虽然很不愿意承认，但苹果iPhone 8和iPhone X的确代表了当前智能手机领域的最强性能，哪怕是还未量产的高通骁龙845都难以撼动苹果A11 Bionic处理器的皇者地位。要知道，A11 Bionic明明只是一颗六核处理器（图1），它又是凭什么秒杀一众八核甚至十核竞争对手的呢？

追本溯源 苹果之强并非先天

很多人只看到了今天iPhone在性能上的辉煌，认为它天生骄傲。实际上，早期的iPhone在性能上并没有领先Android阵营多少，（多核性能）甚至还曾一度落后过。

iPhone也曾随波逐流

还记得第一代iPhone带给我们的震撼吗？超大且支持多点触控的3.5英寸屏幕、可实现全时连接的2G+Wi-Fi网络、完整的Web体验，简直可以吊打当年的塞班和Windows Mobile系统的任何对手。要知道，当年塞班手机清一色还都需要用按键操作，Windows Mobile手机也需要触控笔才能谈得上体验。

那么，当时的iPhone性能很强吗？

的确很强，iPhone搭载了来自三星旗下的S5L8900处理器（图2），并集成PowerVR MBX-Lite GPU模块。这款芯片基于ARM11架构设计，拥有412MHz的主频，再加上128MB内存，堪称无敌配置。可惜，苹果第二代iPhone 3G选择了原地踏步，它的硬件规格不变，只是加入了对新兴3G网络的支持，App Store的诞生则改写了智能手机的玩法。

同一时间，谷歌推出了Android系统，以HTC G1为代表的竞争对手在第一时间就实现了配置上的反超（图3）：搭载高通MSM7201处理器，集成Adreno 130 GPU，内置更大的192MB内存。也就是从这个时期开始，iPhone和Android手机间的军备竞赛正式拉开了序幕。

2009年，iPhone 3GS携代号为“蜂鸟”的三星S5PC110处理器来袭，这颗芯片首次尝鲜AMR最新的Cortex-A8架构，600MHz的主频，再加上PowerVR SGX535 GPU和256GB内存的组合，将智能手机的流畅度发挥到了极致。另一方面，在App Store中还涌现出了无数好玩的iOS独占游戏，至此iPhone游戏多、更流畅，就成为了果粉抵制Android手机的绝佳理由。

那么，Android阵营是如何回击的呢？摩托罗拉推出的Milestone搭载德州仪器OMAP3430处理器（图4），同样集成PowerVR SGX535 GPU并内置256MB内存；HTC从G2开始改用高通MSM7200A处理器，集成Adreno 200 GPU，内置288MB内存。也就是从这个时期开始，让玩家们认识到手机GPU和系统优化的重要性，因为HTC G2玩游戏没有Milestone快，而Milestone又不如iPhone 3GS。

开启自研CPU之路

面对Android阵营咄咄逼人的进攻态势，苹果做出了一个重要决定：通过自主研发CPU，逐渐摆脱来自三星芯片方面的依赖。于是，从iPhone 4开始，苹果A系列处理器终于正式与我们见面了。

iPhone 4搭载Apple A4处理器，它基于ARM官方Cortex-A8架构设计，我们可以将它看做是三星S5PC110的定制版（图5）；从iPhone 4s的Apple A5开始，苹果A系列处理器跨入了双核时代，由Cortex-A9同步双核心架构组成，基本与同期Android阵营高端手机的规格持平。

步入2012年后，NVIDIA、三星和高通纷纷祭出了四核处理器，而苹果却不愿意盲目追随市场潮流，打算坚持既有产品设计原则的态度。为了不让双核战四核输的太难看，苹果从Apple A6开始，才算进入了真正意义上的自研CPU之路上。因为，Apple A6不再使用ARM公版的Cortex-A系列架构，而是改用苹果基于ARMv7s指令集自主研发的“Swift”架构核心（图6）。

苹果自研的架构有多强？我们不妨参考一下它与同期Android阵营标杆三星Galaxy S的跑分对比（表1），从Apple A6开始苹果处理器总能在单核性能上保持绝对的优势，只是受制于核心数量偏少以及核心调度策略（同一时间点上只有高性能核心或低功耗核心运行）上的先天缺陷，导致苹果A系列处理器在多核性能上就很难与同期的对手拉开差距。

