臺積電或?qū)⒊袚?dān)A17芯片缺陷成本，蘋果將省下數(shù)十億美元

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

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

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

晶圓廠使用大型硅晶圓一次制造多個芯片，然后將晶圓切成許多單獨(dú)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 最終都會出現(xiàn)缺陷，要么根本無法工作，要么不符合訂購公司的規(guī)格。

通常，芯片設(shè)計者必須為每個芯片付費(fèi)，無論它是否有效，這是公司會出售以較低時鐘速度運(yùn)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，而不是一無所獲。蘋果與臺積電的訂單顯然足夠大，臺積電有能力不向蘋果收取有缺陷芯片的費(fèi)用。

The Information 稱，臺積電 2022 年?duì)I收 720 億美元中，蘋果占了 23%，使蘋果成為「迄今為止臺積電最大的客戶」。幾個月來一直有報道稱，蘋果已在短期內(nèi)購買了臺積電全部 3nm 制造產(chǎn)能，臺積電的 3nm 技術(shù)將獨(dú)占蘋果「大約一年」，之后才會有產(chǎn)能允許其它公司使用它。

自從蘋果公司在 2014 年開始使用臺積電生產(chǎn)蘋果 A8 和 iPhone 6 以來，這筆交易顯然已經(jīng)到位。蘋果一度使用多種來源來生產(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。但過去十年的大部分時間里，蘋果公司的所有芯片都是在臺積電生產(chǎn)的。

簡而言之，蘋果作為臺積電最大客戶，臺積電正在幫助這家 iPhone 制造商在競爭中保持領(lǐng)先地位，同時節(jié)省數(shù)十億美元。

至于蘋果將在競爭中領(lǐng)先多遠(yuǎn)，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。

此前有報道稱，蘋果已向臺積電下單 3nm 芯片。但根據(jù) The Information 報道，臺積電之所以能夠開發(fā)出更新的技術(shù)，是因?yàn)樘O果愿意盡早批量訂購新的芯片。

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

據(jù)統(tǒng)計，采用 3nm 制程意味著即將推出的 iPhone 15 可能會因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)提高 35% 的效能。截稿前，蘋果和臺積電均未對此公開置評。

蘋果預(yù)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 帶來質(zhì)的飛躍？

2022 年，A16 是 iPhone 14 Pro 的專屬，而標(biāo)準(zhǔn)版 iPhone 14 使用的是 A15。我們預(yù)計今年會重演這種模式，新的 A17 是 iPhone 15 Pro 和 iPhone 15 Pro Max（或 iPhone 15 Ultra）獨(dú)有的，而標(biāo)準(zhǔn)的 iPhone 15 將使用 A16。

這是蘋果在可預(yù)見的未來的發(fā)展方向嗎？對 Apple 來說，它降低了成本，并有助于在普通機(jī)型和 Pro 機(jī)型之間形成更大的差異化，這往往會促使客戶購買更昂貴的 iPhone。

A14、A15 和 A16 均采用臺積電的 5nm 制造工藝。誠然，這個過程隨著時間的推移而發(fā)展，生產(chǎn)出密度更高、能效更高的芯片，但沒有什么比向下一個主要工藝節(jié)點(diǎn)的飛躍更重要的了。這就是我們幾乎肯定會通過 A17 獲得的結(jié)果——第一款采用臺積電 3nm 工藝制造的消費(fèi)類芯片。

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 億個晶體管，預(yù)計 A17 的晶體管數(shù)量將超過 200 億個，可能高達(dá)約 240 億個。

3nm 工藝提供更高的能效，具有可比速度的可比芯片，但蘋果不會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(zhuǎn)向 3nm 工藝后電池壽命就會發(fā)生巨大變化。至少，不是為了在全功率下主動使用——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(jī)也會造成很大的功率消耗。

