蘋(píng)果公司的iPad2剛剛公布才不到一個(gè)月時(shí)間。人們對這款新上市產(chǎn)品的分析已經(jīng)是鋪天蓋地，從smartcover里面內嵌磁鐵的設計，到A5處理器的核心布置圖等等就已經(jīng)在產(chǎn)品正式發(fā)布上市后幾天之內公諸于世。而在轟轟烈烈的第一輪iPad2解密潮結束之后，恐怕新一輪iPad5的詳細電路分析也已經(jīng)在出臺的準備過(guò)程中。
一年前，當蘋(píng)果A4處理器面世的時(shí)候，人們同樣對這款產(chǎn)品進(jìn)行了分析，當時(shí)，人們是懷著(zhù)對蘋(píng)果能在剛剛收購了PA Semi公司不久的條件下，只花如此短的時(shí)間就推出A4處理器而感到敬佩不已的心情，對這款產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行分析。而到iPad2的A5處理器，情況則有所不同，時(shí)間已經(jīng)又過(guò)了一年了。 那么，蘋(píng)果A5處理器的初步分析結果究竟如何？它能夠達到人們所預期的水平嗎？ 回顧A5的“前輩”A4: 2010年1月27日，蘋(píng)果首度公開(kāi)了有關(guān)iPad和A4處理器的演示文件，前者早已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，而后者卻在暗中積攢能量。 2010年里，A4開(kāi)始出現在iPhone4，iPod Touch和Apple TV等產(chǎn)品上。盡管iPad的成功并非主要仰仗A4，但A4的表現也還算到位。毫無(wú)疑問(wèn)，當時(shí)A4已經(jīng)成為蘋(píng)果采用iOS系統的各種設備的核心部件，也是蘋(píng)果賺錢(qián)機器中的重要一環(huán)。 盡管在消費電子市場(chǎng)，不少消費者們已經(jīng)被蘋(píng)果的產(chǎn)品攪得意亂情迷。不過(guò)這一次我們準備從半導體市場(chǎng)和技術(shù)的角度來(lái)分析一下蘋(píng)果的A4和A5處理器。盡管從實(shí)力和資歷上講，現在就把A4/A5與其它半導體市場(chǎng)上的處理器產(chǎn)品相提并論似乎還為時(shí)過(guò)早，但由于這兩款產(chǎn)品的高產(chǎn)量和高額利潤，其它的半導體公司其實(shí)也已經(jīng)開(kāi)始重視蘋(píng)果的A系列處理器產(chǎn)品。 當年A4處理器公布的時(shí)候，人們最關(guān)心的問(wèn)題是這款處理器的設計工作有多少是真正由其收購的設計團隊，特別是PA Semi的那一幫人馬，來(lái)完成的？盡管當時(shí)有關(guān)這個(gè)問(wèn)題有許多的傳言，但我們希望找到一些實(shí)際的證據。為此，我們將自己和其它幾家分析機構對A4芯片顯微分析的結果綜合在一起，給出了我們自己的判斷。 我們認為，A4處理器中應該有采用蘋(píng)果收購的Intrinsity公司的芯片設計技術(shù)。另外我們還發(fā)現A4在功能電路的分塊設計上與三星的S5PC110的風(fēng)格非常相似。從這點(diǎn)上看，蘋(píng)果的A4處理器并非人們所想象的那樣是由蘋(píng)果自主設計而來(lái)，實(shí)際上，A4中僅有兩個(gè)電路功能模塊與三星的S5PC110有區別，可見(jiàn)A4處理器很可能采用了別家公司的芯片設計技術(shù)。 而A5理應有所不同，畢竟留給蘋(píng)果的開(kāi)發(fā)時(shí)間相比之下更多了，而且三星也已經(jīng)準備在自己的Galaxy 10.1產(chǎn)品上轉向使用Nvidia的Tegra2芯片。 蘋(píng)果A5與A4在芯片內部結構上的區別： 通過(guò)對蘋(píng)果A5處理器初步的芯片顯微分析，我們發(fā)現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兩大分析機構都得出A5的核心面積達到12.1X10.1mm=122平方毫米的結論。相比A4的53平方毫米，其面積增加到了A4的2.3倍。 我們來(lái)看一看A4/A5的核心布置圖，考慮一下是什么導致了A5面積的極大增加。這里我們采用的是Chipworks的核心布置圖，圖中可見(jiàn)，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A(yíng)4中占取的面積比例是大致相似的。 那么GPU部分如何？Chipworks給出的布置圖中并沒(méi)有明確給出GPU功能模塊的位置。不過(guò)，考慮到GPU核心的本質(zhì)，它應該是內含大量緩存電路，而且占地面積較大的一個(gè)模塊。