其实表面上A16芯片还是最强的。
在最近的苹果发布会上，苹果并没有在A16仿生芯片上多费笔墨。苹果的A16有160亿个晶体管，包括6个CPU核心，5个GPU核心，16个神经引擎。它采用LPDDR5X内存，带宽提升50%。虽然苹果没有提到与上一代A15仿生的对比，但指出A16仿生比手快40%。从字面上看，这就是我们所知道的。随着iPhone 14系列即将推出(只有iPhone 14 Pro和Pro Max机型搭载A16芯片)，A16芯片的性能到底有多强大备受外界关注。
苹果A16芯片示意图
根据安兔兔团队近期的跑分评测，iPhone 14 Pro总分978147，Pro Max总分972936。与13系机型相比，CPU性能、GPU图形性能、MEM内存读取性能、UX体验性能均优于上一代，提升约18.8%。如果每个处理器性能提高，CPU性能提高17%，而内存得分提高10%。真正让人印象深刻的是GPU比上一代提升了28%，这可能是近年来最高的跨代提升。
IPhone 14 Pro对比上一代iPhone 13 Pro的安兔兔跑分表现。
那么A16芯片的性能提升主要体现在哪些方面呢？首先，肯定是工艺演变。A16芯片采用了TSMC的4nm工艺，这也是苹果首款采用4nm工艺生产的芯片。然而，TSMC的4纳米实际上是N5技术的增强版。4纳米的密度比5纳米的密度高不到20%。nm的主要优势是以合理的成本降低功耗。苹果表示A16比A15可以节省20%的功耗。
另一个因素可能是新内核的采用。A16仿生芯片的六个CPU核心中，有两个性能核心和四个节能核心，与去年iPhone 13的CPU设计相似。按照Longhorn在Twitter上的说法，A16芯片组(代号Crete)，大核(性能核)是珠穆朗玛，小核(效率核)是锯齿。珠穆朗玛最高可达3.46GHz，而A15 Bionic的性能核心可达3.23GHz，因此，也为A16带来了更好的性能提升。
所以，在技术和设计没有根本改变的情况下，苹果依然取得了比上一代18.8%的提升。足以看出苹果并不是一味的追工艺。毕竟工艺越先进，最终产品的价格还是会落实到消费者身上。
坦白说，即使是现在最好的安卓机的处理器也比不上A15，A16更自然。它不需要为其iPhone 14添加更昂贵的处理器芯片来增强竞争力。总而言之，苹果还是保住了手机处理器的性能宝座。
历代苹果A系列芯片性能提升的竞争
我们可以以史为鉴，不妨回顾一下历代苹果A系列芯片的性能提升。苹果A系列芯片组的独特之处在于，它们拥有ARM的架构许可，允许它从头开始设计自己的芯片。苹果的A系列SoC在芯片中集成了一个或多个基于ARM的处理器、图形单元、缓存和其他组件。A系列广泛应用于iPhone、iPad、iPod Touch、Apple TV等各类SoC系列。
苹果历代A系列处理器列表
(来源:CPU-Monkey)
2010年，苹果设计了首款手机处理器A4，采用三星的45nm工艺制造。该设计强调能效。A4采用Cortex-A8核心，在不同产品中运行速度不同:第一代iPad为1 GHz，iPhone 4和第四代iPod Touch为800 MHz。A4 SGX535 GPU理论上每秒可以处理3500万个多边形和5亿个像素。A4处理器不包含RAM，但支持PoP安装。
2011年3月，苹果A5随着ipad2平板的发布而首次亮相。A5和A4一样，采用45nm工艺。相比A4，A5的CPU性能是A4的两倍，GPU性能是A4的九倍。A5包含双核ARM Cortex-A9 CPU和双核PowerVR SGX543MP2 GPU。其GPU每秒可处理700万至8000万个多边形，像素填充率为每秒20亿像素。
2012年3月，A5X与第三代ipad一同发布。A5X是A5的性能提升版。A5使用四核图形单元(PowerVR SGX543MP4)而不是以前的双核，以及四通道内存控制器。内存带宽达到12.8 GB/s，是A5的三倍左右。其图形性能是A5的两倍。
