iPad深度拆解分析：探寻A4处理器的奥秘

世界因为有了Apple新产品iPad而变得更迷人？EETimes的姐妹研究机构UBM TechInsights除了拆解iPad，也针对其内部由Apple自行开发的A4处理器进行深入探究；以下分析师Young Choi将带领读者解剖A4奥秘。

在看A4之前，先回顾一下Apple的应用处理器开发史：从2007年的第一代iPhone开始，Apple每年都推出两款新的移动产品，而且是iPhone与iPod Touch系列交替上市，依序是iPhone、第一代iPod Touch、iPhone 3G、第二代iPod Touch、iPhone 3GS、第三代iPod Touch，然后就是iPad。这些产品内部的应用处理器如下表：



根据UBM TechInsights针对这些应用处理器所做的芯片分析，Apple会在iPhone系列之前先在iPod Touch系列产品(没有蜂窝无线通信功能)采用新技术。iPhone与iPhone 3G的应用处理器都是使用Samsung的90纳米嵌入式DRAM工艺，而第二代iPod Touch的应用处理器是首度采用65纳米工艺，然后iPhone 3GS才使用相同的工艺技术；接下来第三代iPod Touch也是率先采用45纳米应用处理器，并不是iPad。

检视Apple的每款行动产品，可以很快发现A4处理器所采用的工艺节点与晶圆代工厂，都是前几代应用处理器的智能累积。虽然工艺节点技术分析并不难，但要确认芯片的晶圆代工厂或是制造来源向来颇具挑战性；持续关注各主要晶圆代工厂的工艺节点发展，会是这方面的一个成功关键。

UBM TechInsights所采用的方法是将A4的晶粒边角封条(die edge seals)、保护层(passivation)与介电材料，与各制造商的已知识别记号相互比对，发现第三代iPod Touch与iPad的这款45纳米处理器有许多一致之处，因此确信A4应该也是由三星代工。而在确知晶圆代工厂以及节点技术后，接下来就可进一步分析工艺特性(process characteristics)、组件库(cell libraries)等，决定一颗处理器在设计的创新性上对性能与功耗有所贡献的关键。

iPad配备了一组25瓦特小时 (Watt-hour)的电池，号称续航力可超过10小时；这是一个在产品差异化方面很重要的条件，也值得着手进一步调查，尤其是A4处理器的功耗值。 Apple所收购的Intrinsity与PA Semi两家IC设计公司，都具备改善处理器性能与功耗的潜力。

通过执行功能测试以及功耗量测，UBM TechInsights获得更多有关iPad功耗特性的信息(参考下表)；根据完整的产品拆解分析，单看面板的亮度设定，iPad的LCD模块大约消耗 1W~3.5W；在使用网络浏览功能(也是iPad的典型应用之一)、并将屏幕亮度设定为中等时，耗电量稍稍超过2W。



综合各项结果并交叉参考数字，估计iPad的主板耗电量约为1W，其中有50%~80%的耗电是来自A4处理器，因此推估在iPad透过Wi-Fi无线链接执行网络浏览功能时，该处理器的耗电量约在 500mW~800mW之间。

至于执行音乐或视讯播放功能时，iPad的耗电量约为1.5W~1.7W (此时LCD屏幕的亮度调为最低)；在将LCD的耗电排除之后，iPad主板功耗约为450mW~650mW，此时同样估计处理器耗电量占据 50%~80%比例，推估约为250mW~520mW。

由以上数据整体看来，A4是一款省电的处理器，与所发表的规格相当；采用ARM核心、以先进工艺节点生产，并在特定关键路径的优化上加入一些创新，Apple可说是以这样的组件推出量产设备的市场第一家厂商。

要确认A4的特性是否与传言中的创新手法一致，接下来UBM TechInsights所做的是进行细芯片以及韧体的分析，来看看是否有任何专利技术进展被放在芯片中。该机构所使用的方法，包括深入到芯片基板层级的功能性布线分析(functional layout analysis)，也让该处理器的各个功能区块曝光；此外还执行了一些特定的基准检验(benchmarking tests)。

在功能性布线分析方面，确认了不同的内存与逻辑功能区块，也识别出内存核心；透过不同的基准检验，UBM TechInsights得出了许多有关A4处理器的细节，如下表：



根据ARM所提供的信息，采用Cortex-A8核心、65纳米工艺技术，可达到1GHz运作的性能；A4是一款45纳米节点组件，因此该处理器在性能与功耗之间显然达到了优化的平衡。另外也确认A4处理器支持ARM的 Neon多媒体指令集延伸。

到目前为止，UBM TechInsights确认了透过先进的核心技术、微缩的工艺节点，带来可预见的处理性能提升，以及在速度与功耗之间取得谨慎的结构性平衡；但也发现，CPU功耗的进一步降低，所带来的影响力其实稍嫌有限。因为分析指出，LCD背光仍是iPad耗电量最大的部份，因此唯有等到显示器技术能在功耗上有大幅度的进展，消费者才能确实感受到电池续航力的显着改善。

来源：电子工程专辑