昨晚，蘋果舉辦了聲勢(shì)浩大的發(fā)布會(huì)，除了帶來全新的iPhone、iPad和Apple watch等產(chǎn)品外，當(dāng)然也少不了蘋果的新的A系列芯片——A15。按照蘋果的說法，這款新處理器將成為“智能手機(jī)中最快的芯片”。
從蘋果過往的發(fā)布會(huì)看來，新一代處理器通常使用更小的工藝節(jié)點(diǎn)，因?yàn)檫@允許使用更多的晶體管，從而獲得更快的性能。然而，A15 卻使用了與A14相同的 5nm 制造工藝，這表明這里的性能提升可能沒有之前希望的那么大。
雖然蘋果沒有具體說明A15用的是哪個(gè)節(jié)點(diǎn)的變體，但考慮到臺(tái)積電產(chǎn)品的時(shí)間和演變，我們懷疑它將使用新的 N5P 節(jié)點(diǎn)，這是去年 N5 節(jié)點(diǎn)的迭代。
據(jù)華興資本分析師估計(jì)，臺(tái)積電 N5 的晶體管密度約為每平方毫米 1.7 億個(gè)晶體管，這將使其成為當(dāng)今可用密度最高的技術(shù)。至于其升級(jí)版本的N5P，臺(tái)積電承諾，在該節(jié)點(diǎn)上的頻率提高至多 5%，或?qū)⒐慕档椭炼?10%，密度提高1.8倍。這個(gè)新的節(jié)點(diǎn)變體為客戶提供了一條無縫的遷移路徑，那就意味著客戶無需大量的工程資源投資或更長(zhǎng)的設(shè)計(jì)周期，因此任何使用 N5 設(shè)計(jì)的用戶都可以使用 N5P。例如，N5 的早期采用者可以將他們的 IP 重新用于 N5P 芯片。
在這個(gè)新工藝的支持下，蘋果A15處理器的晶體管數(shù)量也達(dá)到了150億，比A14的118億有了明顯的增長(zhǎng)。
來到芯片的CPU和GPU設(shè)計(jì)的時(shí)候，如上圖所示，新的芯片依然遵循 Apple 的 2+4 CPU 配置的設(shè)計(jì)，在過去幾代產(chǎn)品中，他們都在使用這種配置。其中兩個(gè)是性能核心，四個(gè)是效率核心。在今年的發(fā)布會(huì)上，蘋果今年沒有透露太多關(guān)于新 CPU 的信息，而在關(guān)于該芯片CPU的性能，蘋果也沒有提供與前代 A14 芯片的比較數(shù)據(jù)，而是選擇將自己與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的芯片進(jìn)行比較，這在過往也是很少發(fā)生的。按照蘋果的說法，公司芯片在 CPU 性能方面比最接近的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手快 50%。
據(jù)anandtech的報(bào)道，蘋果這里說的次佳競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是高通的驍龍 888。如果我們查看我們的SPECint2017 基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果，我們可以看到 A14 的性能比驍龍 888 高出 41%。換而言之，對(duì)于 A15 來說，如果這個(gè)差距擴(kuò)大到 50%，那就意味著只需要比 A14 快 6%即可，這確實(shí)不是一個(gè)很大的升級(jí)。
在發(fā)布會(huì)中，Apple 也沒有評(píng)論任何有關(guān)新的 ISA 功能，例如是否是Armv9/SVE2，這一切都有待以后考證。
anandtech也指出，在2019年初，蘋果失去了他們的首席架構(gòu)師（杰拉德·威廉姆斯III）和它們的CPU設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的一部分成員，這些人員創(chuàng)辦了Nuvia，后者在今年年初被高通收購。anandtech表示，雖然不確定，但這里的時(shí)間差距肯定可以與新 CPU 的上市時(shí)間相匹配，并且這也是人才流失和團(tuán)隊(duì)改組的第一個(gè)跡象。值得注意的是，Apple 繼續(xù)聘請(qǐng)了 Arm 的首席架構(gòu)師 Mike Filippo，那就意味著他們可能正在開發(fā)一個(gè)新的 CPU 系列。
