苹果a系列芯片进化退化史图片

概念陈述:

1.芯片功耗采用IPC近似在全频段内不变，也就是性能和频率成正比的算法。功耗则采用功耗正比于频率的平方的算法，这种算法最简单，误差也不算大。

2.本文采用的功耗都为geekbench5单线程功耗，因为它是跑多个项目，有些项目高负载，有些项目低负载，功耗是跑分总耗电/跑分时间得到的平均功耗，因此geekbench5单线程功耗和多线程功耗一般比mix2，linpack，spec06烤机功耗要低很多。注意，这几个功耗不能对等，数据来源一般是a站，

3.jkw的一些数据本身存在问题，因此如果有a站的，优先采用a站的数据，比如a710的能效曲线并不是在a78之下而是和a78基本重合的

4.早期的芯片功耗很难找，只有那个时期的用户的模糊阐述，因此对早期芯片叙述较简略。后面会逐渐增多。

a5是苹果最后一代定制芯片，后面就换自研了。功耗表现相比同时期还可以，相比a4的最大改进是它可以使得它不恒定工作在一个频率上，根据工作负载动态的调节频率，因此可以极大程度上的降低运行功耗，这也造就了4s一代神机。

a6采用swift架构，因为制程改进到32nm，同时自研架构采用32bit，功耗表现同期优异，但是因为是32bit早早在iOS10停更，因为iOS11全面放弃32bit。不然a6撑到iOS12发热都不会很厉害。第一代自研架构性能上落后于业界，不如高通krait300，也不如arm公版的cortex-a15，但是A6继承了a5的低功耗优势，能效比优势显著。但是，性能落后于友商不是办法，因此苹果在a7上大规模超频，为了性能达到友商水平，导致功耗控制略有不佳。

a7采用cyclone，这一代因为三星28nm改进不大，苹果为了CPU性能超过友商又硬堆规模，因此功耗表现较差，热，不过到了a8，终于在性能超过友商的同时，功耗又低于友商了。功耗表现上被同年出的高通805吊锤，iOS12卡顿掉电，5s典型的小马拉大车，a7封个苹果史上第三热芯片不过分，第一热是谁呢，咱们借着往后看。a7最大的意义是上了64bit打乱高通阵脚，为后面apple silicon之光a9的同期鹤立鸡群的表现打下了基础。a7最大的优点就是64bit，但是其他方面乏善可陈，单核性能相比同期高通差距不大，高通又是四个核，全核能效被高通吊打，全核性能也被高通吊打，那年真是高通高光之年啊。并且，a7问题还不限于此，a7的网页视频等续航甚至不如iPhone5，让当年评测人员大跌眼镜，5s相比5还增大了电池容量啊。不过a7的一个小改进是引入了m7协处理器，相当于安卓的a5x小核，由于CPU有最低负载频率，比如是300mhz，对a7大核可能300mhz要消耗0.3瓦功耗，但是这些任务可能50mhz的性能就够用了。因此设计一个m7协处理器，可以有效防止待机耗电，因此5s那一代开始，苹果手机的待机耗电开始大幅度减少，甚至后面的se一代可以做到一天待机掉电2%。

a8采用typhoon，这一代台积电20nm翻大车了，a8发热也很恐怖，堪称苹果史上第二热的芯片，由于比a7更烫，因此a8日用限制到a7水平，导致果6和果5s同时淘汰。横向对比安卓，a8单核性能依然超过高通，但是多核性能因为高通有四个核依然被高通吊打。a8因为吃了台积电20nm，打28nm的805没问题，并且因为a7乱了高通的阵脚，高通慌忙之中退出史上最烂骁龙810火龙，虽然a57单核性能和a8差不多，但是功耗高出天际。因此，因为a7的布局，虽然a8也有点小翻车，但是a8的表现从a6相比安卓至少省电，到a7乏善可陈，到a8相比安卓表现还可以，苹果完成战略反超。

a9采用twister，这一代天时地利人和，不讨论三星版本只说台积电版本，a9这一代进步太大，牙膏挤得太多，把apple silicon的CPU部分从稍微领先安卓到和安卓阵营拉开绝望的差距的地步。IPC堪比a77，领先4年，那年头最重要的单核能效曲线堪比845，就算16nm打10nm还能领先3年，a9从a8的单核还拉不开和安卓阵营差距，到a9由于牙膏挤得太多了，两个核性能能打安卓4个核甚至big.little设计的8个核，进步巨巨巨大。全核能效曲线在一片哀嚎遍野的安卓阵营里，超过821，略低于835，注意这是2个核对打安卓8个核，大概领先安卓阵营一代多，a9这代进步太大，是苹果和安卓阵营芯片拉开最大差距的一代。

