“自己研發(fā)能夠左右產(chǎn)品附加值的核心部分”——蘋(píng)果公司的這一思想還體現(xiàn)在了iPhone 5配備的新型應(yīng)用處理器“A6”中。 “可能是想成為能以‘電路專家’的身份向半導(dǎo)體廠商下訂單的客戶”——關(guān)于蘋(píng)果在2008年和2010年分別收購(gòu)美國(guó)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)企業(yè)P.A.semi以及Intrinsity的理由，《日經(jīng)電子》曾做出這樣的推測(cè)。 但蘋(píng)果的目的遠(yuǎn)不止如此。《日經(jīng)電子》在各方人員的協(xié)助下詳細(xì)分析了A6處理器，發(fā)現(xiàn)了蘋(píng)果傾注巨大心血設(shè)計(jì)CPU內(nèi)核的痕跡�？梢哉f(shuō)，蘋(píng)果如今已經(jīng)成為一家真正的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)企業(yè)。 從45nm改為32nm A6與以往的iPhone處理器一樣，以應(yīng)用處理器和DRAM兩個(gè)封裝重疊在一起的PoP（package on package）構(gòu)造安裝在主板上。340個(gè)管腳的DRAM封裝中收納了2塊標(biāo)有爾必達(dá)存儲(chǔ)器制造標(biāo)記的4Gbit LPDDR2內(nèi)存。主內(nèi)存容量為1GB，比iPhone 4的“A4”和iPhone 4S的“A5”增加了一倍。 A6的芯片封裝在采用6層布線轉(zhuǎn)接板的1224管腳的封裝中。芯片面積約為96.7mm2（實(shí)測(cè)值，以下相同），比A5縮小了約21％（圖1）。從芯片四角的標(biāo)記等來(lái)看，估計(jì)是三星電子公司采用32nm工藝技術(shù)制造的。與采用三星45nm工藝技術(shù)制造的A5相比，實(shí)現(xiàn)了微細(xì)化注1）。

圖1：配備兩個(gè)CPU內(nèi)核和三個(gè)GPU內(nèi)核蘋(píng)果處理器“A6”采用了估計(jì)是三星利用32nm工藝技術(shù)制造的芯片。除了兩個(gè)CPU內(nèi)核和三個(gè)GPU內(nèi)核外，還有大量的內(nèi)置格子狀SRAM塊的各種運(yùn)算電路。電路塊的用途是《日經(jīng)電子》推測(cè)的。

注1）蘋(píng)果并不是首次采用32nm工藝技術(shù)。據(jù)《日經(jīng)電子》調(diào)查，該公司從2012年春季就開(kāi)始在“Apple TV”等產(chǎn)品上配備A5的32nm版。通過(guò)為此次的A6以及第四代iPad配備的“A6X”采用32nm工藝技術(shù)，估計(jì)蘋(píng)果的處理器完成了從45nm工藝向32nm工藝的過(guò)渡。 仔細(xì)觀察從封裝中取出的A6芯片發(fā)現(xiàn)，A5和A6的CPU內(nèi)核設(shè)計(jì)截然不同。A5的CPU內(nèi)核中除SRAM塊以外看不到其他明確的形狀。而A6的CPU內(nèi)核中可以看到排列有序的運(yùn)算器（圖2），協(xié)助分析的一位技術(shù)人員指出“很顯然是根據(jù)數(shù)據(jù)總線手工設(shè)計(jì)的”。A5及以前的處理器都是以工具合成為前提設(shè)計(jì)的。

圖2：CPU由“自動(dòng)設(shè)計(jì)”改為“手工設(shè)計(jì)”A6徹底改變了CPU部分的設(shè)計(jì)方法。與除了SRAM塊以外看不到明確形狀的A5的CPU相比，A6的CPU鐘能看到大量清晰的小圖案。估計(jì)是根據(jù)數(shù)據(jù)總線手工設(shè)計(jì)的。

