Ulasan Kinerja SoC Apple A15: Lebih Cepat & Lebih Efisien

Beberapa minggu yang lalu, kami telah melihat Apple mengumumkan perangkat seri iPhone 13 terbaru mereka, satu set ponsel yang ditenagai oleh Apple A15 SoC terbaru. Hari ini, sebelum tinjauan perangkat lengkap yang akan kami bahas dalam waktu dekat, kami melihat lebih dekat pada chipset generasi baru, melihat apa sebenarnya yang telah diubah Apple pada silikon baru, dan apakah itu sesuai dengan hype.

Pengumuman A15 tahun ini agak aneh di sisi PR Apple, terutama karena perusahaan umumnya menghindari membuat perbandingan generasi antara desain baru dengan A14 Apple sendiri. Yang paling menonjol adalah fakta bahwa Apple lebih suka mendeskripsikan SoC dalam konteks persaingan; sementara itu tidak biasa di sisi Mac, itu adalah sesuatu yang tahun ini lebih menonjol dari biasanya untuk pengumuman iPhone.

Beberapa fakta konkret tentang A15 adalah bahwa Apple menggunakan desain baru untuk CPU mereka, mesin Neural yang lebih cepat, GPU 4- atau 5-inti baru tergantung pada varian iPhone, dan saluran tampilan baru dan blok perangkat keras media untuk video encoding dan decoding, di samping peningkatan ISP baru untuk kemajuan kualitas kamera.

Di sisi CPU, peningkatan sangat tidak jelas karena Apple dikutip 50% lebih cepat daripada pesaing, dan metrik kinerja GPU juga dibuat sedemikian rupa, menggambarkan GPU A15 4-core menjadi +30% lebih cepat daripada persaingan, dan varian 5-inti menjadi +50% lebih cepat. Kami telah menempatkan SoC melalui langkah awalnya, dan dalam artikel hari ini kami akan fokus pada kinerja yang tepat dan metrik efisiensi dari chip baru.

Peningkatan Frekuensi; Performa 3,24GHz & Core Efisiensi 2,0GHz

Dimulai dengan sisi CPU, A15 baru dikatakan menampilkan dua mikroarsitektur CPU baru, baik untuk core kinerja maupun core efisiensi. Beberapa laporan pertama tentang kinerja inti baru difokuskan pada frekuensi, yang sekarang dapat kami konfirmasikan dalam pengukuran kami:

Dibandingkan dengan A14, A15 baru meningkatkan frekuensi inti tunggal puncak dari gugus inti dua kinerja sebesar 8%, kini mencapai hingga 3240MHz dibandingkan dengan 2998MHz generasi sebelumnya. Saat kedua core kinerja aktif, frekuensi operasinya benar-benar naik 10%, keduanya sekarang berjalan pada 3180MHz yang agresif dibandingkan dengan 2890MHz generasi sebelumnya.

Secara umum, peningkatan frekuensi Apple di sini cukup agresif mengingat fakta bahwa cukup sulit untuk mendorong aspek kinerja desain ini, terutama saat kami tidak mengharapkan peningkatan kinerja yang besar pada bagian node proses baru. A15 harus dibuat pada varian simpul N5P dari TSMC, meskipun tidak ada perusahaan yang benar-benar mengungkapkan detail desain yang tepat. TSMC mengklaim peningkatan frekuensi +5% dibandingkan N5, jadi bagi Apple untuk melangkah lebih jauh dari ini akan mengindikasikan peningkatan konsumsi daya, sesuatu yang perlu diingat saat kita mempelajari lebih dalam tentang karakteristik daya CPU.

E-core dari A15 sekarang dapat melakukan clock hingga 2016MHz, meningkat 10,5% dari core A14. Frekuensi di sini tidak bergantung pada inti kinerja, karena jumlah utas dalam kluster tidak memengaruhi kluster lain, atau sebaliknya. Apple telah melakukan beberapa perubahan yang lebih menarik pada inti kecil generasi ini, yang akan kita bahas sebentar lagi.

Cache Raksasa: Performa CPU L2 hingga 12 MB, SLC hingga 32 MB Besar

Satu lagi detail teknis langsung yang diungkapkan Apple selama peluncurannya adalah bahwa A15 sekarang menampilkan cache sistem dua kali lipat dibandingkan dengan A14. Dua tahun lalu kami telah merinci SLC baru A13 yang telah berkembang dari 8MB di A12 menjadi 16MB, ukuran yang juga tetap konstan di generasi A14. Apple mengklaim bahwa mereka telah menggandakan ini karena itu berarti sekarang menjadi 32MB di A15.