虽然gpu不如高通，但是CPU的领先幅度值得铭记，方便后面对比:

IPC领先安卓最少130%

单核能效领先安卓2年半

单核性能领先安卓两年

多核性能和820/8890近似

多核能效介于8890和835之间，领先一年半

a10用hurricane，由于台积电10nm难产，三星10nm也稍晚量产，因此沿用a9同款16ff+。同时a10又犯了a7一样的毛病，制程进步不大或者没有的时候，还疯狂堆料，并且相比a7更绝，疯狂超频，导致a10发热奇大，前面提到的苹果史上最热的处理器非a10莫属。并且a10第一代实验大小核设计，胶水四核导致a10日用体验不如a9，不过单核能效曲线比a9略微进步，略超845的水平，不过远不如855和980。并且a9可以两个核打四核820甚至打同时期8核处理器，a10就打不了因为玩了时间差导致率先用上三星10nm的骁龙835，a10这一代地位比a7和a8还要差，钉在历史耻辱柱了属于是。

a11用monsoon，台积电因为被三星将了一军，因此跳过10nm搞7nm，a11被迫用半成品台积电10nm。a11这一代继续堆大小核，小核叫Mistral。因为这四个小核导致a11看起来比835强了很多，甚至845也不如它，但是如果a11还是双核设计，它跑分只有1700分，多出来的800分都是“小核”跑的，1700分就不能像a9那样两核打8核了，甚至半年后的820吊起来打，a11双核性能是打不过半年后的845的。并且随着a11为了性能疯狂超频，单核功耗飚增至3.0瓦，和a9的1.7瓦单核（跑geekbench4平均功耗）大幅增加，也是苹果走单核疯狂超频功耗换性能以展示自己“领先于安卓”的开端。同时gpu也是一样的策略，看起来性能很强，但是功耗高大上的7瓦，开始带起来飚功耗换更强的峰值性能来提现领先对手的不良风气了，要知道865的gpu峰值才4.2瓦。单核能效方面，a11领先幅度不如a9那么大了，a9单核能效堪比845能打820/835/845三代，但是a11的单核能效和855差不多，只能打845/855两代，领先一年半。总体来说，a11还是中规中矩的一代，也是苹果全面走向自研的一代，也是苹果不再像a9那样令安卓绝望的年代。a11并没有挤牙膏，之所以安卓和苹果的差距大幅减弱，估计还是因为公版架构逐步变强了，注意这句话。

a12用vortex，用上了史上最强的台积电n7，前文说过台积电为了反超三星跳过10nm专攻7nm，n7这一代神U遍布，津津乐道的有麒麟810/820/980/985/990，骁龙855，苹果a12，。。。，再加上a12最后一代没有挤牙膏，配合n7制程表现不错。首先看看单核能效表现，a12是1120/3.4瓦，也就是说a12在增加0.4瓦功耗下多了200分跑分，865是1.7瓦/930分换算到3.4瓦是1300分还是比a12要高的，再看麒麟990 5g是1.45瓦/780分，换算到3.4瓦是1190分，和a12差不多一致的能效表现，也就是说安卓和苹果的差距又进一步拉近了，a12从a9的领先两年半到a11的一年半，到a12的一年。单核能效差距越来越小，怎么办，安卓小核孱弱，苹果不断增强“小核”，这时候和a9时代也不一样了，多线程应用逐渐变多了，单核不是唯一指标了，所以苹果单核不行堆全核能效曲线也是不错的超越思路。a12的CPU全核能效曲线和麒麟990 5g差不多，略低于865，和a9的全核能效曲线打821略逊于835差不多，但是a9只有两个核，a12却是两个超大核加4个中核。对了，a12开始，苹果所谓小核就已经堪比安卓中核了，不过比安卓真正的中核还是差一点。a12最大改进是gpu，满载功耗只有6瓦，能效曲线彻底和855拉开差距，这是苹果第一次真正意义上超越高通的一代。（PS：a12神吗？未必，因为它和安卓阵营的差距并没有a9那么离谱，但是作为苹果这么多代芯片里面没翻车的里面改进最大的一代，已经算是很不错了）

