蘋(píng)果芯片，世界最大軟件公司的硬件之路

近年來(lái)，熱點(diǎn)不斷，競(jìng)爭(zhēng)逐漸白熱化的系統(tǒng)級(jí)芯片市場(chǎng)上，自然少不了智能手機(jī)時(shí)代的開(kāi)創(chuàng)者蘋(píng)果公司，剛剛過(guò)去的蘋(píng)果發(fā)布會(huì)上，A11 Bionic芯片讓人過(guò)目難玩，究竟是什么成就了蘋(píng)果手機(jī)手機(jī)中的戰(zhàn)斗機(jī)的王者形象，除了軟件之外，蘋(píng)果對(duì)硬件的研發(fā)以及性能指標(biāo)，在公開(kāi)場(chǎng)合一直提及不多。

蘋(píng)果芯的歷史

蘋(píng)果手機(jī)從iPhone4s開(kāi)始在中國(guó)大熱，很多中國(guó)的蘋(píng)果粉也是從這部手機(jī)開(kāi)始的，那么第一代蘋(píng)果是怎么來(lái)的呢?iPhone一代06年由喬布斯親手主刀，使用的是德州儀器的OMAP處理器;從二代3G版手機(jī)開(kāi)始，轉(zhuǎn)而使用三星S3C6410處理器，三代3GS使用處理器版本為S5PC100;四代使用S5PC110的小修版;4S為Exynos4210小改款。在這之前，手機(jī)還沒(méi)有成為人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵?，銷(xiāo)量有限，所以用一個(gè)簡(jiǎn)化版的SOC已經(jīng)足夠功能需求，蘋(píng)果自研發(fā)芯片當(dāng)時(shí)還主要集中在筆記本、臺(tái)式機(jī)的使用方面。

從4S開(kāi)始，蘋(píng)果把與三星共同研發(fā)的芯片開(kāi)始命名為A4，這也是蘋(píng)果第一次為手機(jī)芯片取名為“A”系列。后面，發(fā)布的A5芯片是在這個(gè)產(chǎn)品上增加了一塊earSmart區(qū)域。這兩款芯片成為了蘋(píng)果自研芯片的開(kāi)端。(請(qǐng)注意，本文提到的芯片不包括通信基帶，蘋(píng)果手機(jī)的通信模塊主要采用高通或者英特爾兩家廠商的產(chǎn)品。)

A5芯片的特點(diǎn)是增加了加速語(yǔ)音辨識(shí)算法的功能區(qū)塊，以及內(nèi)建了ISP(圖像信號(hào)處理模塊)用于實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)秀的拍照功能，其余部分基于標(biāo)準(zhǔn)的ARM構(gòu)架。

從A6X開(kāi)始，手機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景更加清晰，功能需求的提升更加迫切，因此，完全依靠EDA(Electronic Design Automation)工具進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)被拋棄了，改而使用手工的布局(Manual Layout)。

這種芯片設(shè)計(jì)方式讓蘋(píng)果徹底擺脫了三星，芯片發(fā)熱得到緩解，對(duì)晶體管使用得到了控制，性能表現(xiàn)提升了，功耗、節(jié)能表現(xiàn)更加優(yōu)異。搭載AX系列芯片的產(chǎn)品，在市場(chǎng)上廣受好評(píng)，成為了蘋(píng)果硬件研發(fā)的動(dòng)力，同時(shí)也給蘋(píng)果公司積累了寶貴的硬件設(shè)計(jì)研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。

2012年采用雙核設(shè)計(jì)的蘋(píng)果A6X芯片最先配備給了iPhone5。這時(shí)芯片完全由蘋(píng)果設(shè)計(jì)，三星負(fù)責(zé)組裝和生產(chǎn)。A7X是手機(jī)上第一次應(yīng)用64位處理技術(shù)，配備給了5S手機(jī)(小編一直使用到現(xiàn)在)。到A8的三核，蘋(píng)果芯片隨著制程的演進(jìn)，逐步增加核心數(shù)量和主頻，達(dá)到性能的提升，A9回到兩核，性能通過(guò)構(gòu)架的改善和增加主頻得以提升。A8主頻為1.5GHz，A9為2.26GHz。A8采用 20nm工藝，A9為16nm，晶體管越小功耗越低，單位面積上集成的數(shù)量也就越多，處理能力也更強(qiáng)，這是性能提升的主要原因。

A10X芯片采用10nm工藝，由于最先是設(shè)計(jì)給iPad Pro使用，所以規(guī)模和主頻設(shè)定就比較粗放，但是性能相對(duì)A9確實(shí)進(jìn)一步提升了，比今年高通的旗艦產(chǎn)品驍龍835性能還要強(qiáng)悍。這也是蘋(píng)果首款10nm工藝處理器，該芯片內(nèi)建了3大+3小，叫做3融合核心，從這里開(kāi)始蘋(píng)果采用大小核的設(shè)計(jì)去平衡功耗和性能表現(xiàn)。大小核心分別負(fù)擔(dān)程度不同強(qiáng)度的計(jì)算工作，借此可以有效延長(zhǎng)平均電池壽命，同時(shí)也能改善整體性能表現(xiàn)。

A11延續(xù)了大小核心的設(shè)計(jì)，但是為了增加主頻，大核心降為2個(gè)，代號(hào)Monsoon，小核心增為4個(gè)，代號(hào)Mistral，同樣是6個(gè)核心。這款芯片的主頻提升到了2.74GHz，單核計(jì)算性能較前代提升1.2倍，且能夠獨(dú)立尋址。

A11中的GPU單元沒(méi)有延續(xù)之前的慣例使用Imagination公司的PowerVR，兌現(xiàn)了自己淘汰原有而改用自主研發(fā)的GPU的諾言，在GPU對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)日益重要的今天，自主研發(fā)GPU幾乎可以看做是又一次開(kāi)辟了新的硬件研發(fā)領(lǐng)域。