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[導(dǎo)讀]A9基本上是一個(gè)以FinFET制程打造之蘋果(Apple)第六代A系列應(yīng)用處理器的故事,但它更進(jìn)一步透露的是Apple在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)上的雄心壯志 ──Apple第一代的A4處理器是在2010年問

A9基本上是一個(gè)以FinFET制程打造之蘋果(Apple)第六代A系列應(yīng)用處理器的故事,但它更進(jìn)一步透露的是Apple在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)上的雄心壯志 ──Apple第一代的A4處理器是在2010年問世,當(dāng)時(shí)被認(rèn)為與一款三星(Samsung)處理器有很多共同點(diǎn);接下來的A6則讓我們看到客制化的 Apple自家設(shè)計(jì)CPU,直到現(xiàn)在仍被認(rèn)為是一項(xiàng)豐功偉績。

A6的下一代A7邁向了64位元運(yùn)算;A7展現(xiàn)了一些有趣的設(shè)計(jì)決策,因?yàn)闆]有同一系列的A7X。Apple藉由A7為iPad Air與iPhone 5s設(shè)計(jì)了單一處理器,雖然這兩款裝置所支援的畫素有四倍的差距;此外iPhone 5s配備了TouchID功能,iPad Air則無。

以制程的角度來看,我們已經(jīng)從最開始采用45奈米的A4,前進(jìn)到了采用14奈米與16奈米雙供應(yīng)來源的A9。

 


Apple的A4處理器(左)以及A9處理器的晶片特寫

(來源:MuAnalysis與Chipworks)

Apple 的高層對于A9的誕生似乎特別興奮,在今年9月9日的發(fā)表會上對技術(shù)細(xì)節(jié)有不少著墨,包括提到7000系列的鋁合金,以及應(yīng)用于讓顯示器玻璃與攝影機(jī)影像感測器內(nèi)畫素之間深度溝槽隔離的離子交換制程。而且筆者覺得比起前幾代處理器,有更多注意力被放在A9上,并非強(qiáng)調(diào)GHz與核心數(shù),而是性能與整合度。

在該場產(chǎn)品發(fā)表會上,Apple資深行銷副總裁Phil Schiller比較了A9X與A8和其他A系列處理器的性能,而且首度提到了“桌上型電腦的等級”,以及“游戲機(jī)的等級”等形容。接著介紹了A9的更多細(xì)節(jié),包括它是64位元CPU,擁有全新的電晶體架構(gòu),而且是“針對現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用最佳化”。

 


Apple的A9處理器是64位元

(來源:Apple)

64位元并不令人驚訝,而它的“全新電晶體架構(gòu)”應(yīng)該是指FinFET,而且經(jīng)證實(shí)是同時(shí)采用了臺積電(TSMC)與三星的制程;以下是臺積電生產(chǎn)之A9的FinFET橫切面。

 


臺積電生產(chǎn)之A9的FinFET橫切面

(來源:Techinsights)

在該場9月9日舉行的發(fā)表會上,我們也從簡報(bào)中看到了A9的晶片影像(如下圖);其中部分主要功能區(qū)塊有被標(biāo)示出來,雖然電路是模糊的、而且晶片的邊緣也看不出來,卻是筆者印象中Apple第一次展示晶片。

 


Apple在簡報(bào)中展示了A9的晶片影像

(來源:Techinsights)

有趣的是,以上的影像不只是有金屬導(dǎo)線的晶片成品影像,而是深入至電晶體或基板等級的裸晶影像;這顯示他們要展現(xiàn)A9的基礎(chǔ)架構(gòu),可從中看到內(nèi)含雙核心CPU,6核心GPU,兩個(gè)大面積的記憶體區(qū)塊,以及M9運(yùn)動協(xié)同處理器(MCP),而MCP也是被特別強(qiáng)調(diào)的功能。

從Apple的介紹能看到很多有關(guān)A9的有趣特性,首先它維持了雙核心CPU的型態(tài)──這已經(jīng)是連續(xù)四代Apple處理器的架構(gòu);它可能也支援使用針對特殊任務(wù)或程序之電路的假設(shè),這種特定的硬體線路或“功能區(qū)塊”,可減輕CPU的負(fù)擔(dān)。

此外也可看出A9的GPU似乎占據(jù)較大的晶片面積;現(xiàn)在看來在發(fā)表會上亮相的模糊畫面晶片,是三星制造的A9。下面可以看到三星產(chǎn)A9的清晰影像,該晶片面積為8.7mm x 10.7 mm,也就是94 mm2,其CPU、GPU、SRAM與M9等部分已經(jīng)標(biāo)示出來。

 


A9處理器顯微影像

(來源:Chipworks)

從上圖的整體晶片面積以及大略的功能區(qū)塊標(biāo)示,我們可以計(jì)算出各部分的面積;下方的表格是A系列處理器的比較。A9的CPU約占據(jù)13 mm2或整體晶片面積的14%;六核心GPU則占據(jù)據(jù)約27 mm2,或晶片整體面積的29%,約是CPU區(qū)域的兩倍。兩個(gè)大面積的記憶體(SRAM)區(qū)塊總計(jì)約4.3 mm2,占據(jù)整體晶片面積的5%。

將CPU與GPU的占據(jù)比例與前幾代的A系列處理器比較,會發(fā)現(xiàn)A9的CPU區(qū)塊比例是屬于較低的,GPU比例卻是較高的;而事實(shí)上從下表可以看出,A9是唯一非“X”處理器有這么高比例GPU面積的,可見該晶片確實(shí)耐人尋味。

 

A系列處理器各功能區(qū)塊占據(jù)晶片面積

高整合度是A9另一個(gè)值得注意之處,M9 MCP則是第一個(gè)展現(xiàn)該處理器整合度的案例;M9是Apple的第三代MCP,第一代則是M7,首度出現(xiàn)在iPhone 5s;M7被辨認(rèn)出應(yīng)該是來自NXP ,分析師認(rèn)為那是為Apple客制化的元件。接下來的M8也是NXP的元件。

至于M9則非獨(dú)立的晶片,據(jù)推測,那是NXP與Apple之間的某種IP授權(quán)協(xié)議,讓后者能將NXP的IP整合到A9處理器;最后,該整合的MCP似乎借用了A9的CPU周期。另一個(gè)A9可能整合的是快閃記憶體控制器,但目前這尚未能證實(shí)。

編譯:Judith Cheng(參考原文: Apple’s A9: Story Within A Story,by Paul Boldt) eettaiwan

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