Het duurt nog even voor we officieel van Apple's nieuwste SoC horen. Waarschijnlijk moeten we wachten tot september, als de nieuwe iPhones worden aangekondigd. Maar omdat het ontwerp, fabricage en testen van de chips jaren duurt, kan Apple niet radicaal iets wijzigen voordat hij verschijnt. De uiteindelijke specificaties staan dus al vast.

En je kunt veel halen uit informatie over het fabrieksproces en door te extrapoleren van wat er voorgaande generaties is gebeurt, zodat je een redelijk duidelijk plaatje kunt vormen van wat de A13 gaat bieden. Het is uiteraard vrijwel zeker de snelste SoC die Apple ooit voor de iPhone heeft geproduceerd, maar hoe snel is dat?

Gebouwd op 7 nm-proces

We kunnen verwachten dat Apple voor de chipset blijft samenwerken met zijn hardwarepartner TSMC. Dat bedrijf heeft een redelijke voorsprong in de chipsector, maar is nog niet klaar voor lithografie op een nóg kleiner proces; vorig jaar maakte het de overstap van 10 naar 7 nanometer. De overstap naar 5 nm is mogelijk klaar voor de iPhone van 2020, maar je kunt er gevoeglijk vanuit gaan dat de A13 op 7 nm is gemaakt.

Dat betekent niet dat we geen verbeteringen gaan zien qua productieproces. TSMC maakt stappen met zijn nieuwe proces 7 nm+ dat Extreme Ultraviolet (EUV) gebruikt om nog fijner te kunnen etsen in de lagen van de chip. Dat geeft chips een hogere dichtheid (ongeveer twintig procent meer transistoren in dezelfde ruimte) en maakt ze energiezuiniger, met ongeveer 10 procent.

7 nm Pro?

Een recent artikel van de Chinese site Commercial Times stelt dat Apple het eerste bedrijf is dat gebruik maakt van het nog niet eerder genoemde '7nm Pro' productieproces bij TSMC. Het is niet duidelijk of dit gaat om een verandering van het 7 nm-proces of 7 nm+. Maar het staat sowieso buiten kijf dat Apple voor de A13 het best beschikbare productieproces gebruikt en dat we verbeteringen kunnen verwachten in het 7 nm-proces dat werd gebruikt voor de A12 en A12X.

De A12 duwde het aantal transistoren omhoog naar 6,9 miljard, maar de chipgrootte was 83 mm2, bij lange na niet de grootste chip die Apple ooit in een iPhone verwerkte. Sterker nog, qua oppervlakte is het de kleinste in negen jaar. De A5 en A10 waren elk meer dan 120 mm2.

Met andere woorden, de iPhone-chips zijn doorgaans groter dan de A12 en vooral als je een nieuwe chip produceert op hetzelfde productieproces als het jaar ervoor. Een conservatieve inschatting is dat de A13 ongeveer 25 procent groter zal zijn (ruwweg 103 mm2. Samen met een hogere dichtheid van TSMC's verbeterde proces, kom je dan uit op 10 miljard transistoren en dat komt overeen met de A12X in de iPad Pro.

CPU-prestaties

Hoewel ik verwacht dat de A13 dus hetzelfde aantal transistoren als de A12X heeft, geloof ik niet dat Apple deze op dezelfde manier inzet en het aantal cores verhoogt van twee naar vier. Ik denk dat Apple doorzet met twee high performance-cores en vier energiezuinige cores, met een kleine kans dat het aantal high performance-cores wordt verhoogd naar drie.

Je kunt ervan uitgaan dat Apple de architectuur tweakt en wellicht hogere kloksnelheden haalt om de CPU-prestaties te verbeteren. De chips van de fabrikant zijn nu al de snelste die er zijn voor smartphones en je hoeft niet zoveel te doen om die kroon te behouden.

De prestaties van de vorige generaties met geekbench-score.

Apple's verbeteringen op single core-gebied is een verrassend stabiele opwaartse lijn. Als je dit doortrekt zou je zelfs uitkomen op een Geekbench 4 single-core GPU-score uitkomen van rond de 5200. Dat is zelfs beter dan de meeste ultradunne laptops en zeker dan elke Android-smartphone.

Multi core-prestaties zijn niet zo makkelijk te voorspellen. De trendlijn is niet zo mooi helder als bij de single core, omdat prestaties scherp verbeterden van de A10 naar de A11 vanwege een design waarbij de low-power en high-power cores in parallel konden werken. Als Apple niet nog meer cores toevoegt, komt de A13 uit ergens tussen 12.200 en 12.500, simpelweg omdat de individuele cores sneller worden. Als Apple een derde high-performance CPU-core zou kunnen toevoegen, zou het zelfs tussen de 15.000 tot 16.000 zijn.

De multi core-prestaties zijn al indrukwekkend, er is niet veel voor nodig om die voorsprong vast te houden.

