从芯片功能分析角度看苹果A5与A4及未来A系列处理器的发展路线

苹果公司的iPad2刚刚公布才不到一个月时间。人们对这款新上市产品的分析已经是铺天盖地，从smartcover里面内嵌磁铁的设计，到A5处理器的核心布置图等等就已经在产品正式发布上市后几天之内公诸于世。而在轰轰烈烈的第一轮iPad2解密潮结束之后，恐怕新一轮iPad5的详细电路分析也已经在出台的准备过程中。

一年前，当苹果A4处理器面世的时候，人们同样对这款产品进行了分析，当时，人们是怀着对苹果能在刚刚收购了PA Semi公司不久的条件下，只花如此短的时间就推出A4处理器而感到敬佩不已的心情，对这款产品来进行分析。而到iPad2的A5处理器，情况则有所不同，时间已经又过了一年了。

那么，苹果A5处理器的初步分析结果究竟如何？它能够达到人们所预期的水平吗？

回顾A5的“前辈”A4:

2010年1月27日，苹果首度公开了有关iPad和A4处理器的演示文件，前者早已成为人们关注的热点，而后者却在暗中积攒能量。

2010年里，A4开始出现在iPhone4，iPod Touch和Apple TV等产品上。尽管iPad的成功并非主要仰仗A4，但A4的表现也还算到位。毫无疑问，当时A4已经成为苹果采用iOS系统的各种设备的核心部件，也是苹果赚钱机器中的重要一环。

尽管在消费电子市场，不少消费者们已经被苹果的产品搅得意乱情迷。不过这一次我们准备从半导体市场和技术的角度来分析一下苹果的A4和A5处理器。尽管从实力和资历上讲，现在就把A4/A5与其它半导体市场上的处理器产品相提并论似乎还为时过早，但由于这两款产品的高产量和高额利润，其它的半导体公司其实也已经开始重视苹果的A系列处理器产品。

当年A4处理器公布的时候，人们最关心的问题是这款处理器的设计工作有多少是真正由其收购的设计团队，特别是PA Semi的那一帮人马，来完成的？尽管当时有关这个问题有许多的传言，但我们希望找到一些实际的证据。为此，我们将自己和其它几家分析机构对A4芯片显微分析的结果综合在一起，给出了我们自己的判断。

我们认为，A4处理器中应该有采用苹果收购的Intrinsity公司的芯片设计技术。另外我们还发现A4在功能电路的分块设计上与三星的S5PC110的风格非常相似。从这点上看，苹果的A4处理器并非人们所想象的那样是由苹果自主设计而来，实际上，A4中仅有两个电路功能模块与三星的S5PC110有区别，可见A4处理器很可能采用了别家公司的芯片设计技术。

而A5理应有所不同，毕竟留给苹果的开发时间相比之下更多了，而且三星也已经准备在自己的Galaxy 10.1产品上转向使用Nvidia的Tegra2芯片。

苹果A5与A4在芯片内部结构上的区别：

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。

A4处理器芯片结构分析图（可点击图片查看大图）


A5处理器芯片结构分析图（可点击图片查看大图）

那么GPU部分如何？Chipworks给出的布置图中并没有明确给出GPU功能模块的位置。不过，考虑到GPU核心的本质，它应该是内含大量缓存电路，而且占地面积较大的一个模块。那么图中的4号逻辑模块（Logic core4）显然比较符合这个条件，这个模块是除了ARM核心模块和5号逻辑模块之外最大的一个模块。不过同时我们也应该注意到4号逻辑模块的尺寸和内部结构基本相似。但为了讨论方便，姑且假设4号逻辑模块就是我们关心的GPU模块。从占地面积来看，如果我们将CPU和GPU模块加在一起，将占去8平方毫米的面积，剩下的41平方毫米则留给其它如数据处理模块，模拟功能模块以及输入输出模块等部分。

至于A5处理器，我们目前也同样没有看到有哪一家分析机构在其芯片核心布置图上明确标出GPU模块的位置，因此我们必须自己进行分析和推测。从芯片图中可见，一共有三套由完全相同的两个对称部分组成的模块。其中一套是两个对称的ARM CPU核心，另外两套套则是2X2个被标记成“Processor Data Path（Datapath即处理器内部负责进行数学运算等数据处理的功能单元）”的部分.其它的几个模块则没有出现对称的布局形式。另外，由于双核系统必须使用仲裁器件来分派两个核心的资源使用，因此“Data Logic Blocks”模块的作用便不言而喻了。

然而，我们已经知道A5使用了双GPU核心的设计，那么为什么在核心图片中却找不到第四套对称布置的模块呢？我们猜测A5的两个GPU核心应该是被集成在了”ARM Core“或者“Processor Data Path“的内部。这样，CPU+GPU部分应该占到了A5核心总面积的40%即47平方毫米，还剩下75平方毫米的空间。

A5第二个值得注意的特性是其与A4处理器一样都是采用三星的45nm制程技术制作的。制程技术上的相对固定，令我们比较A4与A5区别的工作变得简单，由于采用同样的制程技术，因此核心中的模拟电路模块部分几乎没有发生变化。

这样，从A5芯片中对WiFi和音频模块的标记上，我们就可以类推出在A4核心中没有明确标出的WiFi和音频模块的位置，两者几乎没有任何区别。最后，为了讨论的方便，我们假设A4中除ARM Core和GPU之外的IP核技术同样在A5中沿用（即除了ARM Core，Datapath，GPU，WIFI,音频模块之外的其它模块所采用的设计技术基本相同），并忽略掉I/O模块和这些IP核模块在面积上的区别。我们可以看出A4中这些模块占用的面积是34平方毫米，即总面积的64%，再加上A5核心中已经确认身份的Digital Logic Block部分。尽管以上的分析部分基于假设，但已经可以看出A4与A5芯片的区别之处。