從A6X架構進化看未來蘋果處理器發(fā)展

時間：2012-12-10 04:51:34

關鍵字：處理器蘋果 BSP 蘋果公司

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[導讀]通過自入秋之后推出的智能手機和平板電腦來看，明年移動設備將會獲得更大的進步。而智能手機以及平板電腦市場上的競爭也將會變得更加激烈起來。不過這樣的發(fā)展也還是會碰到障礙，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和平板電腦來看，明年移動設備將會獲得更大的進步。而智能手機以及平板電腦市場上的競爭也將會變得更加激烈起來。不過這樣的發(fā)展也還是會碰到障礙，比如處理器核心以及SoC(System on a Chip)的生產工藝問題，以及SoC芯片的內存數(shù)據帶寬等?？梢哉f這兩個要素左右了智能手機和平板電腦的發(fā)展。同時處理器核心以及GPU核心的架構同樣也是未來發(fā)展的關鍵。

今年秋季，智能手機與平板電腦一大看點就是蘋果公司對產品的更新。蘋果公司所用的移動SoC芯片之前一直都是交由三星公司負責代工，目前三星的生產工藝已經由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處理器的性能相當強大。這是一款雙核心處理器，并集成了4個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，這個核心是蘋果公司收購了CPU設計公司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。這個核心面積與iPad 2 A5基本相當。

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

可以說蘋果公司每次工藝上的提升均會帶來性能上的提升。不過如果仔細了解一下蘋果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存帶寬的提升基本上是聯(lián)動的。

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。同時內存也升級為x64LPDDR2，內存帶寬同樣也獲得了倍增。

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

第4代iPad使用的DRAM封裝為爾必達「B4064B3MA-1D-F」。從爾必達命名規(guī)則可以了解到，開頭字母「B」表示為DDR2移動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x32標準LPDDR2芯片x64封裝。而「-1D」通常表示速度。比如第3代iPad上這個部分以「8D」表示內存?zhèn)鬏攷挒?00Mtps。因此可以了解到，第四代iPad的1D表示其內存帶寬為1,066Mtps。這個參數(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代產品性能同樣獲得了倍增，同時內存帶寬的提升也達到了33%以上?？傊ㄟ^工藝的提或，芯片內部的性能可以實現(xiàn)倍增，同時芯片外的性能也有可能同樣倍增。目前x128內存接口已經開始在移動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DRAM正以每2年帶寬提升2倍的速度進行發(fā)展。因此已經與芯片晶體管數(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開始批量出貨2們速LPDDR3內存芯片，并且已經在其出品的Nexus 10得到應用。

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富裕很多，因此也經常出現(xiàn)使用普通DDDR3內存替代DDR3L內存的情況。這樣雖然會導致電池性能的下降，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PLDDR3內存開始批量出貨，那么2013年智能手機和平板電腦將會全面升級至LPDDR3內存。同時LPDDR3內存明年的數(shù)據帶寬也將會獲得進一步提升，比如1600Mtps。而2014年時，2133Mtps LPDDR3也將會推出。

因此如果今年主流產品是800～1,066Mtps LPDDR2，那么明年內存帶寬將會獲得1.5倍～2倍的提升。如果蘋果繼續(xù)使用x128接口，內存帶寬將會達到25.6GB/sec。與A5X的12.8GB/sec比較的話，提升幅度達到了二倍。這個數(shù)字差不多達到了主流臺式機雙通道DDR3-1600的內存帶寬，因此在這個方面的性能已經趕上了主流臺式機的性能。

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

目前三星公司已經在其產品路線圖上加入了28nm的內存。實際上三星公司已計劃在2013年2月的半導體會議ISSCC(IEEE International Solid-State Circuits Conference)上正式發(fā)布28nm工藝移動SoC。因此如果蘋果公司繼續(xù)選擇三星代工，那么A系列SoC將很有可能會升級至28nm。

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

其他移動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，在明年則將會繼續(xù)向28nm升級。不過這一點是建立在三星公司新工藝啟動順利，同時能夠充分保證成品率的情況下。這一點目前還很難做出預測。下面是Intel、TSMC、GLOBALFOUNDRIES簡單的產品路線圖，可以看到三星與與GLOBALFOUNDRIES一樣都在進行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)展計劃，不過蘋果在28nm工藝之后很有可能會將芯片代工交由其它廠商負責。目前僅從工藝來看，對蘋果最有吸引力的應該是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，因此達成協(xié)議的難度較高。

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