那么圖中的4號邏輯模塊（Logic core4）顯然比較符合這個(gè)條件，這個(gè)模塊是除了ARM核心模塊和5號邏輯模塊之外最大的一個(gè)模塊。不過(guò)同時(shí)我們也應該注意到4號邏輯模塊的尺寸和內部結構基本相似。但為了討論方便，姑且假設4號邏輯模塊就是我們關(guān)心的GPU模塊。從占地面積來(lái)看，如果我們將CPU和GPU模塊加在一起，將占去8平方毫米的面積，剩下的41平方毫米則留給其它如數據處理模塊，模擬功能模塊以及輸入輸出模塊等部分。 至于A(yíng)5處理器，我們目前也同樣沒(méi)有看到有哪一家分析機構在其芯片核心布置圖上明確標出GPU模塊的位置，因此我們必須自己進(jìn)行分析和推測。從芯片圖中可見(jiàn)，一共有三套由完全相同的兩個(gè)對稱(chēng)部分組成的模塊。其中一套是兩個(gè)對稱(chēng)的ARM CPU核心，另外兩套套則是2X2個(gè)被標記成“Processor Data Path（Datapath即處理器內部負責進(jìn)行數學(xué)運算等數據處理的功能單元）”的部分.其它的幾個(gè)模塊則沒(méi)有出現對稱(chēng)的布局形式。另外，由于雙核系統必須使用仲裁器件來(lái)分派兩個(gè)核心的資源使用，因此“Data Logic Blocks”模塊的作用便不言而喻了。 然而，我們已經(jīng)知道A5使用了雙GPU核心的設計，那么為什么在核心圖片中卻找不到第四套對稱(chēng)布置的模塊呢？我們猜測A5的兩個(gè)GPU核心應該是被集成在了”ARM Core“或者“Processor Data Path“的內部。這樣，CPU+GPU部分應該占到了A5核心總面積的40%即47平方毫米，還剩下75平方毫米的空間。 A5第二個(gè)值得注意的特性是其與A4處理器一樣都是采用三星的45nm制程技術(shù)制作的。制程技術(shù)上的相對固定，令我們比較A4與A5區別的工作變得簡(jiǎn)單，由于采用同樣的制程技術(shù)，因此核心中的模擬電路模塊部分幾乎沒(méi)有發(fā)生變化。 這樣，從A5芯片中對WiFi和音頻模塊的標記上，我們就可以類(lèi)推出在A(yíng)4核心中沒(méi)有明確標出的WiFi和音頻模塊的位置，兩者幾乎沒(méi)有任何區別。最后，為了討論的方便，我們假設A4中除ARM Core和GPU之外的IP核技術(shù)同樣在A(yíng)5中沿用（即除了ARM Core，Datapath，GPU，WIFI,音頻模塊之外的其它模塊所采用的設計技術(shù)基本相同），并忽略掉I/O模塊和這些IP核模塊在面積上的區別。我們可以看出A4中這些模塊占用的面積是34平方毫米，即總面積的64%，再加上A5核心中已經(jīng)確認身份的Digital Logic Block部分。盡管以上的分析部分基于假設，但已經(jīng)可以看出A4與A5芯片的區別之處。 可見(jiàn)，A4到A5的升級所致的核心面積增長(cháng)，并不僅僅是由于CPU/GPU/資源仲裁邏輯模塊部分的面積增加。簡(jiǎn)單計算一下A5和A4中其它模塊的數量便可以得到同樣的結論。在A(yíng)4中，除了CPU+GPU的部分之外，尚有9個(gè)其它的功能模塊，而到A5中，這個(gè)數字增加到了12個(gè)。盡管目前還無(wú)法確定A5和A4中這些模塊的功能是否相似，但它們很有可能是采用了同樣的IP核設計。不過(guò)，仔細觀(guān)察這些模塊內部的存儲陣列布置方式，我們可以看出A4與A5的這些模塊內部結構還是有所區別的。特別是A4核心中的第6號邏輯模塊，該模塊所在的區域中似乎全部都是由邏輯器件組成，而并沒(méi)有出現存儲器件。而在A(yíng)5中則不存在類(lèi)似的模塊。總結以上的對比結果，我們可以看出，A5與A4相比并不僅僅是升級了CPU/GPU模塊的簡(jiǎn)單區別，而且在其它模塊的數量和結構等方面也進(jìn)行了改進(jìn)和變動(dòng)。 現在我們再從蘋(píng)果的角度來(lái)看看從A4到A5他們將采取什么樣的升級策略。我們現在已經(jīng)知道A5中除了CPU+GPU+仲裁邏輯模塊，以及內存控制模塊，輸入輸出模塊之外還增加了其它的模塊。那么這些模塊的作用又會(huì )是什么呢？ 再次回顧A4處理器： 2008年四月份，蘋(píng)果收購了PA Semi公司，自那以后，蘋(píng)果多次在公開(kāi)場(chǎng)合宣稱(chēng)此舉是為了”進(jìn)一步提升蘋(píng)果的產(chǎn)品與競爭對手的差異化“。