Apple iPhone 5S A7 ist erster 64-bit-Prozessor in Smartphone

Apples Marketing-Chef Phil Schiller präsentiert den neuen 64-bit-A7-Prozessor für das iPhone 5S.
Apples Marketing-Chef Phil Schiller präsentiert den neuen 64-bit-A7-Prozessor für das iPhone 5S.

Auch wenn das neue iPhone 5S insgesamt die Erwartungen der Analysten wohl nicht erfüllen konnte, so setzt zumindest Apples A7-Prozessor neue Maßstäbe für Smartphones: Er basiert auf ARMs Architektur v8 und ist damit der erste 64-bit-Prozessor in einem Handy. Wir versuchen einen Blick hinter die Kulissen des Siliziums zu werfen.

Wie immer hält sich Apple hinsichtlich der Internas seiner Chip-Eigenentwicklungen sehr bedeckt. Auf der Keynote anlässlich der Präsentation des iPhone 5S im kalifornischen Cupertino gab Marketingchef Phil Schiller lediglich bekannt, dass der Die 102 mm2 groß sei und die Anzahl der Register gegenüber dem Vorgänger verdoppelt wurde – letzteres ist schon seit der Vorstellung der ARMv8-Architektur auf der Entwicklerkonferenz TechCon im Oktober 2011 bekannt. Dazu wurde erklärt, der neue Chip enthalte mehr als 1 Mrd. Transistoren.

Da Apple dank seiner ARM-Architekturlizenz mit dem A6 eine eigene ARM-kompatible Mikroarchitektur „Swift“ entwickelt hat, die sich als sehr energiesparend entpuppt hat und ARMs 64-bit-Core Cortex-A57 aus energetischen Gründen ausschließlich in Kombination mit dem Cortex-A53 in batteriebetrieben Geräten eingesetzt werden könnte, ist es als sicher anzusehen, dass der A7 in einer „Swift+“-Dual-Core-Konfiguration ausgeliefert wird.

Interessante Neuigkeiten gibt es im Bereich der GPU zu vermelden: Hier wurde erstmals die Unterstützung von Open GL ES 3.0. angekündigt. Wenn dies so richtig ist, kann man daraus ableiten, dass weder die im A6 verwendete GPU des Typs PowerVR SGX 543 noch die im A6X eingesetzte GPU des Typs PowerVR SGX 554 verwendet wird – beide unterstützen nämlich kein Open GL ES 3.0. Mögliche Alternativen für Apple sind ARMs Mali-T6XX-Serie oder Imaginations PowerVR Series6 (unter dem Codenamen „Rogue“) bekannt.

Wenn man weiterhin davon ausgeht, dass als Fertigungsprozess unverändert 32-nm-High/K-Metal-Gate eingesetzt wird und dass die Chipfläche sehr moderat von 96,71 mm2 (A6) auf 102 mm2 angestiegen ist, ist weiterhin quasi auszuschließen, dass Apple statt der TriCore-GPU des A6 auf eine Quad-Core-GPU, wie sie im A6X des iPad 4 zum Einsatz kommt, einsetzt. Der A6X belegt nämlich 123 mm2 Siliziumfläche, da die GPU-Cores neben dem On-Chip-Speicher die dominierenden „Flächenverbraucher“ sind.

Um die im A6 schon ohnehin schnelle Speicherschnittstelle zu beschleunigen, ist eine 64-bit-Quad-Channel-Schnittstelle zu 1 GB LPDDR3-1333-RAM unabdingbar. 

Bleibt die Frage nach der Taktfrequenz: ARM selbst erklärt, dass der 64-bit-Cortex-A57 gegenüber dem Cortex-A15 im identischen Fertigungsprozess zwischen 17 und 30 % schneller ist. Apple hat angegeben, dass der A7 die doppelte CPU-Rechenleistung wie der A6 hergibt – vermutlich gemessen bei selektiven Benchmarks, bei denen ja auch die Software eine entscheidende Rolle spielt, zumal das neue Betriebssystem iOS7 64-bit-Treiber bereitstellen wird.

Wir glauben, dass die pure Hardware-Leistung der CPU-Cores um nicht mehr als 30 % gestiegen ist und der Rest von der schnelleren Speicherschnittstelle und den 64-bit-Treibern kommt. Um die von Apple genannten Batterielaufzeiten angesichts einer um 10 % größeren Batteriekapazität zu erreichen (die Batterie des iPhone 5S wird nach Unterlagen der FDD 5,96 Wh statt den 5,45 Wh des iPhone 5 betragen), dürfte die Taktfrequenz trotz des M7 genannten Co-Prozessors, der Beschleunigungsmesser, Gyroskop und Kompass überwacht und den A7 damit entlastet, auf maximal 1,5 GHz angehoben worden sein – wenn überhaupt.

Nachdem in der Vergangenheit von allen Inhabern einer ARM-Architekturlizenz der kalifornische Chip-Hersteller Qualcomm mit seinen Mikroarchitekturen "Scorpion" (Klasse ARM Cortex-A8, 32 Bit Single-Core) und "Krait" (Klasse ARM Cortex-A15, 32 Bit Multi-Core) immer als erster auf den Markt kam, haben die Chip-Designer von Apple mit dem A7 (Klasse ARM Cortex-A57, 64 Bit Multi-Core) erstmals die Nase vorne - zumindest was den Zeitpunkt des Markteintritts angeht.

Fest steht bislang nur, dass der koreanische Konkurrent Samsung nachziehen wird. In einem Interview mit der Korea Times bestätigte Shin Jong-kyun, Chef des Mobilgeschäfts bei Samsung, dass die kommenden Samsung-Galaxy-Smartphones ebenfalls auf 64-Bit-Prozessoren setzen werden. Es ist davon auszugehen, dass die hauseigenen Exynos-Prozessoren in einer Big.LITTLE-Konfiguration mit ARMs Cortex-A57 und -A53-Cores ausgestattet sein werden, da Samsung bislang immer auf Original-ARM-Cores und nicht auf Eigenentwicklungen gesetzt hat.