As atualizações de software nos smartphones podem melhorar o processador e a GPU?

Não exatamente, mas você ainda pode ver alguma performance extra.

O processador e a GPU do seu telefone são estáticos. Nada pode alterar sua capacidade bruta. O que você tem no início é o que você terá para o resto da vida do telefone. Entretanto, dito isso, atualizações de software podem mudar a maneira como o processador e a GPU são usados no seu telefone, o que muitas vezes pode levar ao uso mais eficiente do hardware ao fazer tarefas iguais. Isso permite que mais do processador seja usado para tarefas mais exigentes como jogar jogos, o que significa que você pode potencialmente ver alguns aumentos na performance.

Por exemplo: Eu tenho um Droid Turbo, um telefone Motorola de 2014. Para a época em que foi lançado, era um telefone de ponta (que junto com seu preço acessível foi o que me fez escolhê-lo) que rodava muito bem o Android KitKat. Depois de algum tempo, a atualização do Android Lollipop foi empurrada para o Turbo, e o telefone ficou mais lento depois. A Motorola não tinha se esforçado muito para otimizar a nova versão do Android para rodar no telefone, e por isso o uso do poder de processamento foi bastante ineficiente. Desde então ele foi atualizado mais uma vez para o Android Marshmallow, e recuperou parte de sua velocidade, embora seja difícil dizer o quão próximo está do desempenho original no KitKat.

Obviamente, há também mudanças intencionais no desempenho do telefone. Na verdade, a Apple está agora mesmo em água quente, pois foi descoberto que, através de actualizações de software, abrandaram intencionalmente os iPhones mais antigos que têm baterias degradadas.