傲世皇朝平台该机首发搭载骁龙8至尊版处理器，这颗芯片基于台积电3nm制程打造，由2颗超大核和6颗大核组成跑分方面，骁龙8至尊版的Geekbench 6多核跑分能突破10000，单核成绩也来到了3200左右对比iPhone 16 Pro Max搭载的A18 Pro，骁龙8至尊版的单核性能与之持平，多核明显领先，可以说是这一代骁龙平台的期待值拉满。
工业设计上，小米15系列采用家族式镜头Deco设计，后置矩阵相机，闪光灯在镜头外右上方，中框为金属直角边，标准版是1.5K直屏，Pro版是2K全等深微曲屏。
影像上，小米15 Pro搭载了索尼IMX8系的5000万像素潜望镜头，支持5倍光学变焦，支持AI超分功能，在超高倍望远拍摄时自动调用AI大模型对原始光学数据进行高精度重绘。
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