iPhone 6s的A9處理器應該是怎樣的?

2020-12-21 快科技

據說我們的世界被三個蘋果改變了,第一顆蘋果誘惑了亞當、夏娃,第二顆蘋果砸在了牛頓頭上,第三顆蘋果被喬幫主咬了一口,成就了現在的蘋果帝國。如此誇張的說法顯然經不住科學精神的推敲,不過你也不得不承認蘋果是一家非常非常成功的商業公司——就跟格力廣告一樣,蘋果是掌握了核心科技的,iPhone、iPad、Apple Watch以及Apple TV等產品都用上了自家的A系處理器。


這張圖每年都要被PS一次,這次輪到A9了

雖然捧蘋果iPhone手機已經沒什麼新意,但蘋果一家能對抗整個安卓陣營的背後也是有強大支撐的,他們被公認為是唯一一家能掌控整個生態鏈的公司,因為蘋果一隻手控制了iOS軟體系統,另一隻手控制著A系處理器,一軟一硬都是這個生態鏈的核心所在。

說到處理器,蘋果每年的發布會上都會隨iPhone、iPad等產品升級帶來全新的處理器,明天凌晨的發布會iPhone 6s以及6s Plus不出意外就會用上最新的A9處理器,基於最新的FinFET工藝生產,將會繼續提升CPU、GPU性能,傳聞中新款Apple TV甚至會具備主機級的性能,非常令人期待。

蘋果的A9處理器到底應該怎樣?官方沒公布之前大家都只能猜測,不過我們可以從蘋果近年來推出的歷代處理器中管中窺豹,看看蘋果的處理器是如何進步的,在安卓陣營處理器核心數不斷向4核、8核甚至10核瘋狂升級的過程中,蘋果又是如何「淡定」地繼續雙核路線的。


蘋果行動裝置產品線所用的歷代處理器主要規格(數據來源於維基百科,點擊放大)

蘋果多年前還是ARM的原始股東了,現在則是ARM的合作夥伴,而且是架構授權合作,蘋果可以自己設計兼容ARM ISA指令集的處理器架構。

不過說到處理器歷史,蘋果推出的前三代iPhone手機時使用的處理器並不是他們自己開發的,而是三星操刀的,真正屬於蘋果、並且有了Ax這個命名的是從iPhone 4開始的A4處理器,發布於2010年,還被蘋果用在了iPad上。

其實說起來,蘋果推出自家的處理器的過程也不是一蹴而就的,在此之前蘋果也做了很多準備,除了積極獲得ARM公司的股權,蘋果當初也收購了不少ARM處理器設計公司,包括PA Semi、Intrinsity等等,也挖過不少技術大牛,Jim Keller早年間是AMD公司K7、K8架構的設計師,在PA Semi時因為收購而進入蘋果,參與過蘋果A4、A5等多款處理器的研發,2012年又回到了AMD公司,現在負責AMD公司重中之重的Zen架構處理器開發。

既然A4是蘋果A系列處理器的真正起點,那麼我們就從A4開始看下蘋果這幾年來都出過哪些A系處理器。

蘋果A4:A系處理器的奠基人


蘋果A4處理器

iPhone 4被認為是iPhone系列手機的經典之一,它所用的A4處理器其實也很經典,蘋果首次在這款處理器上用了Ax的命名。它使用的是單核Cortex-A8架構,但並非ARM標準版,據說是經過了Intrinsity和三星修改,L2緩存從iPhone 3GS處理器上的256KB增加到了512KB,使用三星45nm工藝製造,核心面積53mm2.

除了L2緩存之外,A4相對前代其實只是小改款,CPU最高頻率提升到了1GHz,GPU頻率提升到了250MHz,內存規格則沒有變化。即便如此,A4的性能還是比前代有明顯領先的,除了iPhone 4,蘋果也開始在iPad平板中使用這款處理器。

蘋果A5:單核變雙核,製程工藝交替


蘋果A5處理器

iPhone 4之後蘋果推出的手機是iPhone 4s而非iPhone 5,所用的處理器升級到了A5,最大的變化是蘋果開始支持雙核,使用的是自己修改的Cortex-A9核心,因為雙核的緣故,L2緩存也加倍到了1MB,並開始支持LPDDR2內存,而且總容量也從之前的256MB提升到了512MB,整合的GPU也是新一代的PowerVR SGX543MP2雙核。

整個A5處理器實際上出了三款不同的型號,首款用的還是45nm工藝,所以核心面積達到了122mm2,期間蘋果在iPad 2某款型號上低調升級了32nm HKMG工藝,核心面積降低到了69.6mm2,Apple TV上用的是單核版A5,核心面積只有37.8mm2了。

蘋果A5X:iPad開闢獨立處理器產品線


蘋果A5X處理器

整個A5時代說起來其實是有4款處理器的,因為2012年蘋果發布的iPad 3不僅用上了New iPad這樣奇葩的名字,而且一舉把解析度提升到了2048x1536,足足是原來的四倍,解析度的提升對GPU性能要求更高了,所以蘋果開始為iPad平板開闢了獨立的處理器產品線,iPad 3用的就是A5X處理器。

與A5相比,A5X依然是雙核A9架構的CPU核心,但GPU核心從PowerVR SGX543MP2翻倍到PowerVR SGX543MP4,同時內存從雙通道提升到四通道,帶寬加倍,不過因為45nm工藝的問題,A5X的核心面積也達到了165mm2,這是蘋果歷年來核心面積最大的A系處理器了,現在也沒有超越的。

