从iPhone 4 A4到iPhone 8/iPhone X A11，iPhone处理器这十年变了什么

今天，苹果发布了最新一代的iPhone，作为新一代的旗舰，新手机的功能承载了苹果对未来的希望和消费者的期待。但从我们半导体人看来更关注的是内部技术的演变，尤其是其处理器上。

从iPhone 4上搭载自身研发的第一颗A系列处理器A4以来，苹果一直都保持每年九月更新一代手机，同时更新一代处理器的发展频率。处理器的性能也在每次更新中得到了大幅提升。新发布的A11处理器使用了2+4的六核设置，集成了四十多亿个晶体管，在性能上相对上一代有了很大的提升。无疑是一个处理器强者。

值着新处理器发布之际，我们来回顾一下苹果的每一代处理器及其发展过程。

A4：横空出世

在划时代的iPhone 4发布之前，苹果每一代iPhone产品使用的都是第三方的处理器。例如在iPhone 3GS上使用的是ARM Cortex-A8架构的Samsung S5PC100处理器。但是到了2010年发布的iPhone 4，苹果推出了自主研发的处理器A4，这也是苹果首次在iPhone上用上A系列处理器。

Apple A4基于ARM架构，第一版发布型号内部集成基于45纳米制程的一颗ARM Cortex-A8处理器内核以及一颗PowerVR SGX 535图形处理内核。根据核心显微拍照图显示，其Cortex A8核心和三星自行研发的S5PC110芯片相比，去除了一些接口部件，并将L2 Cache由S5PC110的512KB扩大为640KB，在同等频率下其性能应略好于S5PC110。

A5：双核初体验

A5 是由美国苹果公司所设计并由三星电子所生产的ARM处理器，用于取代Apple A4。iPad 2使用是Apple A5处理器的第一款设备，2011年10月4日推出的iPhone 4S也采用Apple A5处理器，2012年10月推出的iPad Mini仍然继续采用了Apple A5处理器，安装该芯片设备广泛的贩售了多年之久。

Apple A5 采用 45 及 32 纳米Core ARM Cortex-A9同步双核心架构，苹果公司声称其运算性能可提升2倍，其配备有IT公司频率为200MHz的PowerVR SGX543 MP2 GPU，绘图性能较前一代A4提升7倍之多，具备低功耗特性，支持低功耗DDR2 DRAM 。A5的成本估计比A4贵75％，但随着产量增加，价格差异应会减少。

通过对苹果A5处理器初步的芯片显微分析，我们发现A5主要有两方面的特性值得注意。首先，A5的核心面积要比A4大了不少。UBM Techinsights 和Chipworks两大分析机构都得出A5的核心面积达到12.1X10.1mm=122平方毫米的结论。相比A4的53平方毫米，其面积增加到了A4的2.3倍。

我们来看一看A4/A5的核心布置图，考虑一下是什么导致了A5面积的极大增加。这里我们采用的是Chipworks的核心布置图，图中可见，A5中集成的两个ARM核心占去了A5总面积的14%左右，这个比例与ARM单核心在A4中占取的面积比例是大致相似的。

值得一提的是，在A5之后还有个A5X，这是由美国苹果公司所设计的同步双核心处理器Apple A5的派生版本，仅图形处理器升级为四核心PowerVR SGX543 MP4，专用于iPad (第三代)。苹果公司声称其图形处理能力为上一代iPad 2所采用之Apple A5处理器的二倍，更达到竞争对手NVIDIA Tegra 3处理器的四倍。

A6：多核时代的坚守

进入了2012年，NVIDIA、SAMSUNG与Qualcomm竞相推出四核心智能手机处理器芯片组之后，智能手机也从今年进入了「四核心时代」。然而iPhone 5在屏幕尺寸与手机处理器芯片的规划上，我们可看出Apple不愿盲目追随市场潮流、坚持既有产品设计原则的态度。因为这一年他们推出的A6依然是双核。

这个芯片采用苹果公司研发的Swift架构同步双核心中央处理器，并整合频率为 266 MHz 的PowerVR SGX543 MP3图形处理单元，CPU Clock Speed 可达 1.3GHz。记忆体控制器升级到 1066MHz LPDDR2 (8.5 GB/sec) 使用三星电子的32nm HKMG工艺制造，大小为96.71 平方毫米，面积比Apple A5（45nm版本）小22%和拥有更小的耗电量。

Swift架构使用ARMv7s指令集，并含有多项ARM Cortex-A15 MPCore的特性，例如支持Advanced SIMD v2 和 VFPv4。Swift有三个前端解码管线和2个FPU单元，相比之下，基于Cortex-A9的CPU只有2个前端解码管线和1个FPU单元。

A6 处理器封装了 1 GB LPDDR2-1066 RAM，相比之下A5处理器只封装了 512MB LPDDR2-800 RAM，理论内存带宽也从 A5 的6.4 GB/s 增加至 8.5 GB/s。A6还搭载了一个新版的ISP，与A5对比，A6的拍摄速度、低光照下性能、噪声消去和视频防抖性能都有提升。

同样在这年，苹果推出了A6X。A6X是苹果公司客制化的SoC。它是Apple A6的衍生版本，包含与Apple A6相同的同步双核心ARMv7架构中央处理器，仅图形处理器升级到运行于300MHz的四核心