但是，这已经足够说明问题了。苹果从Apple A6开始，在核心数量少、内存容量低的绝对劣势下，却能在CPU跑分层面保持一定的优势，可见ARM官方Cortex-A架构并没有挖掘出ARMv7/ARMv8指令集的全部潜力，而这就给了芯片厂商自研架构核心的空间。到了AppleA11 Bionic时代，更是成就了苹果处理器秒天秒地的威望，成为了一个似乎无法战胜的存在（表2）。

苹果为何钟情于自研

智能手机是一种极为精密的电子设备，它的PCB主板是一个整体，除了处理器芯片外还要涉及到其它器件的布局和走线（图7）。此时，如果直接使用高通或三星的处理器，就必须按照对方的芯片规格设计PCB，一旦芯片厂的下一代产品发生较大变化，苹果方面也会因此而产生不必要的重新设计的成本。

另一方面，苹果从很早以前就发现，现在根本就没有厂商在做自己所需要的处理器，苹果需要比竞品更强的性能，计划通过追求深度无序的执行和广泛的问题宽度来走向ARM不曾走过之路。于是，在HTC和摩托罗拉等品牌都在依赖高通提供的处理器时，苹果就展开了各种收购和组建自己工程师团队之旅，最终在Apple A4上引入了以早前收购为基础而开发出的专用芯片组和控制器。

正如前文所述，Apple A6是苹果自研处理器道路上的关键节点，它虽然使用了ARM指令集但却不再沿用现成的公版设计。凭借着资本优势，苹果在2013年发布了全球首款64位智能手机芯片Apple A7，同时还衍生出了配备更强大图形处理性能的X变种型号（应用在iPad身上）。到了A10 Fusion时代，苹果正式迈入了四核时代，在全新动态电压频率调节模式和性能控制器的帮之下，可更有针对性对核心负载进行智能管理，比如做到让某些核心完全关闭，能耗管控能力远超Android阵营芯片（图8）。

苹果的自研野望

不要以为苹果只专注于手机处理器的研发，第一代Apple Watch所搭载的也是苹果自主研发的Apple S1，一颗针对可穿戴设备量身设计的超微型芯片（图9），随后的Apple Watch2则升级到了双核心的Apple S2，拥有2倍于前辈的图形性能。在AirPods无线耳机身上，我们还看到了革命性的超低功耗Apple W1芯片（图10），它解决了普通蓝牙耳机的断续情况，还可提供更好的音质和更低的功耗。

总之，通过A系列处理器的研发经验积累，苹果已经奠定好了为旗下产品自主设计硬件“垂直整合”战略的基础。从AppleA11 Bionic开始，苹果更是抛弃了最紧密合作伙伴 Imagination Technologies，开始定制自主的GPU架构，一旦取得重大的技术突破，苹果自研的GPU无论是芯片面积还是性能，都能比之前Imagination Technologies提供的GPU内核更适合Apple A系列SoC整体芯片的结构设计。

此外，苹果还展开了自主研发调制解调器的计划，从而摆脱高通和英特尔的掣肘。可以说，苹果未来的野望就是将整个SoC内全部模块的主动权都收集到自己手中，在恰当的时机甚至会将它们应用Mac系列的PC领域，打通Mac OS和iOS系统之间的兼容壁垒，届时我们使用PC的习惯也将因此而产生质变。

不让苹果独美于前 来自竞争对手的挑战

细心的读者不难发现，对手机处理器而言，只要核心架构相同，主频相近，它们在跑分性能上就很难拉开差距。为了不让苹果A系列处理器独美于前，以高通和三星为代表的芯片厂纷纷展开了反击。

高通的BoC战略

在上个章节我们介绍过，高通旗下的Kryo内核在骁龙820时代就实现了完全自主的定制化，为何从骁龙835身上又改用BoC的半定制化战略呢？很简单，高通的每一代处理器，都会根据时间和市场需求来选择最合适的CPU设计。通过指令集授权而完全自主定制处理器不太经济，而高通又觉得ARM big.LITTLE技术已经不符合实际应用环境的需求，所以才促成了基于BoC授权而生的骁龙835（图11）。

