Waarom Apple’s A11-chip alweer de snelste is

Zodra Apple een nieuwe iPhone aankondigt kun je erop rekenen dat er ook weer een nieuwe chip in zit. In vergelijkende prestatietests (benchmarks) scoren de nieuwe iPhones altijd extreem goed. Hoe kan dat eigenlijk? En waarom lopen Android-toestellen zover achter, terwijl ze vaak werken met meer cores en hogere kloksnelheden? Een Android-expert heeft het uitgezocht.

Apple’s A11-chip alweer bovenaan de ranglijsten: hoe kan dat?

Op de website Android Authority lees je vooral nieuwtjes over nieuwe Android-toestellen. Het is daarom bijzonder dat de website zich nu eens heeft verdiept in de chips die in de nieuwe iPhones zitten – en waarom ze zo goed zijn. Deze System-on-a-Chips (SoCs) zijn bijna altijd sneller dan die van concurrenten Qualcomm, Samsung en Huawei, die in Android-toestellen worden gebruikt. Bij de A11 Bionic in de iPhone 8, iPhone 8 Plus en iPhone X is Apple er weer in geslaagd om bovenaan de ranglijsten te komen in Geekbench, de meestgebruikte benchmark voor smartphones.

Eigen chipteam en ontwerplicentie bij ARM

Apple’s succes is te danken aan een deskundig team van chip-experts, dat elk jaar grote sprongen vooruit maakt. Maar er zitten nog andere geheimen achter het succes. Apple’s chips gebruiken dezelfde RISC-architectuur als die van Qualcomm, Samsung en Huawei. Het verschil is echter dat Apple een speciale licentie met ARM heeft, waardoor ze de chips zélf mogen ontwerpen en daardoor niet afhankelijk zijn van een chipontwerper zoals Qualcomm.

De eerste 64-bit processor was de A7 in de iPhone 5s. Dit was tevens de eerste 64-bit processor in een mainstream smartphone en die gebeurtenis blijkt van grote invloed te zijn geweest op smartphone-CPU’s in het algemeen. Dit jaar heeft de A11 Bionic een hexacore CPU met Heterogeneous Multi-Processing (HMP) en een in eigen huis ontwikkelde GPU. De toevoeging ‘Bionic’ heeft ermee te maken dat Apple functies voor machine learning en kunstmatige intelligentie heeft ingebouwd.

De Apple A11 gebruikt hetzelfde 10nm fabricageproces als de Snapdragon 835, maar toch scoort Apple veel beter in Geekbench, namelijk 4260 vs. 1998 in de single-core test en 10221 vs. 6765 in de multicore test. Hoe knap dat is, blijkt wel als je bedenkt dat de A11 een hexa-core CPU heeft, terwijl de Snapdragon beschikt over een octa-core CPU. De A11 is op papier dus 50% sneller dan de Snapdragon. Geekbench neemt overigens niet alle aspecten van de SoC mee, zoals DSP (digitale signaalprocessor), ISP (beeldsignaalprocessor) en AI-gerelateerde functies die van invloed zijn op de dagelijkse gebruikservaring. Maar als je naar pure CPU-snelheid kijkt, ligt Apple ver voorop.

Apple’s voorsprong dateert uit 2013

Volgens Android Authority heeft Apple’s voorsprong te maken met een historische gebeurtenis en daarvoor moeten we teruggaan naar 2013, toen Apple de al eerder genoemde, eerste 64-bit chip voor smartphones aankondigde. Qualcomm was totaal verrast en had zelf geen 64-bit CPU op de plank liggen. Ze noemden het een ‘marketing gimmick’, maar gingen daarna wél razendsnel aan de slag om ook van 32-bit naar 64-bit over te stappen. Terwijl Qualcomm nog bezig was met een inhaalslag bracht Apple jaar na jaar weer een nieuwe, verbeterde 64-bit CPU uit.

Apple kon daarbij sneller voortgang boeken, omdat ze voor een specifiek toestel ontwerpen, de iPhone. Het is lastig om een mobiele CPU met goede performance te ontwikkelen, als het in toestellen van verschillende merken en met verschillende specificaties moet werken. De doorlooptijd bij Qualcomm is daarom een stuk langer. Ze kondigden in oktober 2012 de Cortex-A57 aan, maar pas in april 2014 verschenen de eerste smartphones die er gebruik van maakten. Qualcomm gaat er wel iets aan doen: ze hebben nu een licentieprogramma, waardoor een select groepje partners al vroeg geïnformeerd wordt over de nieuw CPU-ontwerpen en zelfs de mogelijkheid krijgen om wat aanpassingen te doen.

Apple hoeft niet te beknibbelen
Als fabrikanten het design in eigen hand nemen, lukt het om de doorlooptijd te verkorten. Dat blijkt bijvoorbeeld bij Huawei, dat net als Apple nauw met ARM is gaan samenwerken om eigen CPU’s te maken. Wat ook nog meespeelt is dat Apple het zich kan veroorloven om relatief dure SoC’s te maken. Het mag wat kosten; ze verdienen het toch wel weer op een andere manier terug. Bij Qualcomm geldt dat niet. Zij moeten winst zien te maken met chips. Qualcomm kan het zich niet veroorloven om dure chips te maken, want dan raken ze hun klanten (Sony, Samsung, LG) kwijt. Apple’s chipteam hoeft daarentegen niet bang te zijn dat hun enige klant (Apple) wegloopt.

Een ander geheim van Apple’s succes is dat ze zich kunnen veroorloven om grotere caches te gebruiken, die de chips ook weer duurder maken. De A7 en A8 hadden in totaal 5MB caches, bij de A9 en A10 was dit 7MB en bij de A11 gaat het om 8MB (hier lees je wat cachegeheugen is).

Een vijfde reden die Android Authority heeft ontdekt is dat Apple heeft gekozen voor processors met een brede datadoorvoer-pijplijn en lage kloksnelheid. De kloksnelheid van Apple’s CPU’s ligt meestal relatief laag, terwijl je bij de concurrentie vaak het omgekeerde ziet: hoge kloksnelheden, maar waarbij de data door een smallere pijp moet.

Kortom: mensen en techniek
Apple’s succes is dus zowel te danken aan de knappe koppen in het chipteam, maar ook aan technische keuzes en het feit dat ze maar chips hoeven te ontwerpen voor één of twee toestellen, niet voor honderden Android-toestellen tegelijk. Voor Qualcomm en voor andere chipmakers is de huidige situatie moeilijk te doorbreken, tenzij Apple’s chipteam een keer een blunder maakt.

Wil je nog meer weten over het geheim achter Apple’s succes met chips, dan is het de moeite waard om het artikel bij Android Authority te lezen.