, jak bylo prakticky vzápětí různými komentátory poukázáno.

Apple A15 Zdroj: Apple/AnandTech

Srovnání s vlastním procesorem Apple udělal jen u nového tabletu iPad mini, který také dostane čip A15, ovšem v tomto případě je to srovnání s už poměrně starým čipem A12 (jenž už ale byl na 7nm procesu). Zde Apple uvádí, že má A15 mít o 40 % rychlejší jádra CPU. Problém je v tom, že když loni Apple uváděl nárůst výkonu předchozí generace A14 v tabletech rovněž proti čipu A12, řekl tehdy stejné číslo +40 %. To by implikovalo, že mezi A14 a A15 není žádný nárůst, nicméně tak tato matematika nefunguje, protože mohlo jít o dva různé benchmarky s jinými podmínkami, které nelze srovnávat. Naopak u grafiky je nárůst výkonu větší, čtyřjádrová verze má být o 30 % a pětijádrová o 50 % rychlejší zase „proti konkurenci“

První únik v Geekbench 5: výkon zvýšený taktem?

První unáhlené závěry, že nepřišel žádný nárůst výkonu, nakonec asi vyvrátil první únik výkonu v Geekbench 5, byť zatím je to třeba brát s rezervou, jelikož telefony zatím nevyšly a není možno ověřit, zda je pravý. Podle něj má čip A15 výkon v jednom vlákně 1734 bodů a MT skóre je 4818 bodů.

Uniklý benchmark Apple A15 v Geekbench 5
Uniklý benchmark Apple A15 v Geekbench 5 (Zdroj: Ice universe)

To je zlepšení o nějakých 8 až 10 % v jednovláknovém (podle toho, který výsledek v Geekbench berete) a cca o 20 % v mnohovláknovém výkonu. Zda se při tom měnila spotřeba, ale nevíme. Co je ovšem podstatné, je vztah k frekvenci. Toto navýšení výkonu není dosaženo jen pomocí IPC, tedy lepšího výkonu na 1 MHz, ale spíš naopak. Podle logu Geekbench Apple zvýšil frekvenci ze 3 GHz na asi 3,20 GHz (pokud to tedy není 3,25 GHz, těžko říct), tedy o cca 6,5 %.

Uniklý benchmark Apple A15 má vyšší frekvenci
Uniklý benchmark Apple A15 má vyšší frekvenci (Zdroj: Ice universe)

V této generaci tedy asi nebylo příliš zvýšeno IPC procesoru a výkon tlačí nahoru frekvence. Je možné, že takt malých jader Blizzard narostl ještě o větší faktor, čímž bylo dosaženo ono 20% zrychlení v multi-threadu. Také by ale asi mohlo být dáno 32MB systémovou cache nebo rychlejšími pamětmi.

Uniklý benchmark Apple A15 v Geekbench 5 subskóre
Uniklý benchmark Apple A15 v Geekbench 5: subskóre (Zdroj: Ice universe)

Galerie: Apple A15, první benchmark v Geekbench 5

Dopadl na Apple odliv mozků? Nebo COVID?

V komentářích k novým procesorům se objevují různé hypotézy o tom, proč tentokrát Apple neposunul výkon o tak moc. První reakce tipovaly, že by sice jádra mohla mít zase výrazně zvýšený výkon na 1 MHz, jak to fanoušci měli rádi, ale že Apple jim schválně snížil frekvenci, aby se snížila spotřeba a tím prodloužila výdrž na baterie. Podle úniku z Geekbench se však zdá, že takty naopak stouply.

Nabízelo by se tedy spíš vysvětlení, že se Applu opozdil vývoj, nebo že schválně přešel z modelu, kdy každý rok vyvine výrazně rychlejší jádro, na volnější dvouletý cyklus. Jádra mají podle svého pojmenování novou architekturu a nejsou tedy použita úplně stejná (Firestorm/Icestorm z M1 a A14), ale asi by mohlo jít o jejich refresh s jen mírnými úpravami a zlepšeními, zatímco větší upgrade přijde příště.

Jako důvod takového kroku by mohlo být narušení vývoje a příprav pandemií COVIDu a přesunu práce do režimu Home Office. Ale rýsuje se zde také možnost, že má Apple hlubší problémy, které by mohly vývoj jeho procesorů přibrzdit dlouhodobě. To tehdy, pokud jde o dopad značného odlivu mozků, který oceňovaný procesorový tým Applu postihl. V roce 2019 odešlo množství jeho inženýrů do startupu Nuvia – včetně vedoucího a šéfarchitekta Gerrarda Williamse III.

