今天,，蘋果發(fā)布了最新一代的iPhone,，作為新一代的旗艦，新手機(jī)的功能承載了蘋果對未來的希望和消費(fèi)者的期待,。但從我們半導(dǎo)體人看來更關(guān)注的是內(nèi)部技術(shù)的演變，尤其是其處理器上,。

從iPhone 4上搭載自身研發(fā)的第一顆A系列處理器A4以來,，蘋果一直都保持每年九月更新一代手機(jī)，同時(shí)更新一代處理器的發(fā)展頻率。處理器的性能也在每次更新中得到了大幅提升,。新發(fā)布的A11處理器使用了2＋4的六核設(shè)置,，集成了四十多億個(gè)晶體管，在性能上相對上一代有了很大的提升,。無疑是一個(gè)處理器強(qiáng)者,。

值著新處理器發(fā)布之際，我們來回顧一下蘋果的每一代處理器及其發(fā)展過程,。

A4：橫空出世

在劃時(shí)代的iPhone 4發(fā)布之前,，蘋果每一代iPhone產(chǎn)品使用的都是第三方的處理器。例如在iPhone 3GS上使用的是ARM Cortex－A8架構(gòu)的Samsung S5PC100處理器,。但是到了2010年發(fā)布的iPhone 4,，蘋果推出了自主研發(fā)的處理器A4，這也是蘋果首次在iPhone上用上A系列處理器,。

Apple A4基于ARM架構(gòu),，第一版發(fā)布型號內(nèi)部集成基于45納米制程的一顆ARM Cortex－A8處理器內(nèi)核以及一顆PowerVR SGX 535圖形處理內(nèi)核。根據(jù)核心顯微拍照圖顯示,，其Cortex A8核心和三星自行研發(fā)的S5PC110芯片相比,，去除了一些接口部件，并將L2 Cache由S5PC110的512KB擴(kuò)大為640KB,，在同等頻率下其性能應(yīng)略好于S5PC110,。

A5：雙核初體驗(yàn)

A5 是由美國蘋果公司所設(shè)計(jì)并由三星電子所生產(chǎn)的ARM處理器，用于取代Apple A4,。iPad 2使用是Apple A5處理器的第一款設(shè)備,，2011年10月4日推出的iPhone 4S也采用Apple A5處理器，2012年10月推出的iPad Mini仍然繼續(xù)采用了Apple A5處理器,，安裝該芯片設(shè)備廣泛的販?zhǔn)哿硕嗄曛谩?/p>

Apple A5 采用 45 及 32 納米Core ARM Cortex－A9同步雙核心架構(gòu),，蘋果公司聲稱其運(yùn)算性能可提升2倍，其配備有IT公司頻率為200MHz的PowerVR SGX543 MP2 GPU,，繪圖性能較前一代A4提升7倍之多,，具備低功耗特性，支持低功耗DDR2 DRAM ,。A5的成本估計(jì)比A4貴75％,，但隨著產(chǎn)量增加，價(jià)格差異應(yīng)會(huì)減少,。

通過對蘋果A5處理器初步的芯片顯微分析,，我們發(fā)現(xiàn)A5主要有兩方面的特性值得注意。首先,，A5的核心面積要比A4大了不少,。UBM Techinsights 和Chipworks兩大分析機(jī)構(gòu)都得出A5的核心面積達(dá)到12．1X10．1mm＝122平方毫米的結(jié)論。相比A4的53平方毫米，其面積增加到了A4的2．3倍,。A5中集成的兩個(gè)ARM核心占去了A5總面積的14％左右,，這個(gè)比例與ARM單核心在A4中占取的面積比例是大致相似的。

值得一提的是,，在A5之后還有個(gè)A5X,，這是由美國蘋果公司所設(shè)計(jì)的同步雙核心處理器Apple A5的派生版本，僅圖形處理器升級為四核心PowerVR SGX543 MP4,，專用于iPad （第三代）,。蘋果公司聲稱其圖形處理能力為上一代iPad 2所采用之Apple A5處理器的二倍，更達(dá)到競爭對手NVIDIA Tegra 3處理器的四倍,。