a13用lighting，用n7p制程打造。a13这一代平平无奇，CPU单核能效曲线略逊于天玑8100，甚至不如麒麟9000的a77（a13单核：1330分/4.08瓦，麒麟9000：1020分/1.97瓦，换算到4.08瓦，麒麟9000为1470分），并且拿骁龙865对比，865单核超到4.08瓦可以跑1400分（当然由于arm的a7x架构不是超大核设计，超频能力不太强，虽然功耗和频率维持平方关系，但是性能不会和频率继续增加。这么对比的目的在于，a13的大核降频到性能是865大核的水平的时候，功耗比865大核还要高，因此a13只用大核时，能效表现是不如865的），全核能效曲线上，由于a13小核比较厉害，略优于865，但是远不如麒麟9000，差距现在连全核都和安卓阵营的差距在逐渐缩小了。危机啊！gpu方面，a13好不容易因为855高通故意挤牙膏导致的gpu大幅领先，到865高通不挤牙膏了回归正常迭代了，a13和高通gpu的差距快速锐减至a13只领先865大概10%的水平，a13这一代，CPU被大幅度赶超，gpu高通正常回来了，苹果发现自己竟如此脆弱（本身苹果gpu基于powerVR的imagination，就一直比半年后（后期高通旗舰发布越来越提前，差距也越来越小）的高通略差一点，高通gpu可是正统集合amd，NVIDIA的核心科技的），全面危机，不过这一危机，因为20年的魔幻事件，没有爆发。那一年，高通摆烂换三星，台积电先进制程的推进者海思不在了，联发科还没有冲击高端，高端唯二的杠把子海思没了，高通换三星摆烂去了，苹果突然发现自己没对手了。

a14用的架构叫firestorm，都说a14是挤牙膏的一代，如果高通不摆烂，这句话估计真没错。a14的单核为1600分/4.25瓦，这次因为对手摆烂，a14的单核能效一直到一年零2个月后的天玑8100/9000才追上，8100为1.52瓦/975分，换算到4.25瓦，为1630分。x2是2.60瓦/1300分，换算4.25瓦为1662分，甚至比a78低一点。因为没有台积电制程的x1，因此无法比较，不过预估x1应该是和a78重合的，只不过超频能力比a78更强。因此，本来台积电n5造的a78+x1的新芯片（本来的888），单核多核能效曲线都要和a14重合了，a14领先幅度从a13的半年多进一步缩小到半年，危！！gpu方面，高通挤牙膏，因此也不知道实际情况如何。总之，a14延续了苹果的牙膏传统，如果不是安卓摆烂的话，苹果a系列的地位估计和华为麒麟差不多了，和安卓的领先幅度就是打的半年的时间差。不过，由于安卓阵营摆烂，竞品芯片天玑8100一直到一年半以后才推出，以麒麟9000作为标尺的话，a14全核能效曲线领先麒麟9000半代，如果用台积电造888就能齐平表现a14，但是因为安卓阵营的摆烂，a14竟然把领先幅度硬生生拉到一代半，合着仅次于a9了属于是。

a15，这是一颗争议颇大的芯片，jkw对其称之为外星科技，不过说实话没什么外星科技，a15的能效表现都靠对比。单核能效4.65瓦/1740分，竞品x2超频到4.65瓦为1738分，也就是说，单核能效曲线依然只是打时间差领先半代的水准，而且据说天玑9000用的4nm是假4nm，实际上是n5，骁龙8+的4nm是真4nm，上面采用的天玑9000的x2单线程数据实际上还可以功耗再低一点。但是全核能效曲线上就是另一番景象，都知道a710能效曲线和a78近似重合（jkw测试数据有点问题，不过不妨碍结论，a710翻车了），a710根本没有相对a78迭代，这个翻车，再加上a14的危机让a15的所谓“小核”堆到近乎a78的水平，最终导致了全核能效曲线a15和安卓进一步拉开差距，由于现在下一代安卓旗舰芯还没出，a15全核能效曲线吊打天玑9000和骁龙8+是没有问题的，但是苹果这是偷袭，这是不讲武德，因为苹果本质上到a15这代，相当于2个超大核＋4个大核打安卓一个超大核＋3个中核，2+4打1+3，胜的不光荣啊，这不像是a9两个大核打安卓8核，光荣！arm已经看不下去了，因此在下一代的CPU架构上，庄严宣布加核，你们长期落后于苹果的原因别怪我头上，老子在a14那代已经能做到四个核打苹果6个了，谁让你们摆烂，用三星制程，谁让你们只堆四个核的，都给我堆起来，加核！因此，高通在8GEN2上率先加核，采用1+2+2的架构，加了一个中核，联发科不知道为什么，还是1+3。这是CPU，苹果在a15这代终于把所谓小核堆成了大核，据说未来到a17甚至会把a78级别的“小核”堆到x1的规模，到时候苹果甚至是6个超大核打安卓1+3甚至最多2+4，安卓堆到6个x3这种规模之后6个x3走2个高频4个低频这种策略估计是不可能了，没想到风水轮流转，苹果架构优势尽失之后，开始反过来走安卓堆核的策略了，真是风水轮流转啊。再谈gpu，a15好像是“外星科技”是吧，那么为什么才一代就被安卓搞下去了，甚至联发科的mali公版都打不过了？？？这是因为，a15时期安卓都摆烂去了，没对手了，安卓摆烂自然不代表安卓垃圾，实际上萦绕苹果的架构危机一直没有解除，想想联发科的天玑9000，堆10个核就能堆到160fps，堆12个甚至能达到a15近似的水平，而mali-g78时期华为堆了24个核的满配都没摸到苹果的尾气，这几年除了mali的公版gpu架构进步神速之外，苹果自己的gpu性能提升全靠加核，架构自己没什么进步啊！不像mali一代一代改进架构，24核缩成16核，16核还不断改进。因此a15看似强大，实际上很脆弱。a15这一代，总结起来是架构牙膏，规格堆疯的作品，架构牙膏，因为CPU和gpu架构没怎么动，gpu性能提升全靠多堆了一个核，规格堆疯是因为苹果终于把小核堆成了安卓中核，gpu疯狂加核。总体来说，a15并没有体现苹果多厉害，而是体现了苹果很豪啊！