另一種理論是，鑒于其在 CPU 性能方面的巨大領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，Apple 決定將更多精力放在降低這一代產(chǎn)品的功耗和能源效率上。這實(shí)際上是一個(gè)更受歡迎的理論，但我們現(xiàn)在還是無法確認(rèn)。
來到GPU方面，據(jù)介紹，A15 是第一款擁有兩個(gè)性能版本 SoC。普通的 iPhone 13 mini 和 iPhone 13 配備了配備 4 核 GPU 的 A15，而 Pro 機(jī)型配備了配備 5 核 GPU 的配置。事實(shí)上，如果我沒記錯(cuò)的話，這將是我們第一次在手機(jī)中看到這樣 SoC，因?yàn)槲也挥浀媒裉熘坝腥魏喂具@樣做過。
和CPU一樣，蘋果也沒提供和A14的對(duì)比。按照蘋果的說法，四核的GPU比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手快30%，如果我們以 GFXBench Aztec 為基準(zhǔn)，我們看到 A14 比驍龍 888 快 18% 左右。那就意味著 A15 需要比 A14 快 10% 才能達(dá)到這一優(yōu)勢(shì)。更快的 5 核 A15 被宣傳為比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手快 50%，這實(shí)際上比 A14 的性能提高了 28%，并且更符合蘋果過去幾年的世代增長(zhǎng)。
Apple 同時(shí)還提到了許多其他 SoC 方面的改進(jìn)，例如提到他們將系統(tǒng)級(jí)緩存 （SLC） 翻了一番，大概是 32MB。還有一個(gè)新的顯示引擎，可能會(huì)處理 120Hz，以及新的視頻解碼器和編碼器——我想知道它們現(xiàn)在支持什么樣的格式；Apple 同時(shí)還確實(shí)提到了對(duì)硬件 ProRes 支持。
最后，蘋果新芯片的神經(jīng)引擎即使仍然具有16 核數(shù)，但他們將其性能提高到 15.8TOPs，超過了上一代芯片的11 TOPs。
總體而言，這是一個(gè)泛善可陳的芯片。
從iPhone的發(fā)展，看蘋果的芯片變遷
2020年10月，蘋果兩款新的手機(jī)—iPhone 12 Pro和 iPhone 12正式出售。在11月，大屏幕的 iPhone 12 Pro Max和小型化的 iPhone 12 mini將出售，這就是蘋果在智能手機(jī)領(lǐng)域的所謂的高中低端布局，但但和其他廠商給你不一樣，蘋果的這些手機(jī)都采用了最先進(jìn)的“ A14 Bionic”處理器。
眾所周知，許多專業(yè)的半導(dǎo)體制造商都根據(jù)手機(jī)市場(chǎng)定位開發(fā)和銷售兩種或三種類型的芯片/例如，高通公司的“ Snapdragon”具有8系列、7系列、6系列、4系列和2系列，聯(lián)發(fā)科的“ DIMENSITY”也具有1000系列、800系列和700系列等等。同樣，在Intel的“ Core”系列中，也有i3，i5，i7，i9等由單獨(dú)的硅制成的芯片。
但是，在蘋果方面，公司的差異化手機(jī)布局基本使用的都是同一款芯片，其差異化主要是通過其他功能方面體現(xiàn)。
據(jù)我們了解，蘋果正在將處理器的硅類型最小化。過去用于頂級(jí)型號(hào)的處理器會(huì)在下一代頂級(jí)型號(hào)誕生時(shí)進(jìn)入中端和入門級(jí)，新的頂級(jí)型號(hào)將使用相同的處理器，高端和中端范圍會(huì)根據(jù)相機(jī)的數(shù)量等而有所不同。
