臺積電或將承擔A17芯片缺陷成本，蘋(píng)果將省下數十億美元

據 The Information 報道，臺積電和蘋(píng)果已簽署一份協(xié)議，前者將吸收生產(chǎn)蘋(píng)果 A17 芯片時(shí)出現缺陷產(chǎn)品的成本，該協(xié)議將替蘋(píng)果在 iPhone、iPad、Mac 芯片方面節省至少數十億美元的成本。

另外根據協(xié)議，雖然 A17 芯片缺陷率偏高，但蘋(píng)果仍然可以長(cháng)期優(yōu)先享受臺積電的先進(jìn)技術(shù)，而對臺積電而言，蘋(píng)果訂單量龐大到足以抵銷(xiāo)額外成本。

報道指出，臺積電的 3nm 晶圓廠(chǎng)制程良率在 70%-80% 之間，這意味著(zhù)采用新技術(shù)生產(chǎn)的芯片中有多達五分之一是有缺陷的，但蘋(píng)果不會(huì )替這些缺陷產(chǎn)品買(mǎi)單。

晶圓廠(chǎng)使用大型硅晶圓一次制造多個(gè)芯片，然后將晶圓切成許多單獨的處理器芯片，這是很正常的，尤其是在全新制造工藝的早期階段，許多 die 最終都會(huì )出現缺陷，要么根本無(wú)法工作，要么不符合訂購公司的規格。

通常，芯片設計者必須為每個(gè)芯片付費，無(wú)論它是否有效，這是公司會(huì )出售以較低時(shí)鐘速度運行的芯片的主要原因，這樣，他們就可以從有缺陷的 die 中收回一些錢(qián)，而不是一無(wú)所獲。蘋(píng)果與臺積電的訂單顯然足夠大，臺積電有能力不向蘋(píng)果收取有缺陷芯片的費用。

The Information 稱(chēng)，臺積電 2022 年營(yíng)收 720 億美元中，蘋(píng)果占了 23%，使蘋(píng)果成為「迄今為止臺積電最大的客戶(hù)」。幾個(gè)月來(lái)一直有報道稱(chēng)，蘋(píng)果已在短期內購買(mǎi)了臺積電全部 3nm 制造產(chǎn)能，臺積電的 3nm 技術(shù)將獨占蘋(píng)果「大約一年」，之后才會(huì )有產(chǎn)能允許其它公司使用它。

自從蘋(píng)果公司在 2014 年開(kāi)始使用臺積電生產(chǎn)蘋(píng)果 A8 和 iPhone 6 以來(lái)，這筆交易顯然已經(jīng)到位。蘋(píng)果一度使用多種來(lái)源來(lái)生產(chǎn)其處理器，在一些 iPhone 中使用三星制造的處理器，而在一些 iPhone 中使用臺積電制造的芯片。但過(guò)去十年的大部分時(shí)間里，蘋(píng)果公司的所有芯片都是在臺積電生產(chǎn)的。

簡(jiǎn)而言之，蘋(píng)果作為臺積電最大客戶(hù)，臺積電正在幫助這家 iPhone 制造商在競爭中保持領(lǐng)先地位，同時(shí)節省數十億美元。

至于蘋(píng)果將在競爭中領(lǐng)先多遠，The Information 指出，英特爾是目前唯一一家明年有 3nm 芯片業(yè)務(wù)的客戶(hù)。

此前有報道稱(chēng)，蘋(píng)果已向臺積電下單 3nm 芯片。但根據 The Information 報道，臺積電之所以能夠開(kāi)發(fā)出更新的技術(shù)，是因為蘋(píng)果愿意盡早批量訂購新的芯片。

因此，蘋(píng)果正在資助 3nm 芯片的開(kāi)發(fā)。一旦缺陷改善、產(chǎn)能增加，臺積電將能向其它沒(méi)有這類(lèi)私下協(xié)議交易的公司出售 3nm 芯片。

