细述：苹果的“孤狼硅”

在最近的春季发布会特别活动上，苹果公司为我们带来了基于 M1 的 iMac。继去年秋季推出 MacBook Air 和 13 英寸的 MacBook Pro 之后，今年这款iMac 是苹果公司第三款放弃英特尔处理器改用自家处理器的 Mac 电脑。可以这么说，随着这种转变的不断推进，苹果 的 T2 芯片正慢慢走向其生命的终点。 T2 的命运已经没有了神秘的色彩，留给它的时间已经不多了。

我们知道T2可以在 Mac 上执行广泛的任务，包括安全、加密、视频处理、存储控制和内务管理。这篇 2019 年 AppleInsider 文章测试了两台 Mac 的编码时间，这两台 Mac 电脑装载了相同的处理器，其中一台配备了 T2 这颗协处理器，另一台则没有配备 T2 。测试结果表明，带有 T2 的 Mac 的编码时间少了足足一半。

尽管我们知道 T2 有所有这些功能，但我们对 T2 本身仍然知之甚少。网络上根本没有太多关于它的信息。维基百科甚至没有报告这颗芯片的尺寸或工艺节点。它是不是苹果设计的全新的芯片？它从A系列家族处理器中借鉴了多少？新设计添加了多少？ 苹果公司投入了多少资金来实现 Mac 所需的功能？是时候看看 T2 的样子了，看看苹果公司为基于英特尔主处理器的 Mac 打造的这款协处理器中实现了什么。

封装和内存

本文研究的这款 T2 来自 2019 年上市的 13 英寸 MacBook Air 逻辑板。与周围的其他 IC 相比，T2 的封装是相当显眼。给个对比大家感受一下，T2 右侧四个安装座之间那颗较大的、闪闪发亮的芯片是英特尔的 i5。根据封装比对，可以认为， T2 具有和英特尔 i5 类似的尺寸。封装上有一个“1847”的日期代码，表示这颗芯片是 2018 年末封装好的。

 
2019 年 13 英寸 MacBook Air 逻辑板

对 2018 年末 MacBook Air 的拆解发现，里面只是列出了 T2 的部件号。然而，对 2019 年 15 英寸 MacBook Pro 的拆解表明 T2 “是在 1 GB 的美光 D9VLN LPDDR4 内存上分层构建的”。封装上还有一个“D9VLN”标记。美光的解码器指向 1GB LPDDR4。 T2 和内存可能采用层叠封装 (PoP) 排列。

在拆开封装后，实际上发现了第二个硅片。顶部金属上可见的标记标志着美光。对于配套 IC 或协处理器而言，封装内包含 DRAM 是一个很有趣的事情，更不用说成本高了。然而，考虑到 T2 源自长期以来具有封装内 DRAM 的 A 系列处理器，这并不是一件多么奇怪的事情。

 
T2 封装中第二个芯片的顶部金属芯片标记。

裸片照片和“PU”

现在是重头戏的时候了。对多个线间距和 6T SRAM 单元尺寸的 SEM 分析证实， T2 是采用台积电的 16 nm 工艺制造的。这是与 A10 处理器相同的工艺节点，因此可以将 A10 作为参考性的 A 系列处理器，与 T2 进行比较。

 
带有 CPU 和 GPU 注释的 T2 芯片照片

 
带有原始注释的 A10 模具照片。资料来源：Chipworks

从视觉上看，CPU 是最先出现在您面前的东西。它的设计和布局与 A10 相同。假设 T2 是在 A10 之后设计的，那么 CPU 就作为一个硬宏被丢弃了。记住它是一个 4 核 CPU！有两种高性能的大型 Hurricane 内核和两种高效率的小型 Zephyr 内核。考虑到主系统处理器已经有一个英特尔 i5，这是相当强大的。

人们可以想象一下苹果内部研发 T2 时的对话。 “你有准备好可以运行的 CPU 吗？” “是的……那边架子上只有刚问世几个月的 4 核 17.4 mm2 设计。” “太好了，我要拿一个来用用。”好吧，也许它的技术性更强。

GPU 没有效仿这个做法。 A10 的 6 核 GPU 被组织为 3 个核心块和一个逻辑块。 T2 的 GPU 似乎位于芯片的下边缘。同样，核心被组织为 3 个块。我们没有发现这些块内的对称性，这表明有 3 个内核。 GPU 逻辑可能位于内核正上方的块中，其中散列线包围了它的一个潜在区域。即使该区域内的所有 3 个块都是 GPU 逻辑，它也会比为 A10 的要小。这里需要更多的分析来确认 GPU 配置，但有人认为 GPU 的逻辑和内核都比 A10 上的要小。

其他的块级分析正在进行中。与 A10 相比，我们看到了按原样使用的块，它们采用了新的布局，并且采用了全新的设计。

早期数字

T2 尺寸为 9.6 毫米 x 10.8 毫米，折合芯片面积为 104 平方毫米。从尺寸上来看，这可不是一个小芯片！ T2 是一款正儿八经的处理器，它的面积大约是 A10的125 平方毫米的 80%。

正如预期的那样，CPU 在这两个芯片上的面积约为 17.4 平方毫米。这使得 T2 中 CPU 在总芯片上的占比更高。 另外， T2 的 GPU 比 A10 小得多。GPU 每个内核的尺寸为 1.2 平方毫米，而在 A10 中，每个内核尺寸为 5.3 平方毫米。从功能上讲，这是说得过去的，因为 T2 上 GPU 的任务量大大小于 A10 ，因为它不是主要的 GPU。同样，逻辑板上已经有英特尔嵌入式图形或专用 GPU。

总结

通过逆向工程，还可以提取更多的东西，但本文上述的片段已经给我们了解苹果的思维和想法提供了足够的视角。

刚开始，苹果着眼于为用户提供哪些功能。在此之后，苹果会给自己抛出一个持续性的问题：“我们希望用户能从苹果的产品中体验到什么？”然后他们根据这种用户体验打磨自己的产品。 T2 是苹果对基于英特尔处理器的Mac电脑提升用户体验的一种解答，但是请记住，在 T1 之前，Mac电脑中的英特尔处理器可没有苹果的协处理器，而且当时的 Mac 仍然可以工作。

T2 利用了 A 系列处理器的设计，如上述 CPU 章节中所表示的那样。至少可以说，它的 4 核 CPU 很大，很难不认为它对 T2 来说是压倒性的。也就是说，苹果会考虑重新设计的成本，以及降低可能大于真正需要的硅成本。后者可能更有吸引力，因为 T2 的硅片刚开始时与 A10 或任何 A 系列处理器相距甚远。此外，额外的性能将提供更好的体验。

T2 还整合了 Mac 中的独立 IC。存储或 SSD 控制器就是一个例子。苹果于 2011 年收购了以色列的 Anobit。2016 年的 13 英寸 MacBook Pro（带功能键）包括一个苹果的独立存储控制器（见幻灯片 11）。控制器变成了 T2 上的一个模块。今天，它将成为 M1 上的一个模块。

结论

我们将继续深入研究 T2，并专注于已知的模块功能，将之与 A10 进行比较并展望未来。当然，和当下的M1相比， T2 和 A10 都是旧设计，但对它们的比较给出了有关半导体设计的信息，以及苹果为提供所需的用户体验付出了哪些努力。