蘋果公司通過最大限度地減少昂貴的硅種類來不斷創(chuàng)建新的差異化布局的策略非常有效。增加硅類型的數(shù)量不僅會(huì)增加設(shè)計(jì)，而且會(huì)成比例地增加制造成本和測(cè)試。此外，存在問題時(shí)的校正工作也很大。
圖1顯示了拆下包裝盒，外部和顯示屏的iPhone 12 Pro。以前附帶的電源適配器和耳機(jī)已被取消，包裝盒也越來越薄。外觀也讓人聯(lián)想到“ iPhone 4”。卸下顯示屏?xí)r，您可以看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
圖2顯示了拆卸iPhone 12 Pro的過程。按左上角的箭頭順序拆卸。內(nèi)部使用了兩種螺釘和雙面膠帶，因此不能強(qiáng)行打開，而是在觀察的同時(shí)準(zhǔn)備好工具，并在拍照時(shí)進(jìn)行拆卸，因此實(shí)際上需要一個(gè)多小時(shí)。花了時(shí)間。只需幾分鐘即可完成簡(jiǎn)單的拆卸（第二款iPhone需要6分鐘才能卸下面板）。
將按順序描述圖2。（1）拆下左側(cè)中央的板子（2）拆下右上方的三目鏡相機(jī)，（3）拆下右側(cè)中央的電池，（4）拆下左下方的SIM卡插槽，（5）拆下右下方的揚(yáng)聲器單元，（ 6）去除左下的TAPTIC（振動(dòng)），（7）去除中心的非接觸充電線圈，（8）去除左上方的UWB通信天線，（9）去除Lightning端子和麥克風(fēng)的底部。
盡管在圖2中被省略，但是操作按鈕（音量等）和天線單元被嵌入在框架的側(cè)面。
拆下的物品無需螺絲或雙面膠帶即可重新排列并存放，以便無需工具即可用指尖將其拆開。我們計(jì)劃將其用于研討會(huì)和講座（用于2分鐘的拆卸展示等）。
圖3并排顯示了從2017年iPhone X到2020年iPhone 12 Pro的所有最近四年拆除的攝像頭和主板。iPhone X已經(jīng)成為一個(gè)巨大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)！除了通過以L形排列組合兩個(gè)電池來確保電池容量外，還通過采用兩層板結(jié)構(gòu)使板小型化，在該結(jié)構(gòu)中，兩塊板通過墊片堆疊在一起。
這完全破壞了常規(guī)單層基板和電池的形狀。2018年發(fā)布的iPhone XS使用變形電池，該電池將兩個(gè)電池合并為L(zhǎng)形。采用變形的電池是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。在2019年，iPhone 11 Pro的主計(jì)算機(jī)板更小，因?yàn)橄鄼C(jī)有三個(gè)攝像頭。
從iPhone X到iPhone 11，基本內(nèi)部布局相同。中心的左側(cè)是電池，中心的右側(cè)是計(jì)算機(jī)板。
在最新的iPhone 12 Pro中，基本布局已被替換。乍看右側(cè)的電池和左側(cè)的板，看起來像是一個(gè)替代品，但實(shí)際上是一個(gè)很大的改變，因?yàn)椴季€路徑和信號(hào)方向也會(huì)改變。通過將產(chǎn)生大量熱量（=增加內(nèi)部距離）的相機(jī)和處理器分開來進(jìn)行散熱的對(duì)策可能是更換的背景。將來，Tecanarier計(jì)劃拆除iPhone 11和iPhone 12的顯示屏，并實(shí)際操作它們以用溫度計(jì)澄清溫差。
iPhone 12 Pro具有更多的ToF傳感器（Apple稱其為“ LiDAR”），并且相機(jī)區(qū)域約占總數(shù)的20％。
主要芯片的過渡，可以一眼看出半導(dǎo)體制造商的合并和廢除
表1總結(jié)了從iPhone X到iPhone 12 Pro的主要芯片的一些變化。從這張表中，我們可以看到由于半導(dǎo)體制造商的合并/并購而發(fā)生的變化（我們還總結(jié)了自2007年以來iPhone中出現(xiàn)的半導(dǎo)體歷史）。