Melihat uji latensi kami pada A15 baru, kami sekarang dapat mengonfirmasi bahwa SLC kini telah berlipat ganda hingga 32MB, yang semakin mendorong kedalaman memori untuk mencapai DRAM. SLC Apple kemungkinan akan menjadi faktor kunci dalam efisiensi daya chip, mampu menjaga akses memori pada silikon yang sama daripada menjadi lebih lambat, dan lebih banyak DRAM yang tidak efisien daya. Kami telah melihat jenis cache tingkat terakhir ini digunakan oleh lebih banyak vendor SoC, tetapi pada 32MB, A15 baru mengerdilkan implementasi kompetisi, seperti SLC 3MB pada Snapdragon 888 atau perkiraan SLC 6-8MB pada Exynos 2100 .

Apa yang Apple tidak ungkapkan, juga perubahan pada cache L2 dari core kinerja, yang kini telah tumbuh sebesar 50% dari 8MB menjadi 12MB. Ini sebenarnya ukuran L2 yang sama seperti pada Apple M1, hanya saja kali ini hanya melayani dua inti kinerja daripada empat. Latensi akses tampaknya meningkat dari 16 siklus pada A14 menjadi 18 siklus pada A15.

L2 12MB lagi-lagi sangat besar, lebih dari dua kali lipat dibandingkan dengan gabungan L3+L2 (4+1+3×0.5 = 6.5MB) dari desain lain seperti Snapdragon 888. Tampaknya Apple telah menginvestasikan banyak SRAM ke dalam ini generasi SoC tahun ini.

Inti efisiensi tahun ini tampaknya tidak mengubah ukuran cache mereka, tetap pada L1D 64KB dan L2 bersama 4MB, namun kami melihat Apple telah meningkatkan entri TLB L2 menjadi 2048, sekarang mencakup hingga 32MB, kemungkinan untuk memfasilitasi akses SLC yang lebih baik latensi. Menariknya, Apple tahun ini sekarang memungkinkan inti efisiensi untuk memiliki akses DRAM yang lebih cepat, dengan latensi sekarang sekitar 130ns versus +215ns pada A14, sekali lagi sesuatu yang perlu diingat di bagian kinerja berikutnya dari artikel ini.

Perubahan Mikroarsitektur CPU: Tahun yang Lambat?

Mikroarsitektur CPU tahun ini sedikit seperti wildcard. Awal tahun ini, Arm telah mengumumkan Armv9 ISA baru, yang sebagian besar ditentukan oleh set instruksi SIMD SVE2 baru, serta IP CPU seri Cortex baru perusahaan yang menggunakan arsitektur baru. Kembali pada tahun 2013, Apple terkenal sebagai yang pertama di pasar dengan CPU Armv8, desain seluler berkemampuan 64-bit pertama. Mengingat konteks itu, saya secara umum mengharapkan generasi tahun ini untuk memperkenalkan v9 juga, tetapi tampaknya tidak demikian untuk A15.

Secara mikroarsitektur, inti kinerja baru pada A15 tampaknya tidak jauh berbeda dengan desain tahun lalu. Saya belum menginvestasikan waktu untuk melihat setiap sudut dan celah desain, tetapi setidaknya bagian belakang prosesor identik dalam throughput dan latensi dibandingkan dengan inti kinerja A14.

Core efisiensi memiliki lebih banyak perubahan, di samping beberapa perubahan TLB subsistem memori, E-core baru sekarang memperoleh ALU bilangan bulat tambahan, sehingga totalnya menjadi 4, naik dari sebelumnya 3. Inti untuk beberapa waktu tidak lagi bisa disebut “kecil” dengan cara apa pun, dan tampaknya telah tumbuh lebih banyak lagi tahun ini, sekali lagi, sesuatu yang akan kami tampilkan di bagian kinerja.

Alasan yang mungkin untuk perubahan mikro-arsitektur Apple yang lebih moderat tahun ini mungkin merupakan badai dari beberapa faktor – Apple telah kehilangan arsitek utama mereka pada inti kinerja besar, serta bagian dari tim desain, ke Nuvia pada tahun 2019 ( kemudian diakuisisi oleh Qualcomm awal tahun ini). Pergeseran ke Armv9 mungkin juga menyiratkan lebih banyak pekerjaan yang dilakukan pada desain, dan situasi pandemi mungkin juga berkontribusi pada beberapa eksekusi yang tidak ideal. Kami harus memeriksa A16 tahun depan untuk benar-benar menentukan apakah irama desain Apple telah melambat, atau apakah ini hanya selip, atau hanya jeda sebelum perubahan yang jauh lebih besar dalam mikroarsitektur berikutnya.

Tentu saja, nada di sini melukiskan peningkatan yang agak konservatif dari CPU A15, yang ketika melihat kinerja dan efisiensi, sama sekali bukan itu.