iPhone 18 Pro Max im Test: Apple A20 Pro und das neue Kühlsystem

Nach dem M6 aus dem Mac mini (Test) ist der A20 Pro Apples zweites SoC aus der modernen 2-nm-Fertigung von TSMC. Dem Die-Shot von Kurnal Insights zufolge weist der Chip mit 98,8 mm² auf ähnliche Fläche wie der A19 Pro mit 98,7 mm² auf.

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Gegenüber dem A19 Pro des iPhone 17 Pro Max gibt Apple für den A20 Pro eine bis zu 20 Prozent höhere CPU- sowie eine bis zu 40 Prozent höhere GPU-Leistung an. Zur CPU des iPhone 16 Pro Max (Test) betrage der Abstand 30 Prozent, zum iPhone 15 Pro Max (Test) sogar 50 Prozent, sagt Apple auf der Produktseite.

Neue S-Kerne sind kleiner als alte P-Kerne

Das CPU-Layout bleibt mit zwei großen und vier kleineren Kernen identisch zum A19 Pro, wenngleich Apple jetzt auch hier von Super- und Efficiency- statt Performance- und Efficiency-Kernen spricht. Es handelt sich aber nicht um den gleichen S-Core wie im M6, wenngleich auch dort diese Bezeichnung verwendet wird.

iPhone	Chip	CPU-Kerne	GPU-Einheiten	Neural Engine
iPhone Duo	Apple A20 Pro	2S + 4E Kerne	7 Kerne	32 Kerne
iPhone 18 Pro (Max)	Apple A20 Pro	2S + 4E Kerne	7 Kerne	32 Kerne
iPhone 17 Pro (Max)	Apple A19 Pro	2P + 4E Kerne	6 Kerne	16 Kerne
iPhone Air	Apple A19 Pro	2P + 4E Kerne	5 Kerne	16 Kerne
iPhone 17	Apple A19	2P + 4E Kerne	5 Kerne	16 Kerne
iPhone 17e	Apple A19	2P + 4E Kerne	4 Kerne	16 Kerne
iPhone 16 Pro (Max)	Apple A18 Pro	2P + 4E Kerne	6 Kerne	16 Kerne
iPhone 16	Apple A18	2P + 4E Kerne	5 Kerne	16 Kerne
iPhone 16e	Apple A18	2P + 4E Kerne	4 Kerne	16 Kerne

Der Takt steigt auf bis zu 4,93 GHz

Gegenüber den P-Kernen des A19 Pro setzt Apple bei den neuen S-Kernen des A20 Pro auf einen deutlich höheren Maximaltakt von 4,93 GHz statt 4,26 GHz, während die kleineren E-Kerne mit 2,64 GHz anstelle von 2,6 GHz kaum angepasst wurden.

Voraussetzung für die Taktsteigerung war ein kleineres Core-Design, wie Einblicke in die Mikroarchitektur aufzeigen. Demnach hat Apple das CPU-Front-End, das Instruktionen aus dem Speicher beziehungsweise dem Instruction Cache holt, von „10 wide“ auf „9 wide“ reduziert, die Decodiereinheit kann pro Taktzyklus bis zu neun statt zehn Maschinen­instruktionen decodieren. Dement­sprechend fassen die Scheduler und No-Store-Warteschlangen weniger Einträge. Bei den Ausführungseinheiten verbleibt Apple dann aber wieder auf dem Design des Vorjahres. Das gilt auch für Bereiche wie den L1D- und L1I-Cache mit 192 KB respektive 128 KB.

Mehr Cache für die E-Kerne

Der weiterhin „6 wide“ gestaltete E-Kern ist im Gegenzug leicht gewachsen, wie die L1D- und L1I-Caches von 160 KB statt 128 KB bzw. 96 KB statt 60 KB und der 8 MB statt 6 MB große L2-Cache zeigen, während die S-Kerne bei 16 MB L2 bleiben. Auch Scheduler und Warteschlangen fassen beim E-Kern mehr Einträge, zudem gibt es im Integer-Bereich eine Ausführungseinheit mehr für Multiplikationen (MUL). Dem SoC steht wieder ein System Level Cache (SLC) zur Verfügung, der von 32 MB auf 36 MB gewachsen ist.

50 Prozent höhere Speicherbandbreite

Als Speicherstandard kommen wieder 12 GB LPDDR5X-9600 zum Einsatz, dennoch fällt die Speicherbandbreite 50 Prozent höher aus, da Apple auf ein 96 Bit breites Dreikanal-Speicherinterface (3 × 32 Bit) statt 64 Bit breites Vierkanal-Interface (4 × 16 Bit) setzt. Daraus ergibt sich eine DRAM-Bruttodatenrate von 115,2 GB/s statt zuvor 76,8 GB/s.

GPU wächst auf sieben Kerne

Diese systemweite und damit allen Subsystemen des SoCs helfende Verbesserung wirkt sich insbesondere auch auf die GPU aus, die analog zu den M-Prozessoren den LPDDR als „VRAM“ nutzt. Das schnellere Speicherinterface allein ist aber nicht für die laut Apple bis zu 40 Prozent höhere GPU-Leistung verantwortlich. Erstmals seit dem A17 Pro des iPhone 15 Pro, der einen sechsten GPU-Kern gegenüber dem A16 Bionic und A15 Bionic einführte, gibt es beim A20 Pro mit jetzt sieben wieder einen zusätzlichen GPU-Kern und deshalb nun 896 statt 768 FP32-ALUs. Den Spitzentakt belässt Apple bei den 1.620 MHz des A19 Pro und A19.