據統計，采用 3nm 制程意味著(zhù)即將推出的 iPhone 15 可能會(huì )因為這項技術(shù)提高 35% 的效能。截稿前，蘋(píng)果和臺積電均未對此公開(kāi)置評。

蘋(píng)果預料將在 9 月 13 日左右發(fā)布 iPhone 15 和 iPhone 15 Pro，其中只有后者采用最新的 A17 芯片。

A17 能否為 iPhone 15 帶來(lái)質(zhì)的飛躍？

2022 年，A16 是 iPhone 14 Pro 的專(zhuān)屬，而標準版 iPhone 14 使用的是 A15。我們預計今年會(huì )重演這種模式，新的 A17 是 iPhone 15 Pro 和 iPhone 15 Pro Max（或 iPhone 15 Ultra）獨有的，而標準的 iPhone 15 將使用 A16。

這是蘋(píng)果在可預見(jiàn)的未來(lái)的發(fā)展方向嗎？對 Apple 來(lái)說(shuō)，它降低了成本，并有助于在普通機型和 Pro 機型之間形成更大的差異化，這往往會(huì )促使客戶(hù)購買(mǎi)更昂貴的 iPhone。

A14、A15 和 A16 均采用臺積電的 5nm 制造工藝。誠然，這個(gè)過(guò)程隨著(zhù)時(shí)間的推移而發(fā)展，生產(chǎn)出密度更高、能效更高的芯片，但沒(méi)有什么比向下一個(gè)主要工藝節點(diǎn)的飛躍更重要的了。這就是我們幾乎肯定會(huì )通過(guò) A17 獲得的結果——第一款采用臺積電 3nm 工藝制造的消費類(lèi)芯片。

Apple 將享受 3nm 工藝的優(yōu)勢，最大的優(yōu)勢是密度更高——A16 大約有 160 億個(gè)晶體管，預計 A17 的晶體管數量將超過(guò) 200 億個(gè)，可能高達約 240 億個(gè)。

3nm 工藝提供更高的能效，具有可比速度的可比芯片，但蘋(píng)果不會(huì )以可比速度制造可比芯片。最大功耗將受到電池尺寸、散熱和其它因素的限制，我們不能指望僅從轉向 3nm 工藝后電池壽命就會(huì )發(fā)生巨大變化。至少，不是為了在全功率下主動(dòng)使用——在這種情況下，不僅芯片可能消耗幾乎同樣多的功率，而且顯示器和收音機也會(huì )造成很大的功率消耗。

我們可能會(huì )看到的一些改進(jìn)是待機模式，隨著(zhù)轉向 3nm 工藝，待機模式可能會(huì )明顯好轉。

ARM 在 2021 年推出了 v9 架構，我們認為 A16 可能是蘋(píng)果首款支持新的 v9 指令集的芯片，它支持帶有大量 Apple 自己的擴展的 ARM v8.6。今年，由于晶體管預算更高，似乎有可能支持 ARM v9。

ARM v9 指令集和架構提供了哪些優(yōu)勢？Apple 設計了自己的 CPU 內核，v9 架構承諾的許多性能優(yōu)勢已經(jīng)在 Apple 的設計和 ARM 擴展中實(shí)現。事實(shí)上，Snapdragon 8 Gen 1 是首批采用 ARM Cortex-X2 內核并支持 ARM v9 的高端智能手機 CPU 之一，Apple 的 A15 性能遠遠超過(guò)它。

很多聲稱(chēng) ARM v9 比 ARM v8 提供了 30% 的性能改進(jìn)，但這是針對 ARM 自己的核心設計，并沒(méi)有考慮自定義擴展的使用。Apple 在這方面完全不同——我們可能不會(huì )看到 A17 的 CPU 性能提高 30%。

Apple 用于 A17 的新 CPU 內核幾乎肯定會(huì )更快，但不一定是因為轉向了 ARM v9。CPU 核心性能受指令集、分支預測、指令解碼、執行單元、緩存結構和大小、時(shí)鐘速度以及許多其他因素的影響。

