苹果首颗2nm芯片，重大突破！

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明年将是苹果首次推出其首款 2nm 芯片组 ——A20 与 A20 Pro 的一年。得益于台积电 2nm 工艺，这两款芯片将实现 A19 与 A19 Pro（受限于台积电 3nm “N3P” 工艺）无法企及的性能与能效飞跃。然而，下一代系统级芯片（SoC）之所以能具备上述优势，并非仅靠先进光刻技术发挥关键作用，更离不开一系列与 2nm 节点 “协同推进” 的其他技术革新。本文将探讨这些技术中哪些将应用于 A20 与 A20 Pro。






芯片封装从 InFO（集成扇出封装）转向 WMCM（晶圆级多芯片模块）






A20 与 A20 Pro 潜在的最大差异或许是封装技术从 InFO 向 WMCM 的切换。后者可将 CPU、GPU 和神经网络引擎等多个独立裸片（die）集成到单一封装中，而 InFO 封装则是在单块裸片上集成各类组件。封装技术的变更将带来以下多项优势：


更出色的芯片组设计灵活性：通过添加不同裸片，苹果可采用不同 CPU 和 GPU 核心组合打造多样化芯片配置。该公司在推出 M5 Pro 和 M5 Max 时可能会采用类似方案，据悉这两款芯片将具备独立的 CPU 和 GPU 模块。


提升可扩展性，支持多产品衍生：WMCM 可为苹果提供基准配置，后续可基于该配置设计 A20、A20 Pro，以及性能显著更强的 M6、M6 Pro 和 M6 Max。


能效升级：与单块裸片集成所有组件的方案相比，多裸片的紧密集成有助于降低功耗。CPU、GPU 和神经网络引擎裸片可独立运行，并根据具体任务需求调节功耗。


简化制造流程以降低成本、提高良率：WMCM 采用模塑底部填充（MUF）技术，有助于减少材料消耗和工序步骤。简而言之，苹果 A20 与 A20 Pro 的产能将进一步提升，同时缺陷芯片数量降至最低，这将有助于抵消明年采用台积电 2nm 工艺所增加的成本。






缓存容量提升






A19 与 A19 Pro 的能效核心 L2 缓存分别为 4MB 和 6MB；旗舰款芯片的系统级缓存（SLC）从 24MB 提升至 32MB，基础款 A19 则为 12MB。今年 A19 Pro 的性能核心 L2 缓存带宽已从 A18 Pro 的 82GB/s 提升至 120GB/s，最终使理论内存带宽达到 76.8GB/s，A19 则为 68.3GB/s。


鉴于苹果在缓存方面已实现多项改进，A20 与 A20 Pro 无疑将延续这一趋势。通过对比苹果历代芯片组，我们对明年的缓存容量做出以下推测，具体细节如下：


A20：性能核心 L2 缓存 8MB + 能效核心 L2 缓存 4MB + 系统级缓存（SLC）12MB


A20 Pro：性能核心 L2 缓存 16MB + 能效核心 L2 缓存 8MB + 系统级缓存（SLC）36MB-48MB






能效核心优化






苹果今年在 A19 与 A19 Pro 上的突破性进展体现在能效核心上。诚然，性能核心的频率总会有小幅提升，进而转化为单核和多核性能的增长。而 A19 Pro 之所以能实现这一突破，是因为苹果对其四颗能效核心进行了重大架构革新。


尽管 A19 Pro 的能效核心主频仅从 A18 Pro 的 2.42GHz 提升至 2.60GHz，但在 SPEC 2017 基准测试中，其整数性能显著提升 29%，浮点性能提升 22%。若仅对比每时钟周期指令数（IPC）的提升，两代芯片的整数性能差距为 21%，浮点性能提升 14%。


上述所有改进均未增加功耗，因此即便苹果不重点优化 A20 与 A20 Pro 的性能核心，先进的 2nm 光刻技术也将助力其设计出更出色的能效核心。






GPU 第三代动态缓存技术






动态缓存技术于 A17 Pro 首次推出，支持 GPU 根据工作负载需求实时分配片上内存。动态缓存与固定分区方案存在显著差异 —— 后者为每个 GPU 模块分配固定内存。苹果通过动态缓存为其移动芯片带来了多项改进，具体如减少内存资源浪费、提升每瓦性能、增强帧率稳定性、提高 GPU 利用率等。


苹果第二代动态缓存支持更小粒度的内存分配，在保持着色器核心高负载的同时，进一步减少内存浪费。借助 A19 Pro 更大的 32MB 系统级缓存（SLC），这一集成效果得到了优化。对于 A20 Pro 即将搭载的第三代动态缓存，我们预计其内存分配粒度将进一步细化，分配过程也将更为迅速，从而最大限度减少资源浪费。


如前所述，得益于系统级缓存（SLC）容量的预期提升，A20 Pro 的第三代动态缓存有望实现性能与能效的双重优化。鉴于当前苹果设备上的许多游戏依赖模拟器运行，第三代动态缓存的推出可能会大幅提升非原生游戏的运行流畅度。






明年哪些 iPhone 18 系列机型将搭载苹果 A20 与 A20 Pro？






iPhone 18 系列预计将于明年推出，苹果还计划首次同步发布折叠屏设备 iPhone Fold。不过有报道称，这家总部位于库比蒂诺的公司将大幅调整其发布策略：基础款 iPhone 18 可能更名为 iPhone 20，并与 iPhone 18e 一同于 2027 年第一季度亮相。


至于 iPhone Air 2，由于 iPhone Air 的销量未达预期，明年大概率不会推出这款轻薄旗舰机型，其发布时间可能推迟至 2027 年。简而言之，A20 Pro 明年将率先搭载于 iPhone 18 Pro、iPhone 18 Pro Max 和 iPhone Fold；而 A20 芯片则将于 2027 年用于 iPhone 20 系列。


参考链接
https://wccftech.com/apple-a20-and-a20-pro-all-technological-advancements-arriving-to-the-2nm-chipsets


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