iPhone 6s 处理器、内存与无线通信芯片分析

Apple 在近期的新品发布会上发布了 iPhone、iPad Pro、Apple TV 与新一代 Apple Watch 操作系统，可谓历年来产品最丰富的一次，本文主要将对占苹果营收 6 成以上之 iPhone 产品内部核心主要芯片做些讨论，包含处理器、内存与无线通信芯片等。

本代 iPhone 延续过去传统命名为iPhone 6s，在外型上维持与 iPhone 6 相同之 4.7 寸与 5.5 寸，分辨率也不变，故屏幕PPI也相同。iPhone 6s 最大的特色为增加了 3D Touch，此源自 Apple Watch 所使用的 Force Touch 功能经持续改良，增加使用者体验（User Experience）效果，在外观颜色方面，除了原本 iPhone 6 颜色外，另外增加了与过去传闻相同的玫瑰金色。主要相机模块分辨率也大幅增至主相机 1,200 万像素，前置相机也同步增至 500 万像素。而扮演 iPhone 内部核心主要运算功能的芯片部分，以下将讨论与前一代 iPhone 6 最大差异。

A9 采用新晶体管架构

iPhone 6s 内新一代 A9 应用处理器（Application Processor/AP）采用新晶体管架构（New Transistor Architecture），由于 iPhone 6 内 A8 处理器为使用台积电之 20 nm bulk 晶体管工艺，所谓新晶体管架构很可能为鳍式晶体管（FinFET），可能代工厂商为台积电之16 nm或是三星之 14 nm 工艺。随着晶体管工艺持续微缩，闸级氧化层（Gate Oxide）厚度越来越薄，从闸级漏出的电流将越来越大，对于个人行动装置的待机（Standby）时间造成严重威胁，FinFET 利用多维（multi）或三维闸级去控制（Control）电流。Intel 在 2X nm 已开始使用 FinFET，目前已全面商业化至其微处理器产品中。台积电与三星则在 1X nm 全面导入 FinFET。

A9 效能全面升级



Apple 表示 A9 的中央处理单元（Central Processing Unit/CPU）将较 A8 快 70%，由于 A9 应该还是与 A8 采用相同 ARM v8 指令级架构，A9 很有可能使用与 iPad Air 2 的 A8X 相同的 3 核心。而 A9 之图形处理单元（Graphic Processing Unit/GPU），根据 Apple 宣称效能将比 A8 增加 90%，故应该可能也与 A8X 相同采用 8 核心客制化（Customization）之 PowerVR 架构，A9 此次主要特色为透过 FinFET 的导入降低面积与改善散热，再加上电路优化来达到全面效能升级的效果。
内存加大、支持 4K 录像



iPhone 6s 后制主镜头可支持 4K 录像。4K 分辨率为 Full HD 的 4 倍（2×2），像素（Pixel）可达 800 万。由于手机储存容量不若大型录像或是单眼器材，通常在录像时会先经过基本压缩处理，如DCT等，再加上原本 AP 内通常整合 CPU 与 GPU，手机内 DRAM 需要共享传统主存储器与 Frame Buffer，再加上操作系统传统运作需要，iPhone 6s 对整体手机易失存储器需求大增，故 iPhone 6s 内部 DRAM 使用量很可能从原本 iPhone 6 之1GB LPDDR3 增加至 2GB LPDDR4。

可能首次运作在 iPhone 的 LPDDR4，估计速度为 3200 Mbps。LPDDR 与传统 DDR 最大差别为低功耗，由于功耗与电压平方成正比，LPDDR4 使用 1.1 V 较 LPDDR2/LPDDR3（1.2V）为低，故可以提升 iPhone 6s 待机时间。LPDDR4 另外一个重要新改变为在 Die 上使用双通道（Dual Channel）。

传统双信道早期使用在系统上，由 DRAM 控制器掌控，LPDDR4 在 Die 上使用两侧 Pad 运用双通道存取，将原本储存数组（Array）至Pad之关键路径（Critical Path）理论上缩短一半，可以提升 LPDDR4 的速度，并改善讯号完整性（Signal Integrity）。目前拥有 LPDDR4 产品的厂商中，最大单一 Die 容量为 8Gb，以 iPhone 6s 所使用 2GB 为例，由于其Form Factor 较 iPad Air 2 等平板计算机为小，推测应该堆栈两颗Die还是以传统 PoP（Package on Package）方式在封装于 A9 处理器上，而非如 iPad Air 2 独立（Discrete）在外面。

更快的 LTE 速度



iPhone 6s 发表会提到更快的 LTE-Advanced（LTE-A），由于 iPhone 6 已经使用高通（Qualcomm）公司的 MDM 9625M，其已经支持 Category 4（Cat. 4），日常生活使用中，人们通常注重下载（Download）大于上传（Upload）速度，在 3GPP Specification 当中，比 Cat.4 更快的下载速度为 Cat.6，故 iPhone 6s 可能使用 MDM 9635M。Cat.6 支持两个载波单位（Carrier Component/CC）之载波聚合 （Carrier Aggregation），每个 CC 最大为 20MHz 带宽，较前一代 iPhone 6 速度 150Mbps 增加为 300Mbps。（MDM 9625M 支援 Cat.4 单一 CC 最大 20MHz，或者可聚合 2 个各最大 10MHz 之载波）。

许多国家 LTE-A 网络已陆续开台

iPhone 6s 开始支持 300Mbps 之 LTE-A 网络原因为许多国家电信商已经陆续开台。根据全球行动供货商协会（Global mobile Suppliers Association/GSA）统计，目前已经有超过 15个 国家包含德国、芬兰、日本等超过 20 多个电信营运商发表 Cat.6 网络，例如日本第一大电信 DoCoMo 在今年 2 月宣布正式 LTE-A（Cat.6）网络开台，最大下载速度为 225Mbps。

Wi-Fi 首次使用 MIMO

在 iPhone 6 首次进入 IEEE 802.11ac 之后，Wi-Fi 速度已经较前一代 iPhone 5s 所使用 的 IEEE 802.11n 多出不少，可达 433Mbps，iPhone 则首次使用 2×2 之 MIMO （Multiple Input Multiple Output）技术，其利用空间多任务原理，在 iPhone 6s 多增加 1 根 Wi-Fi 天线，可以达到 2 倍最大传输速度 866Mbps。由于材料成本（BOM）以及天线干扰因素，MIMO 在手机上设计较为困难，通常会以 OFDM 中常见增加可用频谱等载波聚合方式增加传输速度，Apple 在 iPhone 金属外壳与天线效应的取舍（Trade Off）有其独到之处。至于其他近场通讯技术（NFC）与蓝牙（Bluetooth）则维持不变。

传统用户体验大于硬件效能追求

此次 iPhone 6s 所新增加的功能还是维持 Apple 传统，不过度追求新技术，而较重视使用者体验。例如早已有许多竞争对手如 Sony 在 Z2 时即以支持 4K2K 录像，而几乎所有竞争对手都早已使用 2GB DRAM，甚至 3GB。采用高通 810 芯片组之手机甚至已经支持到 Cat.9，而新增速度的 iPhone 6s还在 Cat.6。屏幕分辨率方面也是落后对手一大截，前阵子 Sony 发表的 Z5 Premium 更是在同样 5.5 吋大小装进了 4K2K 的屏幕，PPI 整整较 iPhone 6s Plus 高出一倍。即使如此，Apple还是按其重视使用者体验的策略对于软硬件整合的流畅度以及纳入 3D touch 的使用者体验来服务消费者，维持其传统步调。