A6：多核時(shí)代的堅(jiān)守

進(jìn)入了2012年,，NVIDIA、SAMSUNG與Qualcomm競相推出四核心智能手機(jī)處理器芯片組之后,，智能手機(jī)也從今年進(jìn)入了“四核心時(shí)代”,。然而iPhone 5在屏幕尺寸與手機(jī)處理器芯片的規(guī)劃上，我們可看出Apple不愿盲目追隨市場潮流,、堅(jiān)持既有產(chǎn)品設(shè)計(jì)原則的態(tài)度,。因?yàn)檫@一年他們推出的A6依然是雙核。

這個(gè)芯片采用蘋果公司研發(fā)的Swift架構(gòu)同步雙核心中央處理器,，并整合頻率為 266 MHz 的PowerVR SGX543 MP3圖形處理單元,，CPU Clock Speed 可達(dá) 1．3GHz,。記憶體控制器升級到 1066MHz LPDDR2 （8．5 GB／sec） 使用三星電子的32nm HKMG工藝制造,，大小為96．71 平方毫米，面積比Apple A5（45nm版本）小22％和擁有更小的耗電量,。

Swift架構(gòu)使用ARMv7s指令集,，并含有多項(xiàng)ARM Cortex－A15 MPCore的特性，例如支持Advanced SIMD v2 和 VFPv4,。Swift有三個(gè)前端解碼管線和2個(gè)FPU單元,，相比之下，基于Cortex－A9的CPU只有2個(gè)前端解碼管線和1個(gè)FPU單元,。

A6 處理器封裝了 1 GB LPDDR2－1066 RAM,，相比之下A5處理器只封裝了 512MB LPDDR2－800 RAM，理論內(nèi)存帶寬也從 A5 的6．4 GB／s 增加至 8．5 GB／s,。A6還搭載了一個(gè)新版的ISP,，與A5對比，A6的拍攝速度,、低光照下性能,、噪聲消去和視頻防抖性能都有提升。

同樣在這年，蘋果推出了A6X,。A6X是蘋果公司客制化的SoC,。它是Apple A6的衍生版本，包含與Apple A6相同的同步雙核心ARMv7架構(gòu)中央處理器,，僅圖形處理器升級到運(yùn)行于300MHz的四核心PowerVR SGX554 MP4,。［3］［4］不同于A6，A6X被導(dǎo)熱片覆蓋,，且內(nèi)存模塊與芯片分開封裝,。

A6X同樣由三星電子代工，使用32納米制程HKMG （High－κ Metal Gate）制造,，面積123mm2,，比A6大26％。A6X是該公司最后一款32位元架構(gòu)的A系列SoC,。

A7：移動(dòng)CPU進(jìn)入64bit時(shí)代

這代處理器對蘋果來說是一大步,，對于整個(gè)移動(dòng)處理器產(chǎn)業(yè)來說也是一大步，因?yàn)榧@個(gè)處理器,，移動(dòng)處理器進(jìn)入了64bit時(shí)代,。A7是一款64位桌面級架構(gòu)處理器，這是劃時(shí)代的CPU,，殺得眾安卓措手不及,。

移動(dòng)計(jì)算和傳統(tǒng)桌面計(jì)算的界限開始模糊，對于業(yè)界來說意義非凡而深遠(yuǎn),。同時(shí)由于A7出色的性能和功耗,，這次蘋果沒有設(shè)計(jì)X后綴 的芯片，而是讓iPad直接用上了A7,，足見這款其強(qiáng)大性能,。

采用64位元架構(gòu)目的是提高RAM的定址能力，32位元系統(tǒng)的RAM最高只能支援到4GB（2的32次方）,，而64位元系統(tǒng)理論上可以支援到16 EB（exabytes,，2的64次方，16 EB等于16,，777,，216 TB），兩者差別相當(dāng)明顯,。不過以iPhone來講,，最新的iPhone 5S RAM容量也不過只有1GB，甚至所謂的吃記憶體怪獸Android,，目前記憶體最高的Samsung Galaxy Note 3也只有3GB,，都還不到32位元系統(tǒng)的限制,，而且高容量的RAM，在初始化（initialize）時(shí)也需要大量耗電,，對于電量有限的智能手機(jī)來說,，首要目標(biāo)應(yīng)該是省電，而不是把電耗在更多還不需要用到的記憶體上面,。

