過去5年間でiPhoneの速度はどのように向上したか

AppleはiPhoneシリーズの速度向上に継続的に取り組んでおり、リリースごとにパフォーマンスを向上させてきました。AppleのAシリーズチップがわずか5年でどれだけ進化したかを見てみましょう。

Appleは毎年、新型iPhoneを発売し、同社史上最速と謳っています。Aシリーズのシステムオンチップ（SoC）は、より多くの機能を詰め込むために継続的に開発されているため、この主張はAppleにとって非常に説得力のあるものです。

パフォーマンス向上を謳い続けると、Appleがこれまでどれだけの進歩を遂げてきたかを見失いがちです。現在何が起こっているかを理解するためには、過去を振り返る価値は常にあります。特にAppleのハードウェアに関してはなおさらです。

実際、これはチップがなぜ今これほど高速に動作するのかを明らかにするだけでなく、Apple の将来のリリースがどこに向かうのかを示唆する可能性もあります。

AppleのAシリーズのパフォーマンスを掘り下げる今回の記事では、最新のiPhone 14からiPhone X、そしてiPhone 8まで、過去5年間の6世代にわたるリリースを振り返ります。

さらに過去を遡ることもできますが、iPhone XとiPhone 8は、さまざまな意味でAppleのiPhone戦略の大きな変化を意味しています。

iPhone Xは、Appleが初めてエッジツーエッジディスプレイを採用したモデルで、ノッチが導入され、ホームボタンが前面から削除されました。A11チップには、Appleが自社設計したGPUとNeural Engineが初めて搭載されました。

しかし、長年にわたって何が変わったかを見る前に、パフォーマンスがどの程度向上したかを知る必要があります。

仕様

数字を分析する

ベンチマークを分析することは、チップが長年にわたってどれだけパワーアップしてきたかを確認する最良の方法です。しかし、それには他にも多くの問題が伴う可能性があります。

まず、長期にわたって一貫性のあるベンチマークツールを使用する必要があります。ツールの新しいバージョンは毎年、あるいは数年ごとにリリースされる可能性があり、バージョン間の変更により、古いバージョンのスコアは同じツールの新しいリリースのスコアと一致しない可能性があります。

差異をなくすには、理想的には同じツールを使用して、Apple がこれまでにリリースしたすべてのモデルに対してテストする必要があります。

便利なことに、ベンチマークツール「Geekbench」には、ユーザーが投稿したGeekbench 5の結果を集計したiOSデバイスの結果リストがあり、定期的に更新されています。

Geekbenchのデータを使うのは適切です。非常によく知られ、信頼されているツールだからです。iPhone 5sまで遡る、数世代のiPhoneの結果も含まれていますが、そこまで遡る必要はありません。

例外はiPhone 14とiPhone 14 Proで、まだGeekbenchのリストに載っていません。代わりに、これらのモデルについてはAppleInsiderのGeekbench 5の結果を使用します。

この記事では、他の仕様よりもAシリーズSoCの搭載状況を重視しているため、主に主要モデルのみを取り上げ、MiniとMaxモデルは除外します。これはリストを簡素化するためです。例えば、iPhone 13とiPhone 13 miniの間には大きな違いはなく、少なくとも実際に問題になるほどの違いはありません。

シングルコアテストでは、5年間で大幅な改善が見られました。iPhone Xはベンチマークで906ポイントを獲得しましたが、新型iPhone 14 Proは1,880ポイントと、2倍以上のパフォーマンスを達成しました。A15チップを搭載したiPhone 14でさえ、1,733ポイントとほぼ2倍のパフォーマンスを達成しています。

iPhoneでシングルスレッドタスクを体験することが多いエンドユーザーにとって、その違いはシンプルであると同時に印象的です。iPhone 14 Proは、シングルコア性能においてiPhone XやiPhone 8の2倍の速度を誇ります。

マルチコアに目を向けると、その差はより顕著です。iPhone Xはテストで2,144ポイントを獲得しましたが、iPhone 13はA15 Bionicを搭載し、その2倍の4,498ポイントを獲得しました。

スケールの上限では、iPhone 14 Pro が管理する 5,317 ポイントは、iPhone X の 2.47 倍の速度です。

グラフィックに目を向けると、5 年間で変化はさらに顕著になっています。

iPhone XはGeekbenchのMetalベンチマークで3,890ポイントを獲得しました。単体でもかなり印象的ですが、AppleはiPhone 11世代でスコアをほぼ倍増させ、A13 Bionicを搭載したiPhone 11 Proでは7,315ポイントを獲得しました。

