蘋果公司的iPad2剛剛公布才不到一個月時間。人們對這款新上市產(chǎn)品的分析已經(jīng)是鋪天蓋地，從smartcover里面內(nèi)嵌磁鐵的設(shè)計(jì)，到A5處理器的核心布置圖等等就已經(jīng)在產(chǎn)品正式發(fā)布上市后幾天之內(nèi)公諸于世。而在轟轟烈烈的第一輪iPad2解密潮結(jié)束之后，恐怕新一輪iPad5的詳細(xì)電路分析也已經(jīng)在出臺的準(zhǔn)備過程中。
一年前，當(dāng)蘋果A4處理器面世的時候，人們同樣對這款產(chǎn)品進(jìn)行了分析，當(dāng)時，人們是懷著對蘋果能在剛剛收購了PA Semi公司不久的條件下，只花如此短的時間就推出A4處理器而感到敬佩不已的心情，對這款產(chǎn)品來進(jìn)行分析。而到iPad2的A5處理器，情況則有所不同，時間已經(jīng)又過了一年了。
那么，蘋果A5處理器的初步分析結(jié)果究竟如何？它能夠達(dá)到人們所預(yù)期的水平嗎？
回顧A5的“前輩”A4:
2010年1月27日，蘋果首度公開了有關(guān)iPad和A4處理器的演示文件，前者早已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，而后者卻在暗中積攢能量。
2010年里，A4開始出現(xiàn)在iPhone4，iPod Touch和Apple TV等產(chǎn)品上。盡管iPad的成功并非主要仰仗A4，但A4的表現(xiàn)也還算到位。毫無疑問，當(dāng)時A4已經(jīng)成為蘋果采用iOS系統(tǒng)的各種設(shè)備的核心部件，也是蘋果賺錢機(jī)器中的重要一環(huán)。
盡管在消費(fèi)電子市場，不少消費(fèi)者們已經(jīng)被蘋果的產(chǎn)品攪得意亂情迷。不過這一次我們準(zhǔn)備從半導(dǎo)體市場和技術(shù)的角度來分析一下蘋果的A4和A5處理器。盡管從實(shí)力和資歷上講，現(xiàn)在就把A4/A5與其它半導(dǎo)體市場上的處理器產(chǎn)品相提并論似乎還為時過早，但由于這兩款產(chǎn)品的高產(chǎn)量和高額利潤，其它的半導(dǎo)體公司其實(shí)也已經(jīng)開始重視蘋果的A系列處理器產(chǎn)品。
當(dāng)年A4處理器公布的時候，人們最關(guān)心的問題是這款處理器的設(shè)計(jì)工作有多少是真正由其收購的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，特別是PA Semi的那一幫人馬，來完成的？盡管當(dāng)時有關(guān)這個問題有許多的傳言，但我們希望找到一些實(shí)際的證據(jù)。為此，我們將自己和其它幾家分析機(jī)構(gòu)對A4芯片顯微分析的結(jié)果綜合在一起，給出了我們自己的判斷。
我們認(rèn)為，A4處理器中應(yīng)該有采用蘋果收購的Intrinsity公司的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)。另外我們還發(fā)現(xiàn)A4在功能電路的分塊設(shè)計(jì)上與三星的S5PC110的風(fēng)格非常相似。從這點(diǎn)上看，蘋果的A4處理器并非人們所想象的那樣是由蘋果自主設(shè)計(jì)而來，實(shí)際上，A4中僅有兩個電路功能模塊與三星的S5PC110有區(qū)別，可見A4處理器很可能采用了別家公司的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)。
而A5理應(yīng)有所不同，畢竟留給蘋果的開發(fā)時間相比之下更多了，而且三星也已經(jīng)準(zhǔn)備在自己的Galaxy 10.1產(chǎn)品上轉(zhuǎn)向使用Nvidia的Tegra2芯片。