Nuvia vedeni Reuters
Vedení Nuvie, tři architekti CPU z Apple (Zdroj: Reuters)

Nedávno jsme tu pak měli zprávu, že další vlna procesorového kádru, včetně veteránů s dost zajímavou historií, se zase osamostatnila do startupu Rivos, jenž vyvíjí výkonné procesory pro změnu s architekturou RISC-V. Je možné, že zatímco dřív Apple nalákal řadu lidí z tradičních lídrů Intelu, ale asi i AMD, teď to zase probíhá obráceně. Toto nemusí být zdaleka fatální, protože obměna zaměstnanců je běžná věc a Apple nejspíš průběžně tyto ztráty nějak nahrazuje.

Pokud se však ztratil výrazně nadprůměrné talenty ve velkém množství, nemusí být schopen inovovat architekturu procesorů s takovou rychlostí a s tak dobrými výsledky jako v minulosti (na druhou stranu, pořád má na své straně faktor peněz, kdy má nejspíš nejlepší finanční možnosti proti konkurenci, včetně Intelu). Ale teprve uvidíme, zda k takovému zpomalení inovací opravdu dojde, nebo byl letošní malý nárůst výkonu u architektur Avalanche a Blizzard výjimka.

Zdroje: AnandTech, Ice universe, SemiAnalysis

Nová generace procesorů Apple: A15 s jádrem Avalanche. IPC téměř stejné, zasekl se vývoj?
Ohodnoťte tento článek!
4.6 (91.11%) 18 hlasů
Pokrývač aktuálního dění v PC hardwaru pro Cnews.cz * * * Má rád: sranda, levný hardware, x86, nemoderní umění, slušnost, ekologie, Tolkien * * * Nerád: trollové, nespravedlnost, snobí hardware, prosciutto * * * Očkovanej a vděčnej doktorům.

35 KOMENTÁŘE

  1. Já neříkám ani tak, ani tak. Realita se ukáže až po delší době.
    Nicméně dovolím si zopakovat, že jednorázově „urvat“ výkon je daleko jednodušší, než to dělat dlouhodobě/opakovaně.

    Apple je bohatý, o tom není sporu. Má i spoustu chytrých mozků a hlavně na čem stavět (tzv. legacy) – a to říkám jako člověk co tuhle firmu a její produkty vůbec nemusí. To ale nemusí stačit navždy a je otázka, jestli s ARMem už dávno nedošlo v daném výkonovém segmentu k dosažení výkonnostního stropu, protože ať chceme či ne, power obálka mobilu nebo tabletu je stále tatáž a pokroky ve výrobě polovodičů už dávno nejsou mílové. To ostatně ukazuje jak samotný ARM, tak třeba Samsung – výkon tu je, ale pouze po velmi krátkou dobu, pak zasahuje teplotní čidlo a celý CPU „padá“ s výkonem do oblastí, na které jsme už roky zvyklí.

  2. Zrejme apple vyuzil tranzistorovy budget na max a dalsi vykon prijde s lepsim TSMC procesem? Lidi, co byste chteli? Apple ma nejlepsi jadro na svete. Jejich cache je naprosto famozni. Jede to jak pila, je bohuzel ale designovano na nizsi takty. I tak ale valcuje vsechno okolo. Budte trosku realiste, zijeme ve fyzikalnim svete a ne ve virtualni realite facebooku&spol.
    Ten odliv lidi se mohl podepsat. Covid taky.
    Mimochodem septanda naznacuje, ze dalsi Mac Pro (pro 2022) bude s Intel Xeon W-33xx, to by znamenalo, ze M2 je zpozden taky — a nebo, ze puvodni septanda o 20-40 jadrech nebyla pravdiva…

    • Anebo to naznačuje to, že žádný ARM se v obecném výkonu (ne jen těch bechmarkových leštěných prdech) x86 prostě nevyrovná. Ale je to jen šeptanda, jak sám píšeš, realita bude třeba jiná.

      • Pusť na x86 všechnu tu AI a image procesing, budeme se bavit.