我們可能會看到的一些改進(jìn)是待機(jī)模式，隨著轉(zhuǎn)向 3nm 工藝，待機(jī)模式可能會明顯好轉(zhuǎn)。

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

ARM v9 指令集和架構(gòu)提供了哪些優(yōu)勢？Apple 設(shè)計了自己的 CPU 內(nèi)核，v9 架構(gòu)承諾的許多性能優(yōu)勢已經(jīng)在 Apple 的設(shè)計和 ARM 擴(kuò)展中實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，Snapdragon 8 Gen 1 是首批采用 ARM Cortex-X2 內(nèi)核并支持 ARM v9 的高端智能手機(jī) CPU 之一，Apple 的 A15 性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過它。

很多聲稱 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(shè)計，并沒有考慮自定義擴(kuò)展的使用。Apple 在這方面完全不同——我們可能不會看到 A17 的 CPU 性能提高 30%。

Apple 用于 A17 的新 CPU 內(nèi)核幾乎肯定會更快，但不一定是因?yàn)檗D(zhuǎn)向了 ARM v9。CPU 核心性能受指令集、分支預(yù)測、指令解碼、執(zhí)行單元、緩存結(jié)構(gòu)和大小、時鐘速度以及許多其他因素的影響。

就一般核心數(shù)量而言，Apple 似乎沒有太多理由超越自 A11 仿生以來一直存在的 4 個效率核心和 2 個性能核心。我們只希望它們的性能提高 15%。

回顧一下過去幾年的 CPU 性能提升，我們預(yù)期 Geekbench 5 的單核分?jǐn)?shù)在 2100-2200 之間，多核分?jǐn)?shù)剛剛超過 6000。Geekbench 6 剛剛發(fā)布，我們沒有多年的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)來做出準(zhǔn)確的預(yù)測，但單核分?jǐn)?shù)超過 2800，多核分?jǐn)?shù)超過 7300 似乎是合理的。最近的泄密事件聲稱單核得分為 3019，多核得分為 7860，這并非不可能。

A17 的單核分?jǐn)?shù)類似于最新的 Ryzen 高端臺式機(jī) CPU 和第 13 代酷睿 i7 英特爾處理器，但多核分?jǐn)?shù)要低得多分?jǐn)?shù)。A16 已經(jīng)完全擊敗配備頂級 Snapdragon 8 Gen 2 的 Android 手機(jī)，而 A17 應(yīng)該只會擴(kuò)大差距。

如果說這些年來我們學(xué)到了什么，那就是 Apple CPU 的性能提升有多穩(wěn)定。無論哪一年架構(gòu)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上升。預(yù)計今年會有類似的改善是非常合理的。

GPU 是 A17 可能非常有趣的一個領(lǐng)域。蘋果一直在將每個新的 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。沒有太大變化的是 GPU 的整體功能集。它變得越來越快，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)，但蘋果在光線追蹤加速等重要功能方面落后于桌面 GPU 多年。

有消息稱 A16 打算擁有一個主要的 GPU 架構(gòu)，但它沒有及時準(zhǔn)備好，所以它得到了與 A15 相同的 GPU（但更多的內(nèi)存帶寬提高了性能）。

我認(rèn)為 Apple 很可能已經(jīng)為 A17 準(zhǔn)備了更新的 GPU 架構(gòu)。光線追蹤加速等功能對 iPhone 來說可能并不重要，但這種 GPU 設(shè)計將在未來的 M 系列 Mac 處理器中找到用武之地，因?yàn)槿鄙俟饩€追蹤加速等高級 GPU 功能使它們遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于最先進(jìn)的技術(shù)水平。

我們還可以期待當(dāng)前使用 GPU 進(jìn)行計算的 3D 游戲和應(yīng)用程序的性能提升。當(dāng)架構(gòu)發(fā)生變化時，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 18,000。請記住，該基準(zhǔn)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(dǎo)致 3DMark Wild Life Unlimited 測試以大約 88fps 的速度運(yùn)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，這主要是由于時鐘速度的輕微改進(jìn)和內(nèi)存帶寬的改進(jìn)。今年，如果我們同時獲得新的 GPU 架構(gòu)和主要的制造工藝改進(jìn)，飛躍可能會大得多。

我們預(yù)計 Apple 將繼續(xù)投資于其 H.264、HEVC 和 ProRes 格式編碼器的性能和能效。