蘋果A5與A4在芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的區(qū)別：
通過對蘋果A5處理器初步的芯片顯微分析，我們發(fā)現(xiàn)A5主要有兩方面的特性值得注意。首先，A5的核心面積要比A4大了不少。UBM Techinsights 和Chipworks兩大分析機(jī)構(gòu)都得出A5的核心面積達(dá)到12.1X10.1mm=122平方毫米的結(jié)論。相比A4的53平方毫米，其面積增加到了A4的2.3倍。
我們來看一看A4/A5的核心布置圖，考慮一下是什么導(dǎo)致了A5面積的極大增加。這里我們采用的是Chipworks的核心布置圖，圖中可見，A5中集成的兩個ARM核心占去了A5總面積的14%左右，這個比例與ARM單核心在A4中占取的面積比例是大致相似的。
A4處理器芯片結(jié)構(gòu)分析圖
A5處理器芯片結(jié)構(gòu)分析圖
那么GPU部分如何？Chipworks給出的布置圖中并沒有明確給出GPU功能模塊的位置。不過，考慮到GPU核心的本質(zhì)，它應(yīng)該是內(nèi)含大量緩存電路，而且占地面積較大的一個模塊。那么圖中的4號邏輯模塊（Logic core4）顯然比較符合這個條件，這個模塊是除了ARM核心模塊和5號邏輯模塊之外最大的一個模塊。不過同時我們也應(yīng)該注意到4號邏輯模塊的尺寸和內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相似。但為了討論方便，姑且假設(shè)4號邏輯模塊就是我們關(guān)心的GPU模塊。從占地面積來看，如果我們將CPU和GPU模塊加在一起，將占去8平方毫米的面積，剩下的41平方毫米則留給其它如數(shù)據(jù)處理模塊，模擬功能模塊以及輸入輸出模塊等部分。
至于A5處理器，我們目前也同樣沒有看到有哪一家分析機(jī)構(gòu)在其芯片核心布置圖上明確標(biāo)出GPU模塊的位置，因此我們必須自己進(jìn)行分析和推測。從芯片圖中可見，一共有三套由完全相同的兩個對稱部分組成的模塊。其中一套是兩個對稱的ARM CPU核心，另外兩套套則是2X2個被標(biāo)記成“Processor Data Path（Datapath即處理器內(nèi)部負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算等數(shù)據(jù)處理的功能單元）”的部分.其它的幾個模塊則沒有出現(xiàn)對稱的布局形式。另外，由于雙核系統(tǒng)必須使用仲裁器件來分派兩個核心的資源使用，因此“Data Logic Blocks”模塊的作用便不言而喻了。
然而，我們已經(jīng)知道A5使用了雙GPU核心的設(shè)計(jì)，那么為什么在核心圖片中卻找不到第四套對稱布置的模塊呢？我們猜測A5的兩個GPU核心應(yīng)該是被集成在了”ARM Core“或者“Processor Data Path“的內(nèi)部。這樣，CPU+GPU部分應(yīng)該占到了A5核心總面積的40%即47平方毫米，還剩下75平方毫米的空間。
A5第二個值得注意的特性是其與A4處理器一樣都是采用三星的45nm制程技術(shù)制作的。制程技術(shù)上的相對固定，令我們比較A4與A5區(qū)別的工作變得簡單，由于采用同樣的制程技術(shù)，因此核心中的模擬電路模塊部分幾乎沒有發(fā)生變化。
這樣，從A5芯片中對WiFi和音頻模塊的標(biāo)記上，我們就可以類推出在A4核心中沒有明確標(biāo)出的WiFi和音頻模塊的位置，兩者幾乎沒有任何區(qū)別。最后，為了討論的方便，我們假設(shè)A4中除ARM Core和GPU之外的IP核技術(shù)同樣在A5中沿用（即除了ARM Core，Datapath，GPU，WIFI,音頻模塊之外的其它模塊所采用的設(shè)計(jì)技術(shù)基本相同），并忽略掉I/O模塊和這些IP核模塊在面積上的區(qū)別。我們可以看出A4中這些模塊占用的面積是34平方毫米，即總面積的64%，再加上A5核心中已經(jīng)確認(rèn)身份的Digital Logic Block部分。盡管以上的分析部分基于假設(shè)，但已經(jīng)可以看出A4與A5芯片的區(qū)別之處。
