从iPhone 4 A4到iPhone 8/iPhone X A11,iPhone处理器这十年变了什么

2017-09-13 16:41:09 来源:半导体行业观察
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今天,苹果发布了最新一代的iPhone,作为新一代的旗舰,新手机的功能承载了苹果对未来的希望和消费者的期待。但从我们半导体人看来更关注的是内部技术的演变,尤其是其处理器上。
 
从iPhone 4上搭载自身研发的第一颗A系列处理器A4以来,苹果一直都保持每年九月更新一代手机,同时更新一代处理器的发展频率。处理器的性能也在每次更新中得到了大幅提升。新发布的A11处理器使用了2+4的六核设置,集成了四十多亿个晶体管,在性能上相对上一代有了很大的提升。无疑是一个处理器强者。
 
值着新处理器发布之际,我们来回顾一下苹果的每一代处理器及其发展过程。
 
A4:横空出世
在划时代的iPhone 4发布之前,苹果每一代iPhone产品使用的都是第三方的处理器。例如在iPhone 3GS上使用的是ARM Cortex-A8架构的Samsung S5PC100处理器。但是到了2010年发布的iPhone 4,苹果推出了自主研发的处理器A4,这也是苹果首次在iPhone上用上A系列处理器。
 
 
Apple A4基于ARM架构,第一版发布型号内部集成基于45纳米制程的一颗ARM Cortex-A8处理器内核以及一颗PowerVR SGX 535图形处理内核。根据核心显微拍照图显示,其Cortex A8核心和三星自行研发的S5PC110芯片相比,去除了一些接口部件,并将L2 Cache由S5PC110的512KB扩大为640KB,在同等频率下其性能应略好于S5PC110。
 
 
A5:双核初体验
A5 是由美国苹果公司所设计并由三星电子所生产的ARM处理器,用于取代Apple A4。iPad 2使用是Apple A5处理器的第一款设备,2011年10月4日推出的iPhone 4S也采用Apple A5处理器,2012年10月推出的iPad Mini仍然继续采用了Apple A5处理器,安装该芯片设备广泛的贩售了多年之久。
 
Apple A5 采用 45 及 32 纳米Core ARM Cortex-A9同步双核心架构,苹果公司声称其运算性能可提升2倍,其配备有IT公司频率为200MHz的PowerVR SGX543 MP2 GPU,绘图性能较前一代A4提升7倍之多,具备低功耗特性,支持低功耗DDR2 DRAM 。A5的成本估计比A4贵75%,但随着产量增加,价格差异应会减少。
 
 
通过对苹果A5处理器初步的芯片显微分析,我们发现A5主要有两方面的特性值得注意。首先,A5的核心面积要比A4大了不少。UBM Techinsights 和Chipworks两大分析机构都得出A5的核心面积达到12.1X10.1mm=122平方毫米的结论。相比A4的53平方毫米,其面积增加到了A4的2.3倍。
 
我们来看一看A4/A5的核心布置图,考虑一下是什么导致了A5面积的极大增加。这里我们采用的是Chipworks的核心布置图,图中可见,A5中集成的两个ARM核心占去了A5总面积的14%左右,这个比例与ARM单核心在A4中占取的面积比例是大致相似的。
 
 
值得一提的是,在A5之后还有个A5X,这是由美国苹果公司所设计的同步双核心处理器Apple A5的派生版本,仅图形处理器升级为四核心PowerVR SGX543 MP4,专用于iPad (第三代)。苹果公司声称其图形处理能力为上一代iPad 2所采用之Apple A5处理器的二倍,更达到竞争对手NVIDIA Tegra 3处理器的四倍。
 
 
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