CPU部分的電路規(guī)模增大 下面就來(lái)看一下這款CPU內(nèi)核的真面目吧。工作頻率和指令集可以通過(guò)基準(zhǔn)測(cè)試工具“GeekBench 2”獲知。在iPhone 5上運(yùn)行GeekBench 2后可知，A6集成了兩個(gè)支持ARMv7命令的最大約1.3GHz的CPU內(nèi)核。上一代的A5集成了兩個(gè)最大800MHz（iPhone 4S，iPad 2為1GHz）的“Cortex-A9”內(nèi)核。二級(jí)緩存容量方面，A5和A6均為1MB，沒(méi)有變化。 比較A5和A6的芯片發(fā)現(xiàn)，CPU部分的電路規(guī)模擴(kuò)大了。A5包括二級(jí)緩存在內(nèi)的CPU部分的面積為，45nm版約18.2mm2，32nm版約10.4mm2。而A6擴(kuò)大到了約15.9mm2。估計(jì)是為了提高最大工作頻率和單位頻率的性能，所以擴(kuò)大了CPU內(nèi)核本身的電路規(guī)模。 從以上分析中可以了解到，蘋(píng)果并沒(méi)有將ARM公司授權(quán)的內(nèi)核直接安裝到產(chǎn)品中，而是在ARM的架構(gòu)授權(quán)下自主開(kāi)發(fā)了與ARM指令集兼容的CPU內(nèi)核。對(duì)于A6，蘋(píng)果介紹稱，“與A5相比擁有2倍的CPU性能和2倍的圖形性能”。估計(jì)是通過(guò)以1.3GHz驅(qū)動(dòng)ARM新一代 “Cortex-A15”級(jí)內(nèi)核的自主CPU，實(shí)現(xiàn)了以往2倍的性能注2）。 注2）ARM的CPU內(nèi)核每1MHz的性能如下：Cortex-A9為2.5 Dhrystone MIPS/MHz，Cortex-A15為3.5 Dhrystone MIPS/MHz。 毫不吝惜手工作業(yè)化帶來(lái)的負(fù)擔(dān) 某半導(dǎo)體技術(shù)人員指出：“A6采用的基于數(shù)據(jù)總線的手工設(shè)計(jì)與以工具合成為前提的設(shè)計(jì)相比，需要約10倍的工作量�！笨赡茉谔O(píng)果看來(lái)，即使要承擔(dān)這么大的負(fù)擔(dān)，但為了實(shí)現(xiàn)可提高產(chǎn)品魅力的低耗電和高性能，也必須親自進(jìn)行CPU設(shè)計(jì)。蘋(píng)果公司還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，那就是通過(guò)在iPhone、iPad和iPod touch等多款產(chǎn)品中采用相同的處理器，可以攤薄自行設(shè)計(jì)增加的開(kāi)發(fā)成本（表1）。

從A6芯片看來(lái)，蘋(píng)果有可能在CPU部分嵌入了自主機(jī)構(gòu)。比如，有看起來(lái)像是雙核子CPU的電路。ARM發(fā)布了可以在電力效率高的“Cortex-A7”和峰值性能高的Cortex-A15之間切換使用的“big.LITTLE”技術(shù)。雖然構(gòu)成不一定與該技術(shù)相同，但估計(jì)A6在低電力工作時(shí)的處理和實(shí)時(shí)性高的處理等是通過(guò)子CPU來(lái)執(zhí)行的。

采用定制IC 根本改善用戶體驗(yàn)

iPhone 5的主板上安裝了很多印有“APPLE”字樣和蘋(píng)果標(biāo)志的IC，其中大多是與用戶體驗(yàn)（UX）有關(guān)的部分。iPhone5上除了新增了D級(jí)音頻放大器IC外，還將音頻編解碼器IC的芯片面積擴(kuò)大至iphone4S的約3倍，可見(jiàn)iPhone5增強(qiáng)了語(yǔ)音相關(guān)功能。封裝上沒(méi)有蘋(píng)果標(biāo)記的IC中，更新了觸摸面板控制IC，估計(jì)是因?yàn)椴捎昧薎n-cell方式的觸摸面板。上述IC的用途均為《日經(jīng)電子》的推測(cè)。（日經(jīng)技術(shù)在線！ 供稿）