De grafische prestaties zijn van groot belang voor Apple, vooral met de komst van Apple Arcade waar high-end premium games in verschijnen. We hebben het dan over twee elementen van grafische prestaties: hoe 3D-omgevingen als games worden gerenderd en de mogelijkheid om de GPU te gebruiken voor complexe non-grafische berekeningen (zoals beeldverwerking).

We bereiken een plafond qua grafische prestaties en zonder een boost in geheugenbandbreedte zal dat waarschijnlijk niet veranderen.

Traditionele grafische prestaties gaan heel stabiel stukje bij beetje omhoog bij A-processoren. De beperking zit in geheugenbandbreedte, wat per jaar niet zo sterk groeit. Als we denken dat deze trend doorzet, kunnen we verwachten dat 3DMark Sling Shot Extreme Unlimited uitkomt op een score van ongeveer 4500. Dat is een verbetering voor Apple, maar niet zo sterk als met de laatste Qualcomm-chips.

Apple lijkt er meer voor te gaan dat de chips sneller worden met zijn eigen Metal API, wat uitgaat van graphics en rekenkracht. Die trend gaat vast doorzetten en hoewel de GPU waarschijnlijk niet die sprong vooruit gaat zien tussen de A11 en de A12, komen we op een Geekbench 4-score uit qua rekenkracht van meer dan 25.000.

Ik zei in het begin dat ik denk dat de A13 ongeveer een kwart groter gaat zijn dan de A12 terwijl het een productieproces gebruikt waarbij meer transistoren op een kleiner oppervlakte passen. Als je daarmee inderdaad op 10 miljard uitkomt, is dat een verbetering van meer dan 40 procent ten opzichte van de A12. Als de CPU en GPU alleen maar bescheiden verbeteringen krijgen vanwege verbeteringen aan de architectuur, hoe zet Apple dan dat extra transistor-budget in?

Het is logisch dat Apple hard blijft inzetten op machine learning en beeldverwerking op de iPhone zelf. De Neural Engine in de A12 werd veel sterker verbeterd dan verwacht. Die van de A11 deed 600 miljard operaties per seconde en de Apple deed er acht keer zoveel met vijf biljoen operaties per seconde. Ik weet niet of we zo'n grote sprong gaan zien, maar Apple kan met een paar designverbeteringen en meer transistorbudget een verbetering van 3 tot 5x bereiken.

Machine learning en AI zijn kritieke onderdelen van de iPhone-ervaring, voor het verbeteren van de fotocamera en video's tot augmented reality en Siri. Als Apple later dit jaar aankondigt dat de Neural Engine van de A13 twintig biljoen operaties per seconde kan uitvoeren, zou ik onder de indruk, maar niet zo verbaasd zijn.

Aan de CPU verandert wellicht niet zo veel, maar de GPU kan groeien naar 6 cores en de Neural Engine gaat ook groter worden.

De Image Singal Processor die wordt gebruikt om data te verwerken van de camerasensoren is nog een kritiek component dat lastig is te benchmarken, maar Apple investeert hier elk jaar flink in. Die wordt samen met de Neural Engine en de GPU gebruikt om de kwaliteit van foto's en video's te verbeteren.

Apple gaat dat dit jaar verbeteren. Het zou wel eens de eerste kunnen zijn die de nieuwe AV1-videocodec gebruikt, een royaltyvrije compressiestandaard die naar verwachting HEVC, AVC en VP9-formaten gaat vervangen. De meeste webvideoplatforms zullen hier de komende jaren op overstappen. Het is erg efficiënt en heeft niet te maken met complexe royalty's.

Geen 5G

Hoewel de modem geen deel uitmaakt van de A-serie SoC, is het wel de moeite waard dit even te bespreken. Je gaat dit jaar veel horen over 5G en het ligt voor de hand dat producenten dit najaar 5G-toestellen gaan pushen. Maar vergis je niet: 5G staat in de kinderschoenen. De netwerken zijn klein en beperkt en dat zal de komende tijd zo blijven. De modems die 5G mogelijk maken zijn nog steeds vrij efficiënt.

Een goede 5G-smartphone vindt wel zijn weg naar de markt, maar nog niet dit jaar en misschien zelfs nog niet volgend jaar. Zo lang duurt het nog om betrouwbare en energiezuinige modems te bouwen voor de iPhone en genoeg netwerkdekking voor goede tests van de hardware en software. Apple mikt immers niet op een kleinere groep early adopters, maar op een markt van meer dan 100 miljoen gebruikers. Apple gaat niet het risico nemen om netwerkapparatuur te gebruiken dat een matige gebruikerservaring biedt.

Er gaat een hardnekkig gerucht dat Apple werkt aan zijn eigen 5G-modem, maar die hoef je dit jaar nog niet te verwachten.