ハイエンドでは、iPhone 14 Proが同じテストで15,739点を獲得しました。これは、iPhone Xの4.05倍のグラフィック性能です。

これらはすべて驚異的な結果であり、時間の経過とともにユーザー エクスペリエンスが向上し、以降のモデルにまったく新しい機能を搭載できるようになります。

どうしてこんなに良くなったの？

AppleのAシリーズチップの進化は様々な要因が絡み合っていますが、主にAppleの設計上の決定と技術の進歩によるものです。Appleは多くの設計を自社で行っているため、外部の開発によって影響を受ける要素はごくわずかです。

この厳格な管理体制により、Appleはチップやその他のハードウェアを、デバイスの使用目的を念頭に置き、統合的に機能する形で構築することが可能になっています。例えば、長年にわたる大幅なパフォーマンス向上にもかかわらず、Appleはチップの電力効率を維持するために可能な限りの努力を重ね、結果としてバッテリー駆動時間を延ばしてきました。

実際、その賢明な思考は、Macデバイス向けの他のApple Siliconチップの設計にも活かされ、非常にパワフルなチップを実現し、製品カテゴリー全体を刷新するきっかけとなりました。しかし、電力効率と同様に、Appleが行うすべての開発が速度向上につながるわけではありません。

ここでは、A シリーズ チップの速度に直接影響を与えた、より具体的な変更点について説明します。

クロック速度

Apple は、iPhone ラインナップ全体で 2 つのパフォーマンス コアと 4 つの効率コアを使用して、CPU コアの構成を同じに保つ傾向がありました。

AppleはAシリーズチップごとに異なるコアを採用しており、「Firestorm」「Blizzard」「Sawtooth」といった名前が付けられています。しかし、より理解しやすい変化は、Appleがコアのクロック速度を徐々に向上させてきたことです。

iPhone Xには2.39GHzのパフォーマンスコアと1.19GHzの効率コアが搭載されていました。Appleはリリースを重ねるごとにそれぞれのクロック速度を上げ、A16 Bionicでは3.46GHzのパフォーマンスコアと2.02GHzの効率コアを搭載するようになりました。

もう 1 世代進むと、効率コア クロック速度が iPhone X の 2 倍になるか、同じデバイスのパフォーマンス コア クロックに匹敵する可能性があります。

時間の経過とともにコアがより多くのタスクを実行するようになることは間違いありませんが、クロック速度を上げるだけでも同じ効果が得られます。

トランジスタ

プロセッサの性能を向上させるもう一つの方法は、トランジスタの数を増やすことです。使用するトランジスタの数が増えれば、チップは1秒あたりにより多くの演算を実行できるようになります。

これはTSMCのノード変更と密接に関連しており、チップサイズを縮小することでAppleは同じスペースにより多くのトランジスタを搭載できるようになりました。消費電力の削減やチップの発熱量の低減など、他にもメリットはありますが、トランジスタ密度の向上は特に重要です。

A11 は 10 ナノメートル FinFET ノードを使用していましたが、Apple の A12 は 7nm に切り替え、A14 で 5nm に切り替えるまで Apple はそのレベルを維持しました。

A16 は 5nm プロセスを使用していますが、A17 には 3nm テクノロジが採用される可能性があると推測されています。

チップにトランジスタを追加することで、Apple はより多くの CPU コアや GPU コア、その他の部品を搭載した、より複雑なチップ設計を製造できるようになり、処理能力が向上します。

ニューラルエンジン

AppleのSoCの機械学習要素であるNeural Engineは、CPUでは通常非常に遅い様々なタスクを支援するために使用されます。この要素は、画像処理、画像認識、Siriのデバイス内処理などに役立ちます。

これはベンチマークに大いに役立つ機能ではありませんが、機械学習の恩恵を受けるタスクでは依然としてかなり高速になります。

AppleはiPhone XのA11 Bionicチップに2コア版のNeural Engineを搭載し、毎秒6000億回の演算処理を可能にしました。Appleはこのコンセプトをさらに進化させ、iPhone XSとiPhone XRに搭載された8コア版では毎秒5兆回の演算処理を実現しました。