        Tranzistory nejsou jen hrubý výpočetní výkon ale specializované akcelerátory pro konkrétní SW. Výhoda když si píšeš SW a k němu si navrhuješ i vlastní HW, nemusíš řešit něco co není potřeba a zaměřit se na to co potřebuješ nejvíce

          • Co přesně? Výkon čistě na CPU? Kolik získáš? 10? 20? 30%? Specializovaný akcelerátor přidá 300, 400, 500% výkonu, možná i více, a při nižší spotřebě….

            do běžného x86 procesoru to nedáš protože není určený pro specifické zařízení která toho nevyužije a potřebuješ overall výkon aby na něm běhalo vše. Platíš daň za univerzální výkon který je menší než specializovaný a i výrazně vyšší energetickou náročností

            U čipu který je zaměřený na konkrétní typy zařízení a poběží na něm konkrétní SW, a celé si to navrhuješ na míru, tak raději investuješ do toho akcelerátoru který je výhodnější než zvedat jen procesorový výkon kterého máš pro zbytek dostatek, navíc bys požadovaného výkonu ani nedosáhl.

            Některé AI funkce v MacOS 12 nebudou dostupné na Intel macích, jen na Apple siliconu právě proto že používají tyhle akcelerátory, a shodneme se že M1 v procesorové části je poměrně mizerná ve srovnání třeba s 28 Xeonem z Mac Pro. Přesto ten Mac Pro s tím Xeonem nemá dost výkonu na to na co má akcelrátor v M1 a to už vůbec nebudeme mluvit o spotřebě

            • Když se M1 potká s universální úlohou CPU/GPU je jeho výkon velmi omezený. Ano, je to tiché a nic to nežere, ale taky to moc neudělá. https://youtu.be/ClW7KUCuJB8?t=719

              Přítomnost HW akcelerátorů je sice přínosem, ale má význam pouze pro omezenou množinu nástrojů a jeho podpora je limitována na pár formátů. I když M1X přinese dvojnásobek CPU/GPU výkonu, stejně to bude pro náročné tasky málo.

            • nepotřebuji speciál, potřebuji univerzál, apple mi je naprosto k ničemu …

            • @PetebLazar ano, je to výkonem i5/Ryzen 5, víc než drtivá většina dokáže využít v laptopu. M1 je entry level SoC

              @gogo1963 ale ty nechápeš že Apple si vyvíjí HW podle potřeb vlastního SW. Nedělají univerzální zařízení ale zařízení pro specifické použití, to co chceš ty s tím nemá nic společného.

              Proč by investovali prostředky do vývoje CPU výkonu který bude i při nerealistickém zdvojnásobení výkonu nedostačující. Zaměřím se na to co potřebuji, nový image procesing, akcelerace AI apod. který je mnohonásobně výkonnější než CPU výkon SoC a plní funkci, kterou to zařízení má plnit. Třeba v iOS 15 nebude část věcí fungovat na telefonech s čipy staršími než A12 protože mají starší verzi neural enginu který nemá dostatek výkonu na všechnu AI realtime. iPhone 12 nedostane cinematic video i když má “stejně výkonné CPU” protože je to postaveno na AI a grafickém výkonu a i toho je pořád málo, proto je režim omezený na FHD rozlišení. Některé featury MacOS 12 nepoběží na Macu s Intelem protože nemá žádný AI akcelerátor a CPUčka by to nezvládaly…

              Zeptej se majitelů iPhone 12 jestli jim chybí výkon… předpokládám že ti v podstatě všichni odpoví že telefon má výkonu dost, počítám to ti odpoví i majitelé iP11 a předpokládám i těch s XS/XR.
              A15 navíc nepužívá Arm9 jádra, která přišly pozdě na to aby to Apple stihl implementovat, takže další důvod neinvestovat do toho CPU tolik úsilí, poladí se to až v následujících čipech…

        • Jenže to je právě směr, který NENÍ podle mého směroplatný. Spousta dedikovaných koprocesorů je dobrá jen na konkrétní „módní“ algoritmy. Na to pak stačí koupit speciální HW a nemusím se patlat s celým počítačem.

          Pěkně to shrnul PetebLazar. Počítače byly, jsou a budou stroje s obecným výkonem – dnes se na nich počítá „AI“ (byť to teda v drtivé většině je jen vytrénovaná neuronová síť), zítra ty úlohy mohou být úplně jiné, a pak ti takový M1 ukáže, že to je jen pomalej ARM.