简单来说，骁龙835和骁龙820一样都是两簇核心，分别为四颗Kryo 280（2.45GHz）性能核心和四颗Kryo 280（1.9GHz）效能核心，与ARM官方架构遵循的Big.LITTLE大小核技术不同，这八颗核心均为大核心设计。高通认为，智能手机无时无刻都在与多媒体打交道，哪怕运行微信也会涉及到大量的文字、图片和视频处理，而公版Cortex-A53核心连乱序执行都没有，需要借助更高的频率才能满足微信突发的性能请求。高不成低不就的LITTLE小核心在处理社交类APP经常面临吃力不讨好的尴尬局面，最终还是需要Big大核心登场。

于是，高通自行设计了骁龙835的内存控制器，保证了I/O性能并加大了二级缓存，可减少读取内存，在APP加载、网页浏览、VR下能提高20%性能，手机应用中80%的任务可交由1.9GHz的效能核心处理，能耗比远在传统big.LITTLE技术之上。

对于即将量产的骁龙845，高通带来了全新的Kryo 385架构内核，从已知的资料来看它应该是基于ARM最新的Cortex-A75和A55魔改而来，最大的特色就是引入了DyanmIQ技术（图12）。和Big.LITTLE相比，DyanmIQ重新定义了多核微架构，允许DynamIQ 任意丛集中核心数量可以从单核到八核不等，并且还支持异构CPU之间的混搭。有了更灵活分配核心资源的DyanmIQ技术的帮忙，高通才敢在10nm工艺不变的基础上，将最高主频从2.45GHz一下子提升到2.8GHz。

据悉，高通在2018年计划推出更多基于BoC授权的处理器，包括骁龙670、骁龙640和骁龙460（图13）。其中，骁龙670将采用四颗Kryo 360 Gold（Cortex-A75公版架构魔改）和四颗Kryo 385 Silver（A55魔改）组成的八核心架构，集成Adreno 620 GPU；骁龙640采用两颗Kryo 360 Gold和六颗 Kryo 360 Silver（A55魔改）组成的八核心架构，集成Adreno 610 GPU；骁龙460由四颗高频Kryo 360 Silver和四颗低频Kryo 360 Silver核心构成（均由A55魔改），集成Adreno 605 GPU。

遗憾的是，从网上曝光的骁龙845性能来看，它的单核/多核性能分别为2422和8351，和公版Cortex-A75的理论性能相似，距离苹果A11 Bionic单核超4000，多核破万的成绩相比还很遥远。希望随着固件和驱动的优化，等骁龙845正式上市时能给我们带来性能上的惊喜吧。

三星的自研大核计划

三星从Exynos 8890开始就学习苹果展开了自研CPU的旅程，基于ARMv8指令集推出了名为猫鼬（Mongoose）的架构核心。从Exynos 8890、Exynos 8895到Exynos 9810，猫鼬架构也经历了不断升级，即将随Galaxy S9与我们见面的，就是基于三星第三代自研架构——Mongoose M3设计的Exynos 9810（图14）。

简单来说，Exynos 9810基于10nm LPP工艺打造，由四颗Mongoose M3（2.9GHz）和四颗Cortex-A55（1.9GHz）组成的八核心架构，集成ARM Mali-G72MP12 GPU。据悉，Mongoose M3自研架构的性能极为强悍，在GeekBench 4跑分中单核成绩可达4000分，多核性能有望破万。如果属实，Exynos 9810将具备和苹果A11 Bionic分庭抗礼的实力。

可惜，三星从Exynos 8890时代起自研架构就仅限于大核部分，而小核总是套用ARM公版A53/A55架构。如果三星可以参考苹果和高通，将大小核全部换成自研核心（哪怕小核是BoC），相信综合性能还能再上层楼。

小结

对智能手机而言，更高的跑分成绩虽然并不具备什么实际意义，但对于新款手机而言，跑分成绩低却是万万不成的，而将CPU架构从公版换成自研，无疑就是一条捷径。除了高通和三星，有消息称华为也开展了自研内核计划，也许很快就会有相关的芯片与我们见面。

当然，我们也不鼓励盲目的自研，毕竟研发成本最终是要转嫁到每一个消费者头上，而且影响手机实际体验的，除了CPU部分外还有CP U、ISP、DSP、调制解调器和AI相关单元（图15）。未来手机处理器的竞争将是综合实力的较量，自研CPU架构只能抢占先机，而最终结果还要受到SoC内的其它单元影响。