El chip A11 Bionic de 64 bits cuenta con un procesador ARMv8-A de seis núcleos que supera significativamente la anterior generación A10 y es más rápido que el A10X Fusion que se encuentra en el iPad Pro. El A11 mejora el manejo de las tareas de varios hilos gracias a un nuevo controlador de rendimiento que puede utilizar todos los núcleos simultáneamente.
Dos núcleos de alto rendimiento funcionan a 2,39 GHz junto con cuatro núcleos de eficiencia energética, una GPU de tres núcleos, un coprocesador de movimiento M11 y un procesador de señal de imagen actualizado. El A11 Bionic comprende 4.300 millones de transistores en un tamaño un 30 por ciento menor que la generación anterior A10.
«Bionic» puede referirse al motor neuronal, que es el hardware de red neuronal integrado del A11. Este componente realiza hasta 600.000 millones de operaciones por segundo, aprovechando el aprendizaje automático para ofrecer funciones como Face ID y Animoji.