蘋果公司的iPad2剛剛公布才不到一個月時間。人們對這款新上市產品的分析已經是鋪天蓋地，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在產品正式發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在出臺的準備過程中。
一年前，當蘋果A4處理器面世的時候，人們同樣對這款產品進行了分析，當時，人們是懷著對蘋果能在剛剛收購了PA Semi公司不久的條件下，只花如此短的時間就推出A4處理器而感到敬佩不已的心情，對這款產品來進行分析。而到iPad2的A5處理器，情況則有所不同，時間已經又過了一年了。 那么，蘋果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，蘋果首度公開了有關iPad和A4處理器的演示文件，前者早已成為人們關注的熱點，而后者卻在暗中積攢能量。 2010年里，A4開始出現在iPhone4，iPod Touch和Apple TV等產品上。盡管iPad的成功并非主要仰仗A4，但A4的表現也還算到位。毫無疑問，當時A4已經成為蘋果采用iOS系統的各種設備的核心部件，也是蘋果賺錢機器中的重要一環。 盡管在消費電子市場，不少消費者們已經被蘋果的產品攪得意亂情迷。不過這一次我們準備從半導體市場和技術的角度來分析一下蘋果的A4和A5處理器。盡管從實力和資歷上講，現在就把A4/A5與其它半導體市場上的處理器產品相提并論似乎還為時過早，但由于這兩款產品的高產量和高額利潤，其它的半導體公司其實也已經開始重視蘋果的A系列處理器產品。 當年A4處理器公布的時候，人們最關心的問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，來完成的？盡管當時有關這個問題有許多的傳言，但我們希望找到一些實際的證據。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果收購的Intrinsity公司的芯片設計技術。另外我們還發現A4在功能電路的分塊設計上與三星的S5PC110的風格非常相似。從這點上看，蘋果的A4處理器并非人們所想象的那樣是由蘋果自主設計而來，實際上，A4中僅有兩個電路功能模塊與三星的S5PC110有區別，可見A4處理器很可能采用了別家公司的芯片設計技術。 而A5理應有所不同，畢竟留給蘋果的開發時間相比之下更多了，而且三星也已經準備在自己的Galaxy 10.1產品上轉向使用Nvidia的Tegra2芯片。 蘋果A5與A4在芯片內部結構上的區別： 通過對蘋果A5處理器初步的芯片顯微分析，我們發現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，A5中集成的兩個ARM核心占去了A5總面積的14%左右，這個比例與ARM單核心在A4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有明確給出GPU功能模塊的位置。不過，考慮到GPU核心的本質，它應該是內含大量緩存電路，而且占地面積較大的一個模塊。那么圖中的4號邏輯模塊（Logic core4）顯然比較符合這個條件，這個模塊是除了ARM核心模塊和5號邏輯模塊之外最大的一個模塊。不過同時我們也應該注意到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心的GPU模塊。從占地面積來看，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A5處理器，我們目前也同樣沒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行分析和推測。從芯片圖中可見，一共有三套由完全相同的兩個對稱部分組成的模塊。其中一套是兩個對稱的ARM CPU核心，另外兩套套則是2X2個被標記成“Processor Data Path（Datapath即處理器內部負責進行數學運算等數據處理的功能單元）”的部分.其它的幾個模塊則沒有出現對稱的布局形式。另外，由于雙核系統必須使用仲裁器件來分派兩個核心的資源使用，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布置的模塊呢？我們猜測A5的兩個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制程技術制作的。制程技術上的相對固定，令我們比較A4與A5區別的工作變得簡單，由于采用同樣的制程技術，因此核心中的模擬電路模塊部分幾乎沒有發生變化。 這樣，從A5芯片中對WiFi和音頻模塊的標記上，我們就可以類推出在A4核心中沒有明確標出的WiFi和音頻模塊的位置，兩者幾乎沒有任何區別。