蘋果A6:自己開發CPU架構,頻率(嗶~)


蘋果A6處理器

轉眼間這又到了iPhone 5了,手機方面是首次升級了4寸屏幕和1136x640解析度,解析度的提高對系統性能的要求也更大了,所以A6在性能上有大幅加強,首先是蘋果從A6開始使用自己開發的Swift CPU架構,不像之前那樣基於ARM的Cortex-A9架構修改,它既不是A9也不是A15。

此外,A6處理器的頻率相比之前有了明顯提升,達到了1.3GHz,整合的GPU核心為PowerVR SGX543MP3,運行頻率也提升到了266MHz,使用三星的32nm HKMG工藝製造。

蘋果A6X:GPU繼續堆料


蘋果A6X處理器

同代的iPad 4平板這次繼續使用了增強版的A6X處理器,CPU還是雙核Swift架構,不過頻率略微提升到1.4GHz,GPU繼續暴力堆上了PowerVR SGX554MP4,內存還是四通道LPDDR2-1066,核心面積也達到了123mm2。

蘋果A7:首款64位移動晶片,iPhone、iPad再次統一


蘋果A7處理器

隨著蘋果對自主CPU架構的得心應手,iPhone 5s上所用的A7處理器升級到了雙核Cyclone架構,但它這次使用的是ARMv8指令集,這是智慧型手機上首次應用64位指令集,與之配套的iOS 7系統也是64位的,蘋果2013年引領的64位潮流讓安卓陣營追了一年才趕上。

此外,蘋果這次在iPhone及iPad產品線都使用了A7處理器,並沒有推A7X處理器,因為蘋果表示A7處理器的性能太好了,足夠應付iPad平板需要。蘋果的底氣來源還有A7的秘密武器——蘋果這次沒有推出四通道的增強版處理器也有A7加入4MB L3緩存的因素,這在移動處理器中還是獨一份。

64位ARM架構以及PowerVR G6430四核GPU還有4MB的L3緩存也讓A7的核心面積也達到了102mm2,這是iPhone手機處理器中核心面積最大的一款。

蘋果A8:恐怖的20億電晶體,但核心更小了

去年推出的iPhone 6、iPhone 6 Plus迎合了市場對大屏的需要,與之相配的處理器是20nm工藝的A8,它使用的是改進版雙核Cyclone架構,頻率1.4GHz,GPU則是PowerVR GX6450四核,頻率450MHz,內存還是前代的64bit位寬LPDDR3-1600,不過A8處理器的電晶體數量達到了20億個,是A7的兩倍,而核心面積從A7的102mm降低到了89mm2,這還要歸功於TSMC的20nm工藝。

蘋果A8X:首嘗三核CPU


蘋果A8X處理器開始嘗試3核CPU架構

蘋果的A7處理器可以同時用在iPhone及iPad上,不過到了A8時代,蘋果在iPad Air上又用回了增強版的A8X處理器,而且改動還不小,因為A8X是蘋果首次嘗試3核心,GPU也從之前的4核G6450變成了8核的G6850,依然是暴力堆料的感覺,當然帶來的效果也是簡單粗暴的,iPad Air 2平板的性能繼續傲視群雄。

蘋果的A系處理器「任性」沒得學,A9還有大升級嗎?

與安卓陣營的處理器廠商相比,蘋果的A系處理器看起來進步很慢,別人家的手機都開始上8核甚至10核處理器了,蘋果的iPhone依然是雙核處理器。但在這背後,蘋果的A系處理器實則有著自己的升級步驟,看起來進步不大,但很多優勢是高通、聯發科等廠商追不上的,或者無法跟進的。

蘋果在CPU核心數上確實不堆料,不過蘋果的A系處理器單核性能一直是標杆性的,而且還要考慮到蘋果往往是在頻率只有1.3-1.4GHz下達到這個水平的,驍龍、聯發科的處理器核心頻率往往都都在2GHz甚至2.5GHz。

可以說,除了在多核性能上蘋果A系處理器跑不過高通、聯發科等廠商之外,A系處理器在架構設計、GPU性能、製程工藝等方面往往是領先其他廠商的,2013年蘋果A7開移動處理器64位先河,而安卓廠商直到去年下半年才開始用上Cortex-A53這種入門級64位核心處理器。此外,4MB L3緩存這種奢侈的設計更是其他廠商不敢輕易嘗試的,畢竟這會增加設計難度,提升成本。

當然了,我們也要公平地說下蘋果能任性設計自家的A系處理器是因為他們不需要考慮外需,而且蘋果做的只是應用處理器,沒有基帶,聯發科、高通則不同,他們要對外出售產品,需要考慮成本和競爭力,還有基帶也要佔用很大一部分SoC核心面積。

至於即將發布的iPhone 6s、iPhone 6s Plus的A9處理器,我們現在所知的是它會使用FinFET工藝,三星的14nm及TSMC的16nm都有可能代工(或者二者分配不同比例),有消息稱A9處理器核心面積只有85mm2,比A8還要更小。

另外,蘋果的處理器一直使用PoP封裝,所以A9處理器還會封裝系統內存,今年iPhone 6s上2GB內存基本上可以確定了,而且是功耗更低的LPDDR4,那麼A9+2GB內存的組合肯定又要讓安卓廠商的旗艦機忙一陣子了。

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