Doppelte FP8-Leistung für Neural-Beschleuniger

Apples GPU ist zudem wieder mit Neural-Beschleunigern bestückt, die bestimmte KI-Berechnungen auf der GPU beschleunigen können, anstatt diese ausschließlich auf der CPU oder auf der dedizierten Neural Engine auszuführen. Die Beschleuniger sind insbesondere für rechenintensive Operationen neuronaler Netze relevant, darunter Matrix­multiplikationen, wie sie bei der Inferenz großer Sprachmodelle anfallen. Durch die Unterstützung von FP8 können solche Berechnungen mit geringerer numerischer Präzision und potenziell geringerem Rechen- und Speicheraufwand ausgeführt werden, was den Durchsatz bei geeigneten KI-Workloads erhöht. Apple zufolge wurde die FP8-Leistung der Neural-Beschleuniger der GPU gegenüber der Vorgängergeneration verdoppelt.

Neural Engine auf 32 Kerne verdoppelt

Eine Neural Engine gibt es dennoch weiterhin, diese umfasst jetzt allerdings 32 Kerne, wobei Apple selbst sie als „Dual 16-Core Neural Engine“ bezeichnet. Im Prinzip hat Apple die 16-Kern-Engine des A19 Pro übernommen, aber nun zwei davon integriert. Die Neural Engine arbeite Apple zufolge aber effizienter und unterstützt nun das FP8-Format.

A20 Pro im CPU-Benchmark

Die eingangs erwähnte Steigerung der CPU-Leistung um bis zu 20 Prozent bezieht sich nicht nur auf die Single-Core-Performance, wo der Geekbench 6.3 tatsächlich 21 Prozent mehr Leistung gegenüber dem A19 Pro erreicht. Das Plus bei Takt und Speicher­bandbreite sorgt auch im Multi-Core-Vergleich für einen Zugewinn von 27 Prozent und schiebt den A20 Pro damit an Qualcomms noch schnellster Acht-Kern-Lösung vorbei.

A20 Pro im GPU-Benchmark

Die GPU macht die noch größeren Sprünge, wie zwei Beispiele des 3DMark verdeutlichen. Im anspruchsvollen Raster-Benchmark Steel Nomad Light liegt der Vorsprung zum A19 Pro bei 50 Prozent, zum schnellsten MediaTek Dimensity 9500 bei 30 Prozent und zum schnellsten Snapdragon bei 40 Prozent. Im RT-Benchmark Solar Bay sind es 45 Prozent (Apple), 20 Prozent (MediaTek) und 25 Prozent (Qualcomm) Abstand.

DRAM liegt neben dem Compute-Die

Abseits der gesteigerten Spitzenleistung war vor allem das optimierte Kühlsystem und davon abgeleitet das Leistungsverhalten unter Dauerlast ein großer Aufhänger zur Ankündigung des Smartphones. Zum Kühlsystem gehört dabei auch, wie Apple das SoC-Package gestaltet hat. Dabei werden beim A20 Pro erstmals für Apples Smartphone-Chips das SoC und der Arbeits­speicher nebeneinander angeordnet, wodurch der RAM nicht mehr im thermischen Pfad des Chips liegt – bei TSMC wird das Wafer-Level Multi-Chip Module (WMCM) genannt.

Dreimal so große Dampfkammer

Die Dampfkammer (Vapor Chamber) liegt deshalb nicht erst auf dem RAM auf, so wie es noch beim klassischen Package-on-Package (PoP) der Fall war, sondern direkt auf dem Die. Im iPhone 18 Pro Max ist die Dampfkammer allerdings auch dreimal so groß wie zuvor und soll damit die gleichbleibende Performance deutlich verbessern und eine Steigerung um bis zu 40 Prozent im Vergleich zur vorherigen Generation ermöglichen.

Leistung unter Dauerlast

Was bedeutet das in der Praxis, wenn Apple von einer bis zu 40 Prozent höheren „gleichbleibenden Performance“ spricht? Schnurstracks durch die Benchmarks rennt nämlich auch der A20 Pro mit neuer Dampfkammer nicht, aber die hohe Leistung wird in Relation zur internen und externen Konkurrenz auch nach mehreren Durchläufen noch gehalten, wenngleich die Leistung absolut betrachtet weiterhin einbricht.

Im 3DMark Solar Bay landet der A20 Pro im schlechtesten Fall noch 32 Prozent vor dem A19 Pro, im 3DMark Steel Nomad Light sind es mindestens 30 Prozent und im 3DMark Wild Life noch 22 Prozent. Es gibt im Verlauf der drei Tests aber immer wieder Stellen, auf die die 40 Prozent Mehrleistung durchaus zutreffen. Der Abstand zur internen und externen Konkurrenz wird in jedem Fall gehalten, es gibt kein Szenario, in dem der A20 Pro unter die Leistung des Vorgängers oder einen Chip der Wettbewerber rutscht.