較近的一個(gè)例子是蘋(píng)果高管Tim Cook曾在蘋(píng)果公司2011年第一財季營(yíng)收會(huì )議上稱(chēng)：”從我們的設計觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，我們會(huì )把設計的著(zhù)力點(diǎn)放在那些我們自信完全可以超越市場(chǎng)上其它產(chǎn)品的產(chǎn)品上。最近的一個(gè)例子就是A4處理器。不過(guò)有關(guān)A4，我們并不認為我們必須投資興建能生產(chǎn)這種芯片的芯片工廠(chǎng)，因為我們在市場(chǎng)上還可以選擇相對更優(yōu)秀的芯片代工方案，但我們認為購買(mǎi)芯片設計的專(zhuān)利并不是個(gè)好主意，因此我們決定把重點(diǎn)放在芯片的自行設計上�！� 那么。蘋(píng)果在A(yíng)4上是不是真的在按照Tim Cook的這番說(shuō)辭去做的呢？從設計時(shí)長(cháng)和實(shí)際的芯片顯微分析結果上看，A4的實(shí)際情況顯然并非如此。A4的許多部分與三星的S5PC110芯片非常類(lèi)似，僅有兩個(gè)模擬功能模塊與后者有所區別�？梢�(jiàn)A4與三星的S5PC110并沒(méi)有很大的區別，不過(guò)最近有另一篇文章提到A4處理器中可能內置了視頻解碼硬加速模塊。 假如A4中真的如這篇文章所說(shuō)加入了視頻解碼硬件加速模塊，那么有心的讀者可能會(huì )想到，這與蘋(píng)果嚴格禁止Flash軟件出現在其iOS平臺設備上的做法是否有一定的聯(lián)系？但是不要忘記，這里所說(shuō)的視頻解碼硬件加速模塊很有可能是A4中未標明的Logic core之一，那么就意味著(zhù)也許三星S5PC110中本來(lái)就有這么一個(gè)模塊，而并不是蘋(píng)果后來(lái)才增加的。最后，A4與其它的Soc產(chǎn)品是否有明顯的區別？從我們上面的分析結果已經(jīng)可以看出，答案顯然是否定的。 由此可見(jiàn)，蘋(píng)果在A(yíng)4處理器上采用的是謹慎小心且相當保守的設計思路，畢竟其主體iPad平臺所起到的作用對蘋(píng)果而言是十分關(guān)鍵的，而且同時(shí)還背負了很大的風(fēng)險。 由此可見(jiàn)，iOS平臺上各種產(chǎn)品的成功并不是由于A(yíng)4的緣故，A4本身并不是什么超凡脫俗之物，況且同樣采用了A4的Apple TV也未見(jiàn)的有什么建樹(shù)。相反，導致這些產(chǎn)品成功的因素主要是市場(chǎng)策略，產(chǎn)品總體設計，系統部件設計，功能集成設計以及也許是最重要的環(huán)節--軟件的設計。 A5的差異化之路在何方？ 這樣，蘋(píng)果要在A(yíng)5上實(shí)現自己”進(jìn)一步產(chǎn)品差異化“的承諾，至少有兩條路可走。首先是購買(mǎi)芯片設計專(zhuān)利的授權，然后再以其為基礎加入一些自己設計的功能模塊。A5核心中CPU/GPU部分都應用了其它公司的專(zhuān)利授權設計，為了實(shí)現差異化，蘋(píng)果有可能在這些模塊中加入額外的視頻增強功能模塊，或者為CPU部分加入NEON SIMD指令集擴展支持等等，不過(guò)本文的目的并不在于辨別出A5中究竟加入了哪些自行設計的特殊模塊。 第二，蘋(píng)果已經(jīng)形成了一套完整的iOS平臺產(chǎn)品線(xiàn)，他們手中的王牌之一是功能集成化設計。雖然具體的實(shí)現上需要依靠第三方零部件廠(chǎng)商來(lái)代工制造這些元件，但是蘋(píng)果在產(chǎn)品功能整合方面的設計實(shí)力是很強的。而他們完全可以利用這個(gè)優(yōu)勢來(lái)增強自己的競爭優(yōu)勢。 而如果要充分發(fā)揮這些集成功能上的優(yōu)勢，最有效的方法就是為這些獨特的功能設計專(zhuān)用集成電路，而不是采用通用型處理器如ARM核心等來(lái)負責處理和實(shí)現這些功能。盡管這樣做對軟件兼容性沒(méi)有好處，但使用專(zhuān)用硬件卻可以在處理速度和省電性能上做到最佳。 如此，在A(yíng)5中蘋(píng)果完全有可能去掉以往一些需要用軟件形式通過(guò)ARM Core運行的軟件功能，改用自己設計的硬件邏輯模塊來(lái)處理這些特殊功能。 總結: 總而言之，A5處理器的設計思路應該是相當大膽的。除去雙核CPU+雙核GPU之外，他們還向A5中加入了另外的專(zhuān)用邏輯電路實(shí)現對功能集成的支持，從而令自己的功能集成方面的優(yōu)勢得以進(jìn)一步發(fā)揮。可以預計，在A(yíng)系列處理器后續產(chǎn)品的設計中，蘋(píng)果還將繼續沿專(zhuān)用邏輯電路模塊設計的路線(xiàn)走下去。 |