另外要發(fā)揮64位元處理器的優(yōu)勢,，包含操作系統(tǒng)以及App都要是64位才行；不過64位App不論是在檔案大小或是需要RAM的容量都會(huì)變得更大,，這樣除了更占空間以外,，也讓電源管理變得更復(fù)雜。

蘋果公司表示,，這個(gè)CPU與GPU效能都是Apple A6的兩倍,。CPU部分采用64位元的ARMv8架構(gòu)，這使得iPhone成為全球首款采用64位元處理器的智能手機(jī),。此DoC由三星電子以28納米制程代工生產(chǎn),。

CPU部分是蘋果公司自行研發(fā)64位元ARMv8雙核心處理器，所以架構(gòu)不會(huì)完全遵照Cortex－A57,。蘋果表示,，Apple A7包含超過10億個(gè)晶體管，晶粒（Die）大小為102mm2,。相比下,，Intel的桌面型處理器Core i7－4770K包含了8MB L3，晶體管也只是14億,，Die大小為177mm2,。

泄漏出來的資料顯示，GPU部分沒有出現(xiàn)任何以往的SGX5系PowerVR函數(shù),，上代iPhone 5采用PowerVR SGX543,，iPhone 5S則采用A7 GPU，后經(jīng)Chipworks檢測,，新的GPU是全新6系PowerVR G6430，蘋果表示GPU性能已達(dá)初代iPhone的56倍,，性能達(dá)到游戲主機(jī)級別（即是PS3和Xbox 360）,。測試表明性能已經(jīng)遠(yuǎn)超iPad上采用的PowerVR SGX543 MP4組合。

A8：20nm工藝初體驗(yàn)

Apple A8是蘋果在2014年推出的第二代64bit產(chǎn)品,，這是業(yè)界首款采用20nm工藝的芯片,。跟以往不同的是，這次蘋果芯片改由臺積電代工,，而不是之前的三星,。蘋果公司宣稱它比上代Apple A7在CPU性能高25％,，繪圖性能高50％，能源效益高50％,。

CPU部分為自家定制的“改良版Cyclone”,，上代A7則是“Cyclone”，維持雙核心設(shè)計(jì),，L1緩存為64KB指令＋64KB數(shù)據(jù),，L2為1MB，L3則為4MB,。GPU則采用Imagination Technologies的PowerVR GX6450,，核心數(shù)目依然為4個(gè)，依蘋果公司的宣稱,，比上代繪圖性能高50％,。值得一提的是蘋果公司也持有Imagination Technologies公司9．5％股權(quán)。

Apple A8采用臺灣積體電路制造公司20nm制程生產(chǎn),，不再由三星代工,。臺積電宣稱，20nm工藝相比于28nm可使芯片速度提升30％,，或者集成度提高90％,，或者功耗降低25％，具體如何權(quán)衡就看芯片設(shè)計(jì)了,。

它包含20億個(gè)晶體管,，大約是Apple A7的兩倍，晶粒大小卻減少13％,，由102mm2減至89mm2（沒有采用新架構(gòu),，只是晶體管排得密。根據(jù)估量,，A8 CPU部分面積約12．2平方毫米,，相比于A7 17．1平方毫米縮小了29％，也就是說在塞入了更多晶體管后,，蘋果憑借更新的工藝,，反而減小了CPU所占面積。

1GB LPDDR3內(nèi)存亦一同封裝在SoC,。iPhone 6采用的LPDDR3內(nèi)存是由SK Hynix生產(chǎn),，iPhone 6 Plus的內(nèi)存則由Elpida生產(chǎn)。

A8的內(nèi)存子系統(tǒng)基本沒變,，只有一些細(xì)微的調(diào)整,。SRAM緩存依然存在，繼續(xù)同時(shí)為CPU,、GPU服務(wù)（可視為三級緩存）,，容量還是4MB,，而內(nèi)存控制器還是支持LPDDR3－1600。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn),，A8的內(nèi)存帶寬比A7略有增加,，2－9％的樣子，很小,，說明來自進(jìn)一步優(yōu)化,。

