Apple A16 Bionic vs Apple M2 vs Apple M1

Apple A16 Bionic

Der Apple A16 Bionic ist ein System on a Chip (SoC) von Apple, der in der iPhone 14 Pro Serie verbaut wird. Er integriert sechs 64-Bit-fähige ARM-Kerne (2 Performance Kerne namens Everest mit bis zu 3,46 GHz und 4 Stromsparkerne namens Sawtooth mit bis zu 2,02 GHz). Laut Apple wurden vor allem die Stromsparkerne überarbeitet. Einen größeren Sprung gab es bei der Speicherbandbreite (laut Apple +50% für die GPU), da Apple von LPDDR4X auf LPDDR5 umstieg. Nach ersten Analysen von angstonomics bleibt der L2 Cache der E-Cores bei 4MB, die P-Cores haben nun aber 16 MB L2 Cache. Dafür wurder der SLC (System Level Cache) von 32 auf 24 MB anscheinend verringert.

Auch die integrierte Neural Engine für AI-Berechnungen wurde nur leicht schneller (von 15,8 auf fast 17 TOPS) und bietet weiterhin 16 Kerne. Die integrierte Grafikeinheit des A16 bietet weiterhin 5 Kerne und profitiert am meisten von der höheren Speicherbandbreite. Die neue Display Engine ermöglicht die neuen Features wie das Always On Display, die adaptive Bildwiederholungsrate von 1 bis 120 Hz und verbessertes Antialiasing (genutzt in der dynamic Island).

Die CPU-Performance erhöhte sich im iPhone im Vergleich zum A15 Bionic nur leicht. Trotzdem ist der Chip die schnellste CPU für Smartphones und lässt z.B. den Snapdragon 8+ Gen 1 sowohl in Einzelkern- als auch im Multikerntests deutlich hinter sich.

Mit knapp 16 Milliarden Transistoren erhöht sich die Anzahl auch nur leicht im Vergleich zum A15 Bionic, bleibt im Vergleich zu anderen Smartphoneprozessoren aber riesig.

Laut Apple wurde beim A16 großer Wert auf die Effizienz gelegt und in Verbindung mit dem neuen 4nm Prozess (bei TSMC) ist dies anscheinend auch gelungen. Die beiden großen CPU Kerne sollen 20% stromsparender sein als beim A15. 

Apple M2

Der Apple M2 ist ein System on a Chip (SoC) von Apple für Notebooks. Apple nutzt den M2 in den Einstiegsgeräten (2022 MacBook Air und 2022 MacBook Pro 13). Er integriert wie der Apple M1 acht Prozessorkerne in zwei Cluster. Vier schnelle Performance-Kerne die nun auf 16 MB L2 Cache zurückgreifen können (M1 bot 12 MB) und  mit bis zu 3,480 GHz takten und vier Effizienzkerne mit weiterhin 4MB L2 Cache und bis zu 2,4 GHz. Damit takten sie etwas höher als beim M1 (2,1 bzw. 3,2 GHz). Die Archtektur der Kerne sollte ähnlich zum Apple A15 (iPhone 13) mit Avalanche bzw. Blizzard Kernen sein.

Gemeinsam mit der integrierten 8 bzw. 10-Kern GPU kann die CPU auf bis zu 24 GB Unified Memory (128 Bit LPDDR5) zurückgreifen. Die Bandbreite wurde im Vergleich zum M1 um 50% erhöht auf 100 GB/s.

Laut Apple ist der M2 um 18% schneller bei gleichem Stromverbrauch. Bei unseren Tests erreicht das MacBook Pro 13 mit aktiver Kühlung die beworbenen 18% im Geekbench Multi-Test, in anderen etwas weniger (12-15%). Damit nähert es sich bereits dem M1 Pro mit 8 Kernen. In den Einzelkerntests ist der Vorsprung zum M1 geringer, kann aber z.B. den Ryzen 7 6800U schlagen. Die neuen Alder Lake Spitzen-CPUs (z.B. i7-1260P im Yoga 9i) sind aber schneller - aber auch stromhungriger. Der Core i5-1240P im Galaxy Book 2 Pro 13 mit ähnlichem TDP ist dem Apple M2 deutlich unterlegen. Im passiv gekühlten MacBook Air erwarten wir ähnliche Single-Core Leistungen, bei längeren Multi-Core Tests, wird das Gerät aber wahrscheinlich etwas schlechter abschneiden.

Zusätzlich zu CPU und GPU, integriert Apple auch eine verbesserte Neural Engine (+40% laut Apple) und 8k H.264, HEVC, ProRes-fähige Media Engine. Auch die Secure Enclave wurde verbessert.

Der Chip wird im "second generation" 5nm Prozess bei TSMC gefertigt (wahrscheinlich N5P) und ist weiterhin sehr Energieeffizient. Im Vergleich zum M1 stieg der Stromverbrauch jedoch leicht.

Apple M1

Der Apple M1 ist ein System on a Chip (SoC) von Apple, der im Late 2020 MacBook Air und MacBook Pro 13 verbaut wird. Er integriert 8 Prozessorkerne in zwei Cluster. Vier schnelle Performance-Kerne mit 192 KB Instruction-Cache, 128 KB Data-Cache und 12 MB geteilten L2-Cache und vier Effizienz-Kerne mit 128 KB Instruction-Cache, 64 KB Data-Cache und 4 MB geteilten L2-Cache. Weiters integriert der SoC 16 MB Sstem Level Cache (geteilt mit der GPU).

Laut Apple sind die Performance-Cores die aktuell schnellsten der Welt und die Energieeffizienz deutlich besser als derzeitige Laptop-Chips. Die Stromsparkerne takten mit 600 - 2064 MHz, die Performance mit 600 - 3204 MHz.

Der M1 wird in zwei TDP Bereichen ausgeliefert. 10 Watt für das MacBook Air mit passiver Kühlung und wahrscheinlich wieder um die 28 Watt im MacBook Pro 13 und Mac Mini mit Lüfter.

Die integrierte Grafikkarte bietet 8 Kerne (im Einstiegs MacBook Air sind nur 7 aktiviert). Wenn alle 8 genutzt werden, bietet die GPU 128 Ausführungseinheiten mit einer theoretischen Leistung von 2,6 Teraflops. Dadurch soll sie die schnellsten iGPUs von Intel und AMD schlagen können (laut Apple).

Weiters bietet der Chip eine 16-Kern-Neural-Engine für AI-Beschleunigung mit bis zu 11 TOPS Rohleistung, die Secure Enclave, Unified Memory Architecture, Thunderbolt / USB 4 Controller, ISP und Media De- und Encoder.

Der Chip wird im modernen 5nm Prozess bei TSMC gefertigt und soll sehr energieffizient sein. Mit 16 Milliarden Transistoren ist der Chip sehr groß (doppelt so viele Transistoren wie die Tiger Lake U-Serie).