最后，為了討論的方便，我們假設A4中除ARM Core和GPU之外的IP核技術同樣在A5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，但已經可以看出A4與A5芯片的區別之處。 可見，A4到A5的升級所致的核心面積增長，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A4中，除了CPU+GPU的部分之外，尚有9個其它的功能模塊，而到A5中，這個數字增加到了12個。盡管目前還無法確定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，仔細觀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，而并沒有出現存儲器件。而在A5中則不存在類似的模塊。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模塊的簡單區別，而且在其它模塊的數量和結構等方面也進行了改進和變動。 現在我們再從蘋果的角度來看看從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是什么呢？ 再次回顧A4處理器： 2008年四月份，蘋果收購了PA Semi公司，自那以后，蘋果多次在公開場合宣稱此舉是為了”進一步提升蘋果的產品與競爭對手的差異化“。較近的一個例子是蘋果高管Tim Cook曾在蘋果公司2011年第一財季營收會議上稱：”從我們的設計觀點來看，我們會把設計的著力點放在那些我們自信完全可以超越市場上其它產品的產品上。最近的一個例子就是A4處理器。不過有關A4，我們并不認為我們必須投資興建能生產這種芯片的芯片工廠，因為我們在市場上還可以選擇相對更優秀的芯片代工方案，但我們認為購買芯片設計的專利并不是個好主意，因此我們決定把重點放在芯片的自行設計上�！� 那么。蘋果在A4上是不是真的在按照Tim Cook的這番說辭去做的呢？從設計時長和實際的芯片顯微分析結果上看，A4的實際情況顯然并非如此。A4的許多部分與三星的S5PC110芯片非常類似，僅有兩個模擬功能模塊與后者有所區別�？梢夾4與三星的S5PC110并沒有很大的區別，不過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加入了視頻解碼硬件加速模塊，那么有心的讀者可能會想到，這與蘋果嚴格禁止Flash軟件出現在其iOS平臺設備上的做法是否有一定的聯系？但是不要忘記，這里所說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，那么就意味著也許三星S5PC110中本來就有這么一個模塊，而并不是蘋果后來才增加的。最后，A4與其它的Soc產品是否有明顯的區別？從我們上面的分析結果已經可以看出，答案顯然是否定的。 由此可見，蘋果在A4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果而言是十分關鍵的，而且同時還背負了很大的風險。 由此可見，iOS平臺上各種產品的成功并不是由于A4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也未見的有什么建樹。相反，導致這些產品成功的因素主要是市場策略，產品總體設計，系統部件設計，功能集成設計以及也許是最重要的環節--軟件的設計。 A5的差異化之路在何方？ 這樣，蘋果要在A5上實現自己”進一步產品差異化“的承諾，至少有兩條路可走。首先是購買芯片設計專利的授權，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利授權設計，為了實現差異化，蘋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，蘋果已經形成了一套完整的iOS平臺產品線，他們手中的王牌之一是功能集成化設計。雖然具體的實現上需要依靠第三方零部件廠商來代工制造這些元件，但是蘋果在產品功能整合方面的設計實力是很強的。而他們完全可以利用這個優勢來增強自己的競爭優勢。 而如果要充分發揮這些集成功能上的優勢，最有效的方法就是為這些獨特的功能設計專用集成電路，而不是采用通用型處理器如ARM核心等來負責處理和實現這些功能。盡管這樣做對軟件兼容性沒有好處，但使用專用硬件卻可以在處理速度和省電性能上做到最佳。 如此，在A5中蘋果完全有可能去掉以往一些需要用軟件形式通過ARM Core運行的軟件功能，改用自己設計的硬件邏輯模塊來處理這些特殊功能。 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中加入了另外的專用邏輯電路實現對功能集成的支持，從而令自己的功能集成方面的優勢得以進一步發揮。可以預計，在A系列處理器后續產品的設計中，蘋果還將繼續沿專用邏輯電路模塊設計的路線走下去。 |