在A8之后，蘋果發(fā)布了A8X,，蘋果A系列GPU正式邁進(jìn)了八核時(shí)代,。

A8X用的架構(gòu)仍然是增強(qiáng)版的Cyclone 架構(gòu)，這個(gè)處理器有30 億個(gè)晶體管,，是A8 的150％,，更是A7 的3 倍，他們推算面積會(huì)大于A6X 的123 平方毫米,，雖然對iPad 來說仍然安裝得到,，但是晶體管大幅增長令處理器面積將僅次于A5X 的165 平方毫米，是蘋果第二大面積的處理器芯片,。

對比之前的A8處理器,，單線程的處理跑分為1798，增加了12％,，而多線程的跑分是4468,，竟然比A8增加高達(dá)55％，比A7,，更高出68％,，也比蘋果網(wǎng)站的描述更高。與A7以及A8一樣,，提供4MB的L3緩存空間,，同樣也沒有把處理器以及圖像處理分隔開，令處理的時(shí)候可以用盡所有頻寬,，提升處理速度,。

A9：兩種工藝帶來的性能之爭

Apple A9內(nèi)含了基于蘋果自主微架構(gòu)（區(qū)別于ARM發(fā)布的公版微架構(gòu)）的中央處理器核心，擁有64比特ARMv8－A指令集架構(gòu),。這款芯片于2015年9月9日發(fā)布,，首先被搭載于iPhone 6S和iPhone 6S Plus智能手機(jī)中。蘋果公司宣稱該芯片較前一代蘋果A8的中央處理器性能提高了70％,，而圖形性能提高了90％，是當(dāng)代性能最強(qiáng)的ARM架構(gòu)芯片,。

作為一款雙核64位處理器,，系統(tǒng)主頻為1．85 GHz,，兼容ARMv8A指令集架構(gòu)，蘋果給這個(gè)自主研發(fā)的微架構(gòu)的代號命名為“Twister”,。

iPhone 6S搭載的A9芯片內(nèi)有2 GB的LPDDR4內(nèi)存,。高速緩存方面，A9芯片的兩個(gè)處理器核心各自擁有64 KB的一級指令緩存和64 KB的一級數(shù)據(jù)緩存,，而3 MB二級緩存,、4 MB的三級緩存則由兩個(gè)核心以及系統(tǒng)芯片其他部分分享。A9芯片的“Twister”微架構(gòu)類似第二代“Cyclone”微架構(gòu)（用于A8芯片）,。

它具有以下特性：16級指令流水線,，指令發(fā)射寬度為6，加載指令延遲周期為4,，分支預(yù)測失敗代價(jià)周期為9,，擁有4條整數(shù)流水線、4個(gè)算術(shù)邏輯單元,、2個(gè)存取單元,、2個(gè)分支單元等。A9芯片相較A8芯片性能的大幅提升主要是得益于其1．85 GHz的主頻率,、更好的存儲子系統(tǒng),、更細(xì)致入微的微架構(gòu)調(diào)校和更低的工藝節(jié)點(diǎn)。

該芯片還包含了一個(gè)新的圖像處理器,，能為照相機(jī)提供更佳的降噪,、調(diào)焦性能。A9芯片內(nèi)部還直接集成了一個(gè)M9運(yùn)動(dòng)協(xié)處理器,，這個(gè)協(xié)處理器主要負(fù)責(zé)采樣和處理加速度傳感器,、陀螺儀、指南針,、壓力傳感器等的數(shù)據(jù),，同時(shí)還負(fù)責(zé)識別Siri語音命令。

在代工方面,，蘋果第一次使用雙代工的策略,。

這個(gè)芯片采用了臺積電16nm、三星14nm聯(lián)合制造,，但也因此造成了兩種芯片之間存在一些差異,，引發(fā)了很大爭議。

臺積電,、三星兩個(gè)版本的核心面積截然不同,，前者有104．5平方毫米，而后者控制在了96平方毫米,，差了約9％,。不過,，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一樣的，都有相同的CPU,、GPU,、內(nèi)存控制器、協(xié)處理器等等,，只不過在不同的工藝條件下,，具體布局、細(xì)節(jié)略有差異,。