A14では、AppleはNeural Engineのコア性能を1秒あたり16兆回と11兆回へと向上させました。A16では、Neural Engineの性能を1秒あたり17兆回まで引き上げることに成功しました。

グラフィック

iPhone のグラフィック機能はここ 5 年で確実に向上し、今では最新のゲーム コンソールと同等の画像を生成できるようになりました。

CPUと同様に、Apple独自設計のGPUも長年にわたり様々なコア改良とコア数の増加を経てきました。iPhone Xは3コアGPUを搭載していましたが、iPhone XSでは4コアになり、iPhone 13までその状態が続きました。

このモデルのA15 Bionicについては、Appleは実際にチップの2つのバージョンを製造しており、iPhone 13には4コア、iPhone 13 Proには5コアが搭載されている。

iPhone 14に関しては、Appleはより優れたA16をProモデルに搭載しましたが、iPhone 14に搭載するA15は変更しました。4コアGPUに固執する代わりに、AppleはA15の5コアGPUバージョンを選択し、実質的に2021年のProモデルのチップを2022年の非Proモデルに搭載しました。

コアの変更とコア数がパフォーマンスにどのような影響を与えたかについては、1秒あたりの浮動小数点演算数 (FLOPS) は、iPhone 11 以前では数十億単位でしたが、それ以降は数兆単位になりました。

iPhone Xは0.41 TFLOPSを提供し、iPhone 11では0.69 TFLOPSに上昇しました。iPhone 12は最大1 TFLOPSを達成でき、iPhone 14 Proが2 TFLOPSに達するまで再び緩やかに上昇しました。

記憶ではない

コンピュータの重要な部分であるメモリは、高速なデータ保存領域として利用され、メモリの容量が大きければ大きいほど良いとされています。iPhoneのようなスマートフォンでは、実行に大量のメモリを必要とするアプリよりも、複数の小さなアプリを使うことが多いため、メモリ不足はそれほど問題になりません。

ただし、メモリ容量はベンチマークにそれほど影響を与えないので、多くの異なるアプリを同時に実行している場合を除き、パフォーマンスにそれほど影響しません。

ちなみに、AppleはiPhone 8に2GB、iPhone Xに3GB、iPhone 11に4GBを搭載しました。iPhone 12とiPhone 13の標準版には4GB、Proモデルには6GBが搭載され、iPhone 14にはすべて6GBが搭載されています。

パフォーマンスに影響を与える可能性のあるメモリ要素には、使用しているメモリの種類が含まれます。ただし、Appleの場合、改善効果としては期待するほど信頼できるものではありません。

A11 BionicからA15 Bionicまで、いずれも最大2,133MHzで動作するLPDDR4X-4266メモリを搭載しています。A16 Bionicは3,200MHzで動作するLPDDR5-6400メモリを搭載しています。

これにより、A16 ではより多くのメモリ帯域幅を利用できるようになりますが、同じメモリを繰り返し使用すると、以前のモデルではそれ自体に大きな違いは生じなかったでしょう。

未来へ

Appleの生産リードタイムが非常に長いことを考えると、次期Aシリーズチップの計画はすでに決まっており、極少量のテスト生産が開始されていることはほぼ確実です。また、その具体的な内容は2023年9月まで明らかにならない可能性が高いでしょう。

しかし、過去のデータを使用することで、次のリリースについて推測することは可能です。

たとえば、ベンチマーク結果は、マルチコアの結果では年間 15% ～ 20% 増加し、シングルコア テストでは約 10% ～ 20% 増加していることがわかります。

iPhone 12 ProからiPhone 13 Proへの大幅なパフォーマンス向上を考えると、GPUの性能向上はより不安定で、5年間で約10%から50%程度です。次期チップのグラフィックス性能が向上することはほぼ確実ですが、その程度を正確に予測するのは困難です。

Neural Engineは長らく16コアで運用されてきましたが、3nmプロセスへの移行が進めば、コア数が増える可能性があります。導入されるコア数によっては、1秒あたりの演算処理能力が大幅に向上するでしょう。

しかし、当てずっぽうの推測はそれほど正確ではないかもしれないが、ほぼ確実に言えることが 1 つある。それは、A17 Bionic (または Apple が何と呼ぶにせよ) が、リリース時点で入手可能な最高のモバイル チップになるということだ。