從A6X架構(gòu)進(jìn)化看未來蘋果處理器發(fā)展

時(shí)間：2012-12-10 04:51:34

關(guān)鍵字：處理器蘋果 BSP 蘋果公司

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[導(dǎo)讀]通過自入秋之后推出的智能手機(jī)和平板電腦來看，明年移動(dòng)設(shè)備將會(huì)獲得更大的進(jìn)步。而智能手機(jī)以及平板電腦市場上的競爭也將會(huì)變得更加激烈起來。不過這樣的發(fā)展也還是會(huì)碰到障礙，比如處理器核心以及SoC(System on a

通過自入秋之后推出的智能手機(jī)和平板電腦來看，明年移動(dòng)設(shè)備將會(huì)獲得更大的進(jìn)步。而智能手機(jī)以及平板電腦市場上的競爭也將會(huì)變得更加激烈起來。不過這樣的發(fā)展也還是會(huì)碰到障礙，比如處理器核心以及SoC(System on a Chip)的生產(chǎn)工藝問題，以及SoC芯片的內(nèi)存數(shù)據(jù)帶寬等?？梢哉f這兩個(gè)要素左右了智能手機(jī)和平板電腦的發(fā)展。同時(shí)處理器核心以及GPU核心的架構(gòu)同樣也是未來發(fā)展的關(guān)鍵。

今年秋季，智能手機(jī)與平板電腦一大看點(diǎn)就是蘋果公司對產(chǎn)品的更新。蘋果公司所用的移動(dòng)SoC芯片之前一直都是交由三星公司負(fù)責(zé)代工，目前三星的生產(chǎn)工藝已經(jīng)由45nm升級至32nm。在升至32nm之后，相同面積的核心將可以集成入更多的晶體管。

蘋果公司第四代iPad所使用的A6X處理器的性能相當(dāng)強(qiáng)大。這是一款雙核心處理器，并集成了4個(gè)GPU核心。雖然似乎與第三代iPad所用的A5X相同，但是卻有了很大的提升。首先就是A6X的CPU核心由之前的Cortex-A9 Core變成了新開發(fā)的Swift核心，這個(gè)核心是蘋果公司收購了CPU設(shè)計(jì)公司P.A Semi之后新開發(fā)的核心。而GPU則由PowerVR SGX 543MP4升級為PowerVR SGX 554M。因此CPU單線程性能獲得了長足提升，同時(shí)GPU性能也獲得了倍增。

另外由工藝的提升，使得SoC的核心面積也變小了。根據(jù)Chipworks上公布的信息，A6X的核心面積約123平方毫米，與A5X 160平方毫米相比約為其3/4。這個(gè)核心面積與iPad 2 A5基本相當(dāng)。

蘋果公司在推出第三代iPad僅半年后就立馬推出第四代產(chǎn)品，其主要原因就是為了將已經(jīng)變大的A5X處理器的核心面積尺寸重新變小。因此我們可以推測，蘋果公司認(rèn)為平板電腦使用的SoC芯片面積應(yīng)該控制在120平方毫米左右。

可以說蘋果公司每次工藝上的提升均會(huì)帶來性能上的提升。不過如果仔細(xì)了解一下蘋果SoC的發(fā)展歷史的話，可以看到此次A6X的發(fā)展略有不同。如果拿iPad舉例可以看到，蘋果公司芯片性能的提升與內(nèi)存帶寬的提升基本上是聯(lián)動(dòng)的。

比如2010年推出的第一代iPad，使用的是A4 SoC，基于的是單核心Cortex-A8，GPU為PowerVR SGX535。內(nèi)存接口為x64LPDDR。而2011年的iPad 2，使用的A5則變成了雙核Cortex-A9和雙核心的PowerVR 543MP2。這樣CPU核心提升至雙核心后，性能獲得了提升。而GPU性能同樣也獲得了提升。同時(shí)內(nèi)存也升級為x64LPDDR2，內(nèi)存帶寬同樣也獲得了倍增。

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而在推出第3代iPad時(shí)，A5X CPU 內(nèi)核則保持不變，GPU核心則升級為SGX 543MP4，同時(shí)內(nèi)存接口也變成了LPDDR2x128。這樣才使得2,048×1,536分辨率支持得以實(shí)現(xiàn)。而此次第四代iPad則通過A6X對處理器核心進(jìn)行了性能提升，同時(shí)GPU提升為GX 554MP4，不過內(nèi)存接口仍然保持128-bit。

第4代iPad使用的DRAM封裝為爾必達(dá)「B4064B3MA-1D-F」。從爾必達(dá)命名規(guī)則可以了解到，開頭字母「B」表示為DDR2移動(dòng)RAM，下面的「40」封裝使用的是4G-bit芯片。下面的「64」可以理解為X64封裝，一般是2層芯片，也就是2個(gè)x32標(biāo)準(zhǔn)LPDDR2芯片x64封裝。而「-1D」通常表示速度。比如第3代iPad上這個(gè)部分以「8D」表示內(nèi)存?zhèn)鬏攷挒?00Mtps。因此可以了解到，第四代iPad的1D表示其內(nèi)存帶寬為1,066Mtps。這個(gè)參數(shù)與同樣使用A6的iPhone 5一樣。由于DRAM廠商在今年上半年就開始批量出貨LPDDR2 1,066Mtps內(nèi)存芯片，因此使得蘋果公司能夠獲得足量的供貨。

