苹果A系列处理器的设计技术细节揭密

5S和iPad 5的传闻已经流传。还不算太过份，但确实都在传。这两款机很有可能会分别采用A7和A7X处理器。这意味着，除非苹果不再设计定制化的芯片，而选择英特尔的产品。这不是我们的假设，但也有人这样说，即使是在华尔街。

在去年11月底，RBC资本市场的分析师道格·弗里德曼称，如果苹果的iPad改为采用英特尔的处理器，英特尔将会为苹果代工生产苹果的处理器。他甚至还建议，苹果自己设计的应用处理器只是暂时凑合着用，直到有有更好的芯片出现。现在来看看苹果的"A系列处理器"，想想这些产品的演进，再掂量一下苹果的半导体设计的证据，这就看上去是完美的注脚。

在我们的假设走得太远之前，我们再来考虑一下A6和A6X处理器。A6随着iPhone 5同时发布，这完全就是在所有iPhone与A系列处理器的传闻和猜想之中。

然而，在大约40多日以前，随着iPad 4一起出现的A6X则完全出乎了人们的意料。像是半路杀出了个程咬金，至今都让预言家迷茫。

Chipworks首先发布了A6和A6X的芯片裸晶图片，下面还有我们的解释。两款芯片最让人意外的一个特点是：它们都是自产自销。进一步说，它是一个客制化的设计，版图设计都是人手定做，而不是采用通用的自动化的"place and route" 的方法。在关于A6的讨论中，ChipWorks是这样说的：

"这样设计是更加昂贵且更费时间的。然而，它能产出更快的最高时钟频率，并且有时会有更高的芯片密度。"

他们还说："事实上，除了英特尔的CPU，这是我们在近几年中看到的最先定制布局的数字内核之一。"

苹果对于他们的设计能力非常严肃，并且作了很多的投资，这一点无可置疑。所以，如果不考虑他们客制化设计的原因，下面这个假设就非常可靠：苹果当它在等待英特尔处理器的时候，它就不会生产芯片。

Chipworks在11月份第一次关于A6X处理器的讨论中，提供了一些A6和A6X的对比数据。A6X的芯片面积是124平方毫米，比A6的96.7平方毫米大了28%。

两款处理器的CPU都是占了15平方毫米，A6的三核GPU占了16平方毫米，而A6X处理器的四核CPU占了35平方毫米。

从上面的数字显示，很可能的是在这多出的19平方毫米中，这个A6X多出的GPU占了大给10平方毫米的面积。看上去好像没有这么多，但它实际的面积要比单个的GPU面积要大一些。

以这个额外面积来计算，我们愿意相信Chipworks所说的A6X将SDRAM的接口宽度加倍了，并且还加入了一些新的接口模块。他们还看到A6X中少数几个PLL占到了几个平方毫米。

此消就彼涨。问题是要看是否还有其它的不同。再看一看A系列家族处理器的演进吧。这张苹果芯片的家谱图应该能说明一些问题。

上面是一张A系列家族树图。从2010年的A4处理器开始，到之前几个月刚发布的A6X结束，总共合计有5款处理器。每个AP的基本信息，包括了它是在哪个产品中发布的，它的尺寸和面积。在过去的三年中，产品树上发生了两大演进。第一是原来的芯片家族被分支发展成两个不同的AP线。其次是工艺从原来的45纳米进化到目前的32纳米工艺。两点都会有更详细的考虑。

"X"命名在第5代处理器于2012年3月发布进开始采用。A5X相双A5，它的晶圆尺寸增长了35%。从实际数据来看，这些增加的尺寸中至少包括了CPU加倍在内。

图像处理能力对比上，从iPad 2到iPad 3，以像素处理数目对比，两者相差了4倍。

分支发展的更多的证据是A系列芯片中除CPU和GPU之外的数字模块的数量。在A5中有12个，在A5X中则有15个。

在第6代的A系列处理器中，分支发展又是什么呢？

正如前面所指出的是，A6X与A6不同是的是GPU的不同。我们还知道这两块芯片的布线、接口和PLL的不同之处。接下来看一看CPU与GPU之外的数字模块吧。

两款处理器中的数字模块中有很多是相同的。这里再次参考一下Chipworks的A6X的文章："除CPU外，看上去所有其它的数字核都有新的布线"， 并且"很多模拟和接口核都从A6中复用到了A6X中，然后这里还是有很多新的接口模块。"

但在晶圆了除中数字模块就没有其它的吗？我们没有看到对此的评论。他们真的提到过A6X有相当多的新的设计，而不仅仅是一个调整。然而，很有试想一下会很有意思，是不是已经有证据显示，这里面有不同的数字模块的设计调整，而不仅是布线的变化？

请看一下晶圆的照片，A6和A6X分别有17和16个除CPU和GPU之外的数字模块。

可以肯定的是，两块芯片中都会有相同的模块。首先要注意到的是，A6和A6X的模块形状就有很大的区别。很显然的是，芯片的平面布局取决于几个最大的模块的数量