對(duì)于2018年的iPhone XS Max，蘋果采用了內(nèi)部開發(fā)的用于優(yōu)化電源的PMIC（電源管理IC）芯片，而不是一直使用的Dialog Semiconductor（以下稱為Dialog）制造的芯片。從那時(shí)起，蘋果就使用了自己的PMIC。
在2018年和2019年，蘋果使用了Intel的LTE調(diào)制解調(diào)器，但為了實(shí)現(xiàn)5G（第五代移動(dòng)通信）通信，蘋果把高通基帶用于iPhone 12 。英特爾的調(diào)制解調(diào)器業(yè)務(wù)最初是從德國的英飛凌科技（Infineon Technologies）手中收購的，蘋果在2019年收購了英特爾的調(diào)制解調(diào)器業(yè)務(wù)。也許2021或2022年的iPhone將使用Apple的5G調(diào)制解調(diào)器。
處理器集成密度
圖4顯示了處理器從iPhone X到iPhone 12 Pro的過渡。近年來，蘋果公司宣布了A系列晶體管的數(shù)量。根據(jù)晶體管的數(shù)量和實(shí)際取出的硅片以及測(cè)量的面積，計(jì)算出每單位面積的集成密度，并在每一代之間進(jìn)行比較。順便說一句，蘋果還宣布了基本的內(nèi)部配置，它告訴我們處理器如何成為差異化和優(yōu)勢(shì)的源頭。
從使用10nm工藝的“ A11”到使用7nm的“ A12”，集成密度提高了約1.9倍。從A12（7nm）到A13（7nm +），改進(jìn)了4％（實(shí)際上，通過擴(kuò)大芯片面積可以改善功能）。而在A14中，通過從7nm +轉(zhuǎn)移到5nm，集成密度又顯著提高到1.6倍。這樣，小型化的結(jié)果非常清晰。我們擁有每一代芯片的清晰照片（我們擁有幾乎所有制造商的所有處理器照片，而不僅僅是Apple），并且將來我們將在各個(gè)地方（包括該系列）報(bào)告A14的分析結(jié)果。
通過iPhone可以看到半導(dǎo)體的發(fā)展嗎？
2020年是日本“ 5G的元年”。隨著3月份開始提供5G服務(wù)，許多5G智能手機(jī)已經(jīng)發(fā)布。廉價(jià)機(jī)型和旗艦機(jī)型等型號(hào)已投放市場(chǎng)，而5G通信被視為下一次增長(zhǎng)的關(guān)鍵。
我們已經(jīng)拆解并觀察了數(shù)十種5G智能手機(jī)，表2列出了其中的六種代表性型號(hào)。兩者都支持低于6GHz的頻段（表2中只有一種型號(hào)支持毫米波），并且相機(jī)是差異化的來源。
“ Google Pixel 5”（發(fā)布于2020年10月15日）和iPhone 12（發(fā)布于10月23日）是雙攝像頭，其他四個(gè)型號(hào)均配備了可以測(cè)量距離的ToF傳感器。對(duì)5G的支持并不是高端/旗艦產(chǎn)品定位的要素，但是通過結(jié)合攝像頭和ToF傳感器等新技術(shù)，它已成為高端/旗艦產(chǎn)品。
圖5顯示了2007年發(fā)布的首款iPhone 2G和最新的iPhone 12 Pro的外觀和內(nèi)部板，以及iPhone中使用的處理器芯片。在此期間，Apple幾乎每年都在不斷發(fā)展處理器，通信和傳感器。他們是從“ A4”開始推動(dòng)內(nèi)部處理器制造的。iPhone 12中使用的A14是蘋果處理器的第十個(gè)芯片。它已經(jīng)持續(xù)發(fā)展到可以完全適應(yīng)其他領(lǐng)域（自動(dòng)駕駛和機(jī)器人技術(shù)）的程度，例如增強(qiáng)AI（人工智能）功能和GPU功能以及相機(jī)處理。
對(duì)我而言，蘋果是我分析上一個(gè)半導(dǎo)體制造商時(shí)代以及當(dāng)前評(píng)估和分析許多系統(tǒng)和芯片（另一個(gè)偉大的制造商）時(shí)代最激動(dòng)人心的半導(dǎo)體發(fā)展之一。