a16：最后一代牙膏之作，在arm高通疯狂围剿之下，苹果该如何突围？a16的CPU架构代号尚未知，但是也不需要知道了，a16这一代比a8还要耻辱柱，拿a8对比a16就像是在侮辱a8，因为a8的gpu豪增50%的性能，加上a9相比a8提升的100%性能，a9性能就是a7的3倍了，a16这一代架构没怎么改就不说了，a15那种狂堆料的料也不堆了，牙膏之作。当然a16没堆核可能是和架构有关系，a15相比a14堆得哪一个核是挂在外面的，再堆一个边际效应非常大，不大改gpu架构，估计a16无法再堆核了。a16的危机已经非常严重，因为都用n4，不用抢产能，因此今年安卓阵营旗舰芯发布会大幅提前，天玑9200提前到11月8号，高通8GEN2提前到11月中旬，都只比苹果晚2个月，而前面的危机终于在安卓好好做旗舰芯之后凸显：a16gpu性能曼哈顿只有190fps/8.2瓦，而天玑9200的11核非顶级规格的g715就已经能跑228fps/9瓦，至于高通的8GEN2更是可以跑230fps/8.3瓦，双杀a16。这次a16的地位很尴尬，因为a9时代gpu虽然打不过adreno，但是干公版mali还是绰绰有余的，但是现在连公版mali也打不过了，非常尴尬。

结语

apple silicon的自研之路，从a6崭露头角，到a7靠64bit将了高通一军，到a9和安卓近乎绝望的差距，苹果在短短4年时间里，依靠大量并购和自研积累经验，让本来性能孱弱的a系列芯片屹立芯片之林，a9的“核不是越多越好”的双核打8核更是一个时期的坐标。但是，在a9这个apple silicon唯一的巅峰之后，apple silicon开始一代代的被追赶，apple silicon越来越难以提升自己的领先程度。甚至包括a9也是有污点的，它采用台积电和三星两家代工厂，以上数据皆是台积电版的，三星版领先幅度就没这么大了。而在苹果浮尘于自己领先安卓的美梦之中无法自拔之时，先是三星的猫鼬架构对苹果IPC发起挑战，之后是arm公版架构对苹果的能效发起挑战，自此苹果的架构领先幅度逐年减弱。IPC从a9的令人绝望的差距140%到现在x3和a16只有一代的IPC差距；能效从a9的领先两代半到现在半代或者说交替领先半代；甚至gpu，自研到现在甚至连公版mali都不如了，反倒是那个被安卓阵营一直痛骂挤牙膏的arm公版是进步最大的一个，从骁龙800时代的望着img的powerVR和adreno的尘土的落后架构，成长为了今天能够媲美adreno超越苹果自研gpu的顶级架构之一。也许正如那句话：*如逆水行舟，不进则退。更可惜的是华为的海思麒麟处理器，因为华为手机溢价比联发科高，因此海思处理器料堆得比联发科会猛（麒麟990 vs 天玑1000+），结合今天的arm公版架构的进步，如果没有制裁，麒麟拿着2×3+4a715+2a510的架构，以及12甚至14核mali-immortalis g715架构对打a16，那将是什么样的一番景象，a16峰值性能被麒麟9200吊打，能效曲线被吊打，虽然那是arm的公版架构，但是也应该会成为国人的骄傲，会成为提振国内芯片行业信心的利器。