這樣來看的話，第4代iPad在性能上相對于第3代產(chǎn)品性能同樣獲得了倍增，同時(shí)內(nèi)存帶寬的提升也達(dá)到了33%以上?？傊ㄟ^工藝的提或，芯片內(nèi)部的性能可以實(shí)現(xiàn)倍增，同時(shí)芯片外的性能也有可能同樣倍增。目前x128內(nèi)存接口已經(jīng)開始在移動(dòng)SoC上推廣，而推廣的主要困難就是成功，功耗以及芯片的面積。

從目前的趨勢來看，移動(dòng)DRAM正以每2年帶寬提升2倍的速度進(jìn)行發(fā)展。因此已經(jīng)與芯片晶體管數(shù)量每2年提升2倍的步率保持了一致。目前三星公司就已經(jīng)開始批量出貨2們速LPDDR3內(nèi)存芯片，并且已經(jīng)在其出品的Nexus 10得到應(yīng)用。

這里順便介紹一下的是由于平板電腦在電池容量上要比智能手機(jī)富裕很多，因此也經(jīng)常出現(xiàn)使用普通DDDR3內(nèi)存替代DDR3L內(nèi)存的情況。這樣雖然會(huì)導(dǎo)致電池性能的下降，但是在成本控制以及性能方面均可以帶來正面影響。但是蘋果公司并沒有這樣做。如果明年P(guān)LDDR3內(nèi)存開始批量出貨，那么2013年智能手機(jī)和平板電腦將會(huì)全面升級至LPDDR3內(nèi)存。同時(shí)LPDDR3內(nèi)存明年的數(shù)據(jù)帶寬也將會(huì)獲得進(jìn)一步提升，比如1600Mtps。而2014年時(shí)，2133Mtps LPDDR3也將會(huì)推出。

因此如果今年主流產(chǎn)品是800～1,066Mtps LPDDR2，那么明年內(nèi)存帶寬將會(huì)獲得1.5倍～2倍的提升。如果蘋果繼續(xù)使用x128接口，內(nèi)存帶寬將會(huì)達(dá)到25.6GB/sec。與A5X的12.8GB/sec比較的話，提升幅度達(dá)到了二倍。這個(gè)數(shù)字差不多達(dá)到了主流臺(tái)式機(jī)雙通道DDR3-1600的內(nèi)存帶寬，因此在這個(gè)方面的性能已經(jīng)趕上了主流臺(tái)式機(jī)的性能。

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TSMC代工的Qualcomm和NVIDIA等公司的SoC芯片，在今年將會(huì)開始由40nm向28nm工藝的發(fā)展。隨著TSMC 28nm產(chǎn)能的增長，明年28nm產(chǎn)品將會(huì)成為主流。而且目前蘋果公司旗下的芯片已經(jīng)統(tǒng)一使用三星的32nm工藝。

目前三星公司已經(jīng)在其產(chǎn)品路線圖上加入了28nm的內(nèi)存。實(shí)際上三星公司已計(jì)劃在2013年2月的半導(dǎo)體會(huì)議ISSCC(IEEE International Solid-State Circuits Conference)上正式發(fā)布28nm工藝移動(dòng)SoC。因此如果蘋果公司繼續(xù)選擇三星代工，那么A系列SoC將很有可能會(huì)升級至28nm。

如果三星公司順利得啟動(dòng)28nm，那么蘋果公司芯片的發(fā)展也會(huì)像下圖那樣，一年時(shí)間里由32nm升至28nm。這樣自2010年開始至2012年上半年開始的硬件進(jìn)化模式將會(huì)因此而發(fā)生變化。

其他移動(dòng)SoC廠商也已在今年年中開始由40nm向28nm升級。而蘋果公司在今年由45nm向32nm升級后，在明年則將會(huì)繼續(xù)向28nm升級。不過這一點(diǎn)是建立在三星公司新工藝啟動(dòng)順利，同時(shí)能夠充分保證成品率的情況下。這一點(diǎn)目前還很難做出預(yù)測。下面是Intel、TSMC、GLOBALFOUNDRIES簡單的產(chǎn)品路線圖，可以看到三星與與GLOBALFOUNDRIES一樣都在進(jìn)行Common Platform的開發(fā)。

順便介紹一下的是在三星的路線圖上還可以看到20nm工藝的發(fā)展計(jì)劃，不過蘋果在28nm工藝之后很有可能會(huì)將芯片代工交由其它廠商負(fù)責(zé)。目前僅從工藝來看，對蘋果最有吸引力的應(yīng)該是Intel公司，但是由于在此之前Intel幾乎從來都不向其它公司提供代工服務(wù)，因此達(dá)成協(xié)議的難度較高。

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