Почему новый iPhone всегда быстрее прошлогоднего?

Чуть ли не на каждой презентации iPhone (да что там, на каждой!) мы слышим от представителей Apple о том, что новый телефон стал в n-раз мощнее и энергоэффективней, чем айфон прошлого поколения. То же самое можно сказать про iPad. Нам говорят «в iPhone 11 установлен процессор A13 Bionic» или «новый процессор A12Z Bionic расширяет возможности iPad Pro», а мы с умным видом киваем, потому что понимаем, что за этими хитрыми обозначениями скрывается что-то крутое. Настоящая мощь. Но эта самая «мощь» зависит вовсе не от названий, можно назвать чип хоть «A18X Power», а по производительности он будет как в пятом айфоне. Нет, все гораздо сложнее, и имя ему — нанометровый техпроцесс.

Что такое нанометровый техпроцесс?

Если говорить очень упрощенно, то процессор, будь то чип в iPhone, iPad или Mac, представляет собой миллиарды крошечных транзисторов и электрических затворов, которые включаются и выключаются при выполнении операций. Эти транзисторы настолько маленькие, что их размер вычисляется не в миллиметрах, и даже не в сотых миллиметра, а в нанометрах.

Нанометр - единица измерения, которая равна одной миллиардной метра (одной миллионной доле миллиметра). Увидеть объект таких размеров человеческий глаз не в состоянии.

Зачем их делают такими маленькими? Чем меньше размер транзистора, тем меньше энергии он потребляет. При этом эффективность их работы не падает, поэтому производители процессоров (да и смартфонов) так гонятся за уменьшением размера транзисторов.
В 1987 году ведущие полупроводниковые компании производили чипы по 800-нм техпроцессу. К 2001 году это число значительно сократилось — до 130-нм. Сегодня вы, скорее всего, чаще всего слышите о 7-нм и 10-нм чипах. Первый тип обычно относится к процессорам TSMC, а по второму производит свои чипы Intel. Через два года мы, возможно, увидим первый 3-нм чип, над ним уже работают. Лучшая производительность — не единственное преимущество меньших транзисторов. Также они способны обеспечить более длительное время автономной работы и существенный прирост скорости.

Процессоры iPhone

Разработанные Apple процессоры для iPhone, разумеется, значительно улучшились за несколько лет, поскольку размер транзисторов в чипах сократился. Например, в первом iPhone (2007) и iPhone 3G использовался 90-нм техпроцесс от Samsung. К 2009 году и появлению iPhone 3GS Samsung использовала 65-нм техпроцесс.

Вот как менялись процессоры iPhone, начиная с 2010 года.

2010, iPhone 4, A4, 45 нм (Samsung)

Это была первая система на чипе (или как его еще называют, кристалле — SoC), которую разработала сама Apple для своих мобильных устройств.

2011, iPhone 4S, A5, 45 нм (Samsung)

На презентации iPhone 4s Apple заявила, что A5 способен выполнить вдвое больше задач, чем A4, и показал в девять раз более высокую производительность графики.

2012, iPhone 5, 5C, A6, 32 нм (Samsung)

В два раза быстрее своего предшественника с удвоенной графической мощностью.

2013, iPhone 5S, A7, 28 нм (Samsung)

Опять же, Apple заявила, что этот чип был в два раза быстрее и обладал вдвое большей графической мощностью по сравнению с Apple A6.

2014, iPhone 6, A8, 20 нм (TSMC)

Первый чип не от Samsung, который произвела для Apple компания TSMC. Apple A8 предлагал на 25% больше производительности процессора и на 50% больше графической производительности, чем предыдущая модель. Он также потреблял на 50% меньше энергии.

2015, iPhone 6s, A9, 14 нм (Samsung), 16 нм (TSMC)

Процессор Apple A9, созданный сразу двумя компаниями, обеспечивал на 70% большую производительность и на 90% большую графическую производительность.

2016, iPhone 7, A10 Fusion, 16 нм (TSMC)

С этих пор iPhone ушел от процессоров Samsung полностью. Apple сообщила, что на этом чипе производительность графики стала на 50% выше.

2017, iPhone X, 8, A11 Bionic, 10 нм (TSMC)

На 25% быстрее, чем A10 Fusion, и на 30% быстрее графика.

2018, iPhone XS, XR, A12 Bionic, 7 нм (TSMC)

Производительность в одноядерном режиме на 35% выше, а в многоядерном — на 90% выше, чем у предшественника.

2019, iPhone 11, A13 Bionic, 7 нм (TSMC)

Apple утверждает, что два высокопроизводительных ядра работают на 20% быстрее при снижении энергопотребления на 30%, а четыре высокопроизводительных ядра — на 20% быстрее при уменьшении энергопотребления на 40% по сравнению с A12.

От чего зависит мощность iPhone?

Как видите, мощность iPhone прямо зависит от используемого в процессоре техпроцесса. В iPhone 11 он почти в 7 раз меньше, чем в iPhone 4. Отсюда и такая мощность и возможность запускать ресурсоемкие приложения и iOS 13, которая в сравнении с iOS 4 сильно изменилась.

Если сравнить схематично одинаковые процессоры, но изготовленные по 14-нанометровому и 7-нанометровому техпроцессу, то второй будет на 25% производительней при той же затраченной энергии. Или вы можете получить одинаковую производительность, но второй будет в два раза энергоэффективнее, что позволит еще дольше читать и писать сообщения в нашем Telegram-чате.

В первой половине 2019 года все та же компания TSMC начала опытное производство чипов по 5-нм техпроцессу. Переход на эту технологию позволяет повысить плотность упаковки электронных компонентов по сравнению с 7-нанометровым техпроцессом на 80% и повысить быстродействие на 15%. Ожидается, что iPhone 2020 года получит процессор, созданный по новому техпроцессу.