就一般核心數量而言，Apple 似乎沒(méi)有太多理由超越自 A11 仿生以來(lái)一直存在的 4 個(gè)效率核心和 2 個(gè)性能核心。我們只希望它們的性能提高 15%。

回顧一下過(guò)去幾年的 CPU 性能提升，我們預期 Geekbench 5 的單核分數在 2100-2200 之間，多核分數剛剛超過(guò) 6000。Geekbench 6 剛剛發(fā)布，我們沒(méi)有多年的基準數據來(lái)做出準確的預測，但單核分數超過(guò) 2800，多核分數超過(guò) 7300 似乎是合理的。最近的泄密事件聲稱(chēng)單核得分為 3019，多核得分為 7860，這并非不可能。

A17 的單核分數類(lèi)似于最新的 Ryzen 高端臺式機 CPU 和第 13 代酷睿 i7 英特爾處理器，但多核分數要低得多分數。A16 已經(jīng)完全擊敗配備頂級 Snapdragon 8 Gen 2 的 Android 手機，而 A17 應該只會(huì )擴大差距。

如果說(shuō)這些年來(lái)我們學(xué)到了什么，那就是 Apple CPU 的性能提升有多穩定。無(wú)論哪一年架構發(fā)生重大變化或制造工藝飛躍，單核和多核性能幾乎呈直線(xiàn)上升。預計今年會(huì )有類(lèi)似的改善是非常合理的。

GPU 是 A17 可能非常有趣的一個(gè)領(lǐng)域。蘋(píng)果一直在將每個(gè)新的 A 系列芯片的 GPU 性能平均提高 20% 左右，盡管它可以在 15%-30% 之間的任何地方。沒(méi)有太大變化的是 GPU 的整體功能集。它變得越來(lái)越快，并且有一些小的新功能，如可變光柵化率和 GPU 計算的 SIMD 改進(jìn)，但蘋(píng)果在光線(xiàn)追蹤加速等重要功能方面落后于桌面 GPU 多年。

有消息稱(chēng) A16 打算擁有一個(gè)主要的 GPU 架構，但它沒(méi)有及時(shí)準備好，所以它得到了與 A15 相同的 GPU（但更多的內存帶寬提高了性能）。

我認為 Apple 很可能已經(jīng)為 A17 準備了更新的 GPU 架構。光線(xiàn)追蹤加速等功能對 iPhone 來(lái)說(shuō)可能并不重要，但這種 GPU 設計將在未來(lái)的 M 系列 Mac 處理器中找到用武之地，因為缺少光線(xiàn)追蹤加速等高級 GPU 功能使它們遠遠落后于最先進(jìn)的技術(shù)水平。

我們還可以期待當前使用 GPU 進(jìn)行計算的 3D 游戲和應用程序的性能提升。當架構發(fā)生變化時(shí)，加速往往是可變的。

保持大約 20% 的加速，Geekbench 5 GPU 計算得分超過(guò) 18,000。請記住，該基準衡量的是 GPU 的計算性能，而不是其渲染 3D 圖形的能力。

對于 3D 圖形，20% 的加速將導致 3DMark Wild Life Unlimited 測試以大約 88fps 的速度運行，而 A16 為 74fps。目前，Snapdragon 8 Gen 2 在此測試（以及其它 3D 圖形測試）中比 A16 更快，但這將使 Apple 略微領(lǐng)先。

相對于 CPU 的改進(jìn)，GPU 的性能每年變化更大。從 A15 到 A16 的改進(jìn)是微不足道的，這主要是由于時(shí)鐘速度的輕微改進(jìn)和內存帶寬的改進(jìn)。今年，如果我們同時(shí)獲得新的 GPU 架構和主要的制造工藝改進(jìn)，飛躍可能會(huì )大得多。

我們預計 Apple 將繼續投資于其 H.264、HEVC 和 ProRes 格式編碼器的性能和能效。