2012年12月03日08:31
“自己研發能夠左右產品附加值的核心部分”——蘋果公司的這一思想還體現在了iPhone 5配備的新型應用處理器“A6”中。 “可能是想成為能以‘電路專家’的身份向半導體廠商下訂單的客戶”——關於蘋果在2008年和2010年分別收購美國半導體設計企業P.A.semi以及Intrinsity的理由，《日經電子》曾做出這樣的推測。 但蘋果的目的遠不止如此。《日經電子》在各方人員的協助下詳細分析了A6處理器，發現了蘋果傾注巨大心血設計CPU內核的痕跡。可以說，蘋果如今已經成為一家真正的半導體設計企業。 從45nm改為32nm A6與以往的iPhone處理器一樣，以應用處理器和DRAM兩個封裝重疊在一起的PoP（package on package）構造安裝在主板上。340個管腳的DRAM封裝中收納了2塊標有爾必達存儲器制造標記的4Gbit LPDDR2內存。主內存容量為1GB，比iPhone 4的“A4”和iPhone 4S的“A5”增加了一倍。 A6的芯片封裝在採用6層布線轉接板的1224管腳的封裝中。芯片面積約為96.7mm2（實測值，以下相同），比A5縮小了約21％（圖1）。從芯片四角的標記等來看，估計是三星電子公司採用32nm工藝技術制造的。與採用三星45nm工藝技術制造的A5相比，實現了微細化注1）。
圖1：配備兩個CPU內核和三個GPU內核蘋果處理器“A6”採用了估計是三星利用32nm工藝技術制造的芯片。除了兩個CPU內核和三個GPU內核外，還有大量的內置格子狀SRAM塊的各種運算電路。電路塊的用途是《日經電子》推測的。
注1）蘋果並不是首次採用32nm工藝技術。據《日經電子》調查，該公司從2012年春季就開始在“Apple TV”等產品上配備A5的32nm版。通過為此次的A6以及第四代iPad配備的“A6X”採用32nm工藝技術，估計蘋果的處理器完成了從45nm工藝向32nm工藝的過渡。 仔細觀察從封裝中取出的A6芯片發現，A5和A6的CPU內核設計截然不同。A5的CPU內核中除SRAM塊以外看不到其他明確的形狀。而A6的CPU內核中可以看到排列有序的運算器（圖2），協助分析的一位技術人員指出“很顯然是根據數據總線手工設計的”。A5及以前的處理器都是以工具合成為前提設計的。
圖2：CPU由“自動設計”改為“手工設計”A6徹底改變了CPU部分的設計方法。與除了SRAM塊以外看不到明確形狀的A5的CPU相比，A6的CPU鐘能看到大量清晰的小圖案。估計是根據數據總線手工設計的。
CPU部分的電路規模增大 下面就來看一下這款CPU內核的真面目吧。工作頻率和指令集可以通過基准測試工具“GeekBench 2”獲知。在iPhone 5上運行GeekBench 2后可知，A6集成了兩個支持ARMv7命令的最大約1.3GHz的CPU內核。上一代的A5集成了兩個最大800MHz（iPhone 4S，iPad 2為1GHz）的“Cortex-A9”內核。二級緩存容量方面，A5和A6均為1MB，沒有變化。 比較A5和A6的芯片發現，CPU部分的電路規模擴大了。A5包括二級緩存在內的CPU部分的面積為，45nm版約18.2mm2，32nm版約10.4mm2。而A6擴大到了約15.9mm2。估計是為了提高最大工作頻率和單位頻率的性能，所以擴大了CPU內核本身的電路規模。 從以上分析中可以了解到，蘋果並沒有將ARM公司授權的內核直接安裝到產品中，而是在ARM的架構授權下自主開發了與ARM指令集兼容的CPU內核。對於A6，蘋果介紹稱，“與A5相比擁有2倍的CPU性能和2倍的圖形性能”。估計是通過以1.3GHz驅動ARM新一代 “Cortex-A15”級內核的自主CPU，實現了以往2倍的性能注2）。 注2）ARM的CPU內核每1MHz的性能如下：Cortex-A9為2.5 Dhrystone MIPS/MHz，Cortex-A15為3.5 Dhrystone MIPS/MHz。 毫不吝惜手工作業化帶來的負擔 某半導體技術人員指出：“A6採用的基於數據總線的手工設計與以工具合成為前提的設計相比，需要約10倍的工作量。”可能在蘋果看來，即使要承擔這麼大的負擔，但為了實現可提高產品魅力的低耗電和高性能，也必須親自進行CPU設計。蘋果公司還有一個優勢，那就是通過在iPhone、iPad和iPod touch等多款產品中採用相同的處理器，可以攤薄自行設計增加的開發成本（表1）。
從A6芯片看來，蘋果有可能在CPU部分嵌入了自主機構。比如，有看起來像是雙核子CPU的電路。ARM發布了可以在電力效率高的“Cortex-A7”和峰值性能高的Cortex-A15之間切換使用的“big.LITTLE”技術。雖然構成不一定與該技術相同，但估計A6在低電力工作時的處理和實時性高的處理等是通過子CPU來執行的。
採用定制IC 根本改善用戶體驗
iPhone 5的主板上安裝了很多印有“APPLE”字樣和蘋果標志的IC，其中大多是與用戶體驗（UX）有關的部分。iPhone5上除了新增了D級音頻放大器IC外，還將音頻編解碼器IC的芯片面積擴大至iphone4S的約3倍，可見iPhone5增強了語音相關功能。封裝上沒有蘋果標記的IC中，更新了觸摸面板控制IC，估計是因為採用了In-cell方式的觸摸面板。上述IC的用途均為《日經電子》的推測。（日經技術在線！ 供稿）