2012年9月，苹果A6与iPhone 5一同发布。A6采用了三星的32纳米技术。与A5相比，功耗降低22%，速度和GPU性能提升2倍。A6 ARMv7的双核CPU叫Swift。
2012年10月，A6X与第四代ipad一同发布。同样，A6X采用三星的32nm工艺，CPU性能和GPU性能是上一代A6的两倍。与A6一样，这款SoC继续使用双核Swift CPU，但它拥有新的四核GPU、四通道内存和略高的CPU时钟频率1.4 GHz。
A7芯片最早出现在2013年9月10日推出的iPhone 5S中。A7芯片采用三星的28纳米工艺，在102平方毫米的尺寸中包含10亿个晶体管。A7芯片是第一款用于智能手机和平板电脑的64位芯片。A7采用基于Arm v8-A的双核CPU Cyclone，集成的PowerVR G6430 GPU采用四集群配置。ARM v8-A架构使A7的寄存器数量翻倍。
从A8开始，苹果就采用了TSMC的技术。2014年9月9日，A8出现在iPhone 6和iPhone 6 Plus中。A8采用TSMC的20纳米工艺，包含20亿个晶体管。虽然晶体管数量增加了一倍，但其物理尺寸却减少了13%，降至89mm2。相比A7，其CPU性能提升25%，GPU性能提升50%，功耗降低50%。
A8X于2014年10月16日随iPad Air 2问世。它继续采用TSMC的20纳米工艺，包含30亿个晶体管。其CPU性能比苹果A7高40%，GPU性能高2.5倍。与A8不同，这款SoC采用了三核CPU、新的八核GPU、双通道内存和略高的CPU时钟频率1.5 GHz。
A9于2015年9月9日出现在iPhone 6S和6S Plus中。A9分别由TSMC和三星承包。三星采用14纳米FinFET LPE工艺，TSMC采用16纳米FinFET工艺。A9也是苹果与三星签约制造的最后一款CPU。从那以后，所有的A系列芯片都由TSMC制造。其宣称苹果A9相比A8，CPU性能提升70%，GPU提升90%。
A9于2015年11月11日发布。它最早出现在iPad Pro中，由TSMC的16纳米FinFET工艺制造。相比前代产品苹果A8X，CPU性能提升80%，GPU性能翻倍。
A10Fusion最早出现在2016年9月7日推出的iPhone 7和7 Plus中。它也是由TSMC使用16纳米FinFET工艺制造的。同时，TSMC还首次引入了新的InFO封装技术，这也是TSMC垄断苹果芯片代工的一大利器。A10采用新的手臂大。小四核设计，两个高性能核心，两个更小的高效核心。比A9快40%，图形快50%。
苹果A10X Fusion于2017年6月5日出现在iPad Pro和第二代12.9英寸iPad Pro中。使用TSMC的10nm FinFET工艺，CPU性能比前辈A9X快30%，GPU性能快40%。
从A11系列开始，苹果在处理器的命名中加入了“仿生”，因为苹果在处理器中内置了自己的人工智能和机器学习逻辑区域。
苹果A11仿生最早出现在2017年9月12日推出的iPhone 8、iPhone 8 Plus和iPhone X中。使用TSMC的10纳米FinFET工艺，它在一个尺寸为87.66mm2的芯片上包含43亿个晶体管，比A10小30%。它拥有两个高性能内核，比A10 Fusion快25%，四个高效内核，比A10的节能内核快70%。A11首次采用苹果设计的三核GPU，GPU速度快30%。它也是第一个采用“神经引擎”的A系列芯片，用于Face ID、Animoji和其他机器学习任务。
