深度揭秘Apple第六代A系列處理器A9

時(shí)間：2015-11-17 23:57:34

關(guān)鍵字： APPLE 列處理器晶片 CPU

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[導(dǎo)讀]A9基本上是一個(gè)以FinFET制程打造之蘋(píng)果(Apple)第六代A系列應(yīng)用處理器的故事，但它更進(jìn)一步透露的是Apple在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)上的雄心壯志 ──Apple第一代的A4處理器是在2010年問(wèn)

A9基本上是一個(gè)以FinFET制程打造之蘋(píng)果(Apple)第六代A系列應(yīng)用處理器的故事，但它更進(jìn)一步透露的是Apple在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)上的雄心壯志 ──Apple第一代的A4處理器是在2010年問(wèn)世，當(dāng)時(shí)被認(rèn)為與一款三星(Samsung)處理器有很多共同點(diǎn);接下來(lái)的A6則讓我們看到客制化的 Apple自家設(shè)計(jì)CPU，直到現(xiàn)在仍被認(rèn)為是一項(xiàng)豐功偉績(jī)。

A6的下一代A7邁向了64位元運(yùn)算;A7展現(xiàn)了一些有趣的設(shè)計(jì)決策，因?yàn)闆](méi)有同一系列的A7X。Apple藉由A7為iPad Air與iPhone 5s設(shè)計(jì)了單一處理器，雖然這兩款裝置所支援的畫(huà)素有四倍的差距;此外iPhone 5s配備了TouchID功能，iPad Air則無(wú)。

以制程的角度來(lái)看，我們已經(jīng)從最開(kāi)始采用45奈米的A4，前進(jìn)到了采用14奈米與16奈米雙供應(yīng)來(lái)源的A9。

Apple的A4處理器(左)以及A9處理器的晶片特寫(xiě)

(來(lái)源：MuAnalysis與Chipworks)

Apple 的高層對(duì)于A9的誕生似乎特別興奮，在今年9月9日的發(fā)表會(huì)上對(duì)技術(shù)細(xì)節(jié)有不少著墨，包括提到7000系列的鋁合金，以及應(yīng)用于讓顯示器玻璃與攝影機(jī)影像感測(cè)器內(nèi)畫(huà)素之間深度溝槽隔離的離子交換制程。而且筆者覺(jué)得比起前幾代處理器，有更多注意力被放在A9上，并非強(qiáng)調(diào)GHz與核心數(shù)，而是性能與整合度。

在該場(chǎng)產(chǎn)品發(fā)表會(huì)上，Apple資深行銷(xiāo)副總裁Phil Schiller比較了A9X與A8和其他A系列處理器的性能，而且首度提到了“桌上型電腦的等級(jí)”，以及“游戲機(jī)的等級(jí)”等形容。接著介紹了A9的更多細(xì)節(jié)，包括它是64位元CPU，擁有全新的電晶體架構(gòu)，而且是“針對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用最佳化”。

Apple的A9處理器是64位元

(來(lái)源：Apple)

64位元并不令人驚訝，而它的“全新電晶體架構(gòu)”應(yīng)該是指FinFET，而且經(jīng)證實(shí)是同時(shí)采用了臺(tái)積電(TSMC)與三星的制程;以下是臺(tái)積電生產(chǎn)之A9的FinFET橫切面。

臺(tái)積電生產(chǎn)之A9的FinFET橫切面

(來(lái)源：Techinsights)

在該場(chǎng)9月9日舉行的發(fā)表會(huì)上，我們也從簡(jiǎn)報(bào)中看到了A9的晶片影像(如下圖);其中部分主要功能區(qū)塊有被標(biāo)示出來(lái)，雖然電路是模糊的、而且晶片的邊緣也看不出來(lái)，卻是筆者印象中Apple第一次展示晶片。

Apple在簡(jiǎn)報(bào)中展示了A9的晶片影像

(來(lái)源：Techinsights)

有趣的是，以上的影像不只是有金屬導(dǎo)線的晶片成品影像，而是深入至電晶體或基板等級(jí)的裸晶影像;這顯示他們要展現(xiàn)A9的基礎(chǔ)架構(gòu)，可從中看到內(nèi)含雙核心CPU，6核心GPU，兩個(gè)大面積的記憶體區(qū)塊，以及M9運(yùn)動(dòng)協(xié)同處理器(MCP)，而MCP也是被特別強(qiáng)調(diào)的功能。

從Apple的介紹能看到很多有關(guān)A9的有趣特性，首先它維持了雙核心CPU的型態(tài)──這已經(jīng)是連續(xù)四代Apple處理器的架構(gòu);它可能也支援使用針對(duì)特殊任務(wù)或程序之電路的假設(shè)，這種特定的硬體線路或“功能區(qū)塊”，可減輕CPU的負(fù)擔(dān)。

此外也可看出A9的GPU似乎占據(jù)較大的晶片面積;現(xiàn)在看來(lái)在發(fā)表會(huì)上亮相的模糊畫(huà)面晶片，是三星制造的A9。下面可以看到三星產(chǎn)A9的清晰影像，該晶片面積為8.7mm x 10.7 mm，也就是94 mm2，其CPU、GPU、SRAM與M9等部分已經(jīng)標(biāo)示出來(lái)。

A9處理器顯微影像

(來(lái)源：Chipworks)

從上圖的整體晶片面積以及大略的功能區(qū)塊標(biāo)示，我們可以計(jì)算出各部分的面積;下方的表格是A系列處理器的比較。A9的CPU約占據(jù)13 mm2或整體晶片面積的14%;六核心GPU則占據(jù)據(jù)約27 mm2，或晶片整體面積的29%，約是CPU區(qū)域的兩倍。兩個(gè)大面積的記憶體(SRAM)區(qū)塊總計(jì)約4.3 mm2，占據(jù)整體晶片面積的5%。

將CPU與GPU的占據(jù)比例與前幾代的A系列處理器比較，會(huì)發(fā)現(xiàn)A9的CPU區(qū)塊比例是屬于較低的，GPU比例卻是較高的;而事實(shí)上從下表可以看出，A9是唯一非“X”處理器有這么高比例GPU面積的，可見(jiàn)該晶片確實(shí)耐人尋味。

A系列處理器各功能區(qū)塊占據(jù)晶片面積

高整合度是A9另一個(gè)值得注意之處，M9 MCP則是第一個(gè)展現(xiàn)該處理器整合度的案例;M9是Apple的第三代MCP，第一代則是M7，首度出現(xiàn)在iPhone 5s;M7被辨認(rèn)出應(yīng)該是來(lái)自NXP ，分析師認(rèn)為那是為Apple客制化的元件。接下來(lái)的M8也是NXP的元件。

至于M9則非獨(dú)立的晶片，據(jù)推測(cè)，那是NXP與Apple之間的某種IP授權(quán)協(xié)議，讓后者能將NXP的IP整合到A9處理器;最后，該整合的MCP似乎借用了A9的CPU周期。另一個(gè)A9可能整合的是快閃記憶體控制器，但目前這尚未能證實(shí)。

編譯：Judith Cheng(參考原文： Apple’s A9： Story Within A Story，by Paul Boldt) eettaiwan