          • Počítače vždy sloužily uživateli aby mu usnadnily život. Spousta usnadnění vychází právě z AI algoritmů které se učí od uživatele zařízení, které mu pomáhají. Co je špatné vyhledávat třeba v textu zachyceném na fotkách a to včetně ručně psaného písma a možnost interakce s tím textem? Proč neaplikovat složitější a lepší algoritmy výpočetní fotografie, videa a audia když to pomůže uživateli dosáhnout lepšího výsledku. Lepší fotky a videa, z foťáku, lepší kvalita videa i audia pro takovou hovadinu jako call s přáteli, rodinou, kolegy…

            Mimochodem nebavíme se o M1, bavíme se o tom že Apple vyvíjí HW s ohledem na potřeby SW. Ano, pokud uživatelé najednou změní priority a budou chtít používat SW který dělá naprosto něco jiného, pak to bude mít mizerný výkon, pořád na tom ale bude výrazně lépe než všechna konkurence, která si může nechat zdát o CPU výkonu staré A14 a většinu mobilních zařízení překoná i tři roky starý A12. A14 svým CPU výkonem srovná do latě i obrovské množství počítačů, M1 pak převážnou většinu.

            Ale pochybuji že by uživatelé zařízení změnili tak radikálně své preference a najednou přestali řešit focení, video, audio a ať už konzumaci nebo tvorbu, přestalo by se jim líbit rozpoznávání objektů, textu ve fotkách a obrázcích, přestalo by se jim líbit že se zařízení přizpůsobují chování uživatele aby mu nabízeli to co bude zrovna potřebovat, najednou by všichni začali dělat matematicky náročné úkoly, počítali složité fyzikální modely atp…

  3. Apple dělá své procesory na míru potřebám SW, aktuálně roste zásadně vliv AI, tzn. neural enginu, ten, pokud se nepletu navyšuje výkon o třetinu, grafika, hlavně díky Field of Depth posiluje o víc jak 50% v případě té hloubky ostrosti o víc jak 160%, což je zase důležité pro cinematic video, ve kterém bude možné měnit hloubku zaostření nejen realtime ale i při post produkci – vše se ukládá do metadat a bude možné změnit, ty metadata samozřejmě zase musí realtime zpracovávat.

    Výkon procesoru jako takového není potřeba hnát dopředu, když není potřeba.

      • a jak to vylučuje to co píšu? To že ten výkon neroste v benchmarku, tolik co dříve neznamená že tam ten výkon je kde ho apple potřebuje.

        Můžu demagogicky tvrdit že Apple narazil a nemá lidi schopné udělat víc, samozřejmě je to Apple, do toho se musí tlouct.

        Být objektivní, tak koukneš na dílčí výsledky, koukneš na nové featury, které apple přidává a zjistíš že mají specifické potřeby – lepší image procesing, lepší AI… a ejhle, najednou vidíš že v těhle aspektech ta A15 přidává desítky procent navíc, někde i přes stovku. Takže stejným přístupem je možné si myslet že vývojáři Apple šli cestou přizpůsobování čipu potřebám svého systému a SW, což je výhoda kterou nemůže mít ani Samsung, který si sice dokáže čipy navrhnout a ba i vyrobit, ale pořád je limitovaný co dělá google s androidem, samo mohou si ho přiohnout ale pořád je to svazující. O procesorech dalších firem ani nemluvě kde to běží v kdejakém HW celku.

        Což samozřejmě nepopírá že skutečně může být problém v tom co tvrdí článek, ale je pak dobré uvádět celý kontext ne jen vybranou „senzaci“

        • co je apple, vidím a slyším každý den doma, když dcera řve, jak jí něco nefunguje a abych valil každý rok do nějakého krámu přes 10k jen proto, že je to BIG Apple, na to se můžu tak akorát víš co … jsi neobjektivní, těžko debatovat

        • Android je open-source, pokud by chtěl Samsung ke své killer app zajistit volání native API rozhraní HW akcelerátoru zajisté může. Problém je velikost trhu osazených vlajkových SoC (u kterých by bylo toto HW rozšíření dostupné). Apple je na rozdíl od Samsungu také tvůrcem aplikací a tak má výhodu před konkurencí, která se patrně k API dostane později (pokud vůbec).