2A1Bionic于2018年9月12日首次出现在iPhone XS、XS Max和XR中，采用TSMC 7nm fin fet工艺。这是消费级产品中首款出货的产品，物理尺寸为83.27mm2，69亿个晶体管，比A11小5%。它的两个高性能核心比苹果A11快15%，节能50%，而四个高效核心的功耗比A11低50%。
A12X仿生首次出现在2018年10月30日发布的iPad Pro(第3代)中。其单核CPU性能比上一代产品苹果A10X快35%，整体CPU性能快90%。A12Z是A12X的更新版本，最早出现在2020年3月18日发布的第四代iPad Pro中。与A12X相比，它增加了一个额外的GPU核心，以提高图形性能。A12X和A12Z都是由TSMC的7纳米FinFET工艺制造的，包含100亿个晶体管。
3 A1Bionic最早出现在2019年9月10日推出的iPhone 11、11 Pro和11 Pro Max中。它采用TSMC第二代7纳米N7P工艺制造，包含85亿个晶体管。A13的两个高性能内核比苹果A12的快20%，功耗低30%，四个高效内核比A12的快20%，功耗低40%。
A1Bionic是首款商用5nm芯片，最早出现在2020年10月23日发布的第四代iPad Air和iPhone 12中。它包含118亿个晶体管，芯片尺寸为88平方毫米。它还拥有16核AI处理器，三星LPDDR4X DRAM，6核CPU和具有实时机器学习功能的4核GPU。A1的CPU速度比A12快40%，GPU速度比A12快30%。A14后来被用作各种Macintosh和iPad型号的M1系列芯片的基础。
5 A1Bionic最早出现在2021年9月14日发布的iPhone 13中。A15采用5nm制造工艺，拥有150亿个晶体管，比A14的118亿个晶体管多27.1%。苹果声称A15在iPhone中的五核GPU比竞争对手快50%，四核GPU快30%。
可以看到，在过去十年的定制芯片制造中，苹果已经能够将CPU性能提升100倍，GPU性能提升1000倍。从A4到A6系列开始，每一代芯片的性能基本都是上一代的两倍，大大享受了摩尔定律带来的性能提升。此后，随着技术的演进变得困难，晶体管的数量越来越多，苹果手机芯片的推广很少超过一次。根据安兔兔的跑分评测，A16 CPU和GPU的性能提升看似合理。在某些应用领域，苹果A处理器提供了极高的性能，甚至在单核领域达到了与笔记本处理器相近的性能。
芯片性能的未来提升是什么？
那么，随着摩尔定律逼近极限，工艺进化带来的红利不再显现，未来芯片性能的提升靠什么？一般来说，有几个方面:
第一，建筑的创新。在过去的十年中，芯片发生了巨大的变化和改进。其中一项主要技术是发明了FinFET的新结构器件，取代了原来的平面结构，保持了单位面积晶体管密度翻倍。FinFET也成为14nm之后先进技术一代的主流逻辑器件。FinFET之后，3nm及以下的器件主要围绕GAA结构的叠层纳米片/纳米线架构，1nm之后可能采用互补叠层器件(CFET)结构。就这些新结构而言，国内外许多制造商、专家和科研机构都进行了研究。
二是先进封装的创新，如SiP、2.5D封装、3D封装等。小芯片技术是一项非常有潜力的技术，目前在业界也广受追捧。苹果公司已经将多芯片封装技术应用于其M1超，小芯片技术可能不会太远。是否会应用到手机芯片上，还有待观察。
第三，材料上的创新。材料需要从两方面入手。一、晶体管本身的材料创新:传统硅基材料的量子限域效应会使硅、锗等传统硅基材料在尺寸缩小的极限下电学性能显著下降。当达到2nm的极限物理尺寸时，这些材料就会变成无法到达的绝缘体。二是改变晶体管之间的互连材料，解决金属互连层的漏电和发热问题。
在替代硅晶体管材料方面，目前比较有前景的材料主要是碳纳米管，比硅导电更快，效率更高。理论上效率可以达到硅的10倍，运行速度3倍，只需要三分之一的能耗。但仍有一系列挑战需要克服。
在晶体管互连方面，目前的主流技术是铜互连。业界探索的新材料很多，铋、钴、钌或钼，甚至光互连。