說起核心面積,，蘋果A系列處理器一直控制在100平方毫米上下，不過隨著每一代都升級新工藝,，也有明顯的起伏波動(dòng),。45nm A5是近來最大的，達(dá)到了122平方毫米,；20nm A8則是最小的,，只有89平方毫米。20多億個(gè)晶體管的A9其實(shí)不大不小,。

同樣地,，蘋果在之后推出了A9X。

A9X依然采用雙核心設(shè)計(jì),，不增加核心數(shù)目主要是由于在保證芯片尺寸盡可能小的前提下,，想要增加一顆CPU核心實(shí)在是太難了。

GPU方面,，A9X的內(nèi)核中一共被發(fā)現(xiàn)了6個(gè)GPU單元,，每個(gè)單元內(nèi)有兩個(gè)GPU核心，算下來一共就是12個(gè)GPU核心,，共計(jì)384個(gè)流處理器,，比Tegra X1的256個(gè)還多。

A10：媲美個(gè)人電腦的四核CPU

2016年9月7日,，蘋果發(fā)布了iPhone 7和iPhone 7 Plus智能手機(jī),，在新旗艦中搭載了蘋果的新一代處理器Apple A10 Fusion。

10 Fusion是基于ARM架構(gòu)下,，蘋果首款使用big．LITTLE配置的四核心SoC,，包括兩枚高性能核心及兩枚高效節(jié)能核心。不過A10 Fusion采用就是big．LITTLE內(nèi)核內(nèi)置切換器方式（In－kernel switcher,，IKS）而不是高通驍龍820采用的HMP方式：一個(gè)低功耗核心和一個(gè)高性能核心組成一對,，共用L2緩存，作為一個(gè)虛擬CPU核心（在iOS內(nèi)核中根據(jù)負(fù)載需要切換），每個(gè)虛擬CPU核心在同一時(shí)間點(diǎn)上只有高性能核心或低功耗核心在運(yùn)作,，因此在iOS中僅能看到兩顆處理器核心,。

A10的高性能CPU核心代號為“颶風(fēng)”（Hurricane）,，而低功耗CPU核心代號為“微風(fēng)”（Zephyr）,，均為蘋果公司自行設(shè)計(jì)的ARMv8兼容微架構(gòu)。蘋果宣稱此芯片較上代在CPU性能提升了40％,，在圖形運(yùn)算提升了50％,。

這一代的A10 Fusion成為蘋果首款四核處理器，官方數(shù)據(jù)顯示,，它擁有33億個(gè)晶體管,，A10 Fusion處理器擁有兩個(gè)大核心和兩個(gè)小核心，在性能方面,，A10 Fusion處理器會(huì)比iPhone6s的A9處理器提升40％之多,，比起iPhone6的A8處理器更是高出了2倍！更重要的是,，耗電量只是以往的五分之一,。

同樣地，A10 Fusion處理器在GPU方面也有非常大的提升,，A10的GPU處理速度比起A9處理器快了接近50％,，更是A8的3倍，而耗電也比起A9減少了三分之一,，比起A8直接降了一半的功耗,。此外，據(jù)蘋果官方介紹,，得益于全新的A10 Fusion處理器以及M10處理器,，iPhone7的續(xù)航時(shí)間比iPhone6s增加了2小時(shí)，iPhone 7 Plus的續(xù)航時(shí)間也比iPhone 6s Plus增加了1小時(shí),。

當(dāng)然,，A10X也是少不了的產(chǎn)品。

Apple A10X Fusion是蘋果公司設(shè)計(jì)的64位ARM架構(gòu)SoC,，首次搭載于2017年6月5日發(fā)布的10．5寸iPad Pro和第二代12．9寸iPad Pro之上［1］,。A10X集成了嵌入式M10協(xié)處理器［2］。A10X是A10的變種,，蘋果宣稱其與A9X相比,，CPU速度提升了30％，GPU速度提升了40％,。

總結(jié)

問世十年,，蘋果iPhone全球銷量也突破了12億臺。也就是蘋果每年銷量也會(huì)超過一億臺。蘋果公司的市值也一路狂飆,。背后的技術(shù)提高和產(chǎn)品體驗(yàn)是最基礎(chǔ)的保證,。A系列處理的作用功不可沒。我們期待蘋果未來給我們帶來更多的新技術(shù),，更好體驗(yàn)的產(chǎn)品,。