可見，A4到A5的升級所致的核心面積增長，并不僅僅是由于CPU/GPU/資源仲裁邏輯模塊部分的面積增加。簡單計(jì)算一下A5和A4中其它模塊的數(shù)量便可以得到同樣的結(jié)論。在A4中，除了CPU+GPU的部分之外，尚有9個其它的功能模塊，而到A5中，這個數(shù)字增加到了12個。盡管目前還無法確定A5和A4中這些模塊的功能是否相似，但它們很有可能是采用了同樣的IP核設(shè)計(jì)。不過，仔細(xì)觀察這些模塊內(nèi)部的存儲陣列布置方式，我們可以看出A4與A5的這些模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)還是有所區(qū)別的。特別是A4核心中的第6號邏輯模塊，該模塊所在的區(qū)域中似乎全部都是由邏輯器件組成，而并沒有出現(xiàn)存儲器件。而在A5中則不存在類似的模塊。總結(jié)以上的對比結(jié)果，我們可以看出，A5與A4相比并不僅僅是升級了CPU/GPU模塊的簡單區(qū)別，而且在其它模塊的數(shù)量和結(jié)構(gòu)等方面也進(jìn)行了改進(jìn)和變動。
現(xiàn)在我們再從蘋果的角度來看看從A4到A5他們將采取什么樣的升級策略。我們現(xiàn)在已經(jīng)知道A5中除了CPU+GPU+仲裁邏輯模塊，以及內(nèi)存控制模塊，輸入輸出模塊之外還增加了其它的模塊。那么這些模塊的作用又會是什么呢？
再次回顧A4處理器：
2008年四月份，蘋果收購了PA Semi公司，自那以后，蘋果多次在公開場合宣稱此舉是為了”進(jìn)一步提升蘋果的產(chǎn)品與競爭對手的差異化“。較近的一個例子是蘋果高管Tim Cook曾在蘋果公司2011年第一財(cái)季營收會議上稱：”從我們的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)來看，我們會把設(shè)計(jì)的著力點(diǎn)放在那些我們自信完全可以超越市場上其它產(chǎn)品的產(chǎn)品上。最近的一個例子就是A4處理器。不過有關(guān)A4，我們并不認(rèn)為我們必須投資興建能生產(chǎn)這種芯片的芯片工廠，因?yàn)槲覀冊谑袌錾线€可以選擇相對更優(yōu)秀的芯片代工方案，但我們認(rèn)為購買芯片設(shè)計(jì)的專利并不是個好主意，因此我們決定把重點(diǎn)放在芯片的自行設(shè)計(jì)上。“
那么。蘋果在A4上是不是真的在按照Tim Cook的這番說辭去做的呢？從設(shè)計(jì)時長和實(shí)際的芯片顯微分析結(jié)果上看，A4的實(shí)際情況顯然并非如此。A4的許多部分與三星的S5PC110芯片非常類似，僅有兩個模擬功能模塊與后者有所區(qū)別。可見A4與三星的S5PC110并沒有很大的區(qū)別，不過最近有另一篇文章提到A4處理器中可能內(nèi)置了視頻解碼硬加速模塊。
假如A4中真的如這篇文章所說加入了視頻解碼硬件加速模塊，那么有心的讀者可能會想到，這與蘋果嚴(yán)格禁止Flash軟件出現(xiàn)在其iOS平臺設(shè)備上的做法是否有一定的聯(lián)系？但是不要忘記，這里所說的視頻解碼硬件加速模塊很有可能是A4中未標(biāo)明的Logic core之一，那么就意味著也許三星S5PC110中本來就有這么一個模塊，而并不是蘋果后來才增加的。最后，A4與其它的Soc產(chǎn)品是否有明顯的區(qū)別？從我們上面的分析結(jié)果已經(jīng)可以看出，答案顯然是否定的。
由此可見，蘋果在A4處理器上采用的是謹(jǐn)慎小心且相當(dāng)保守的設(shè)計(jì)思路，畢竟其主體iPad平臺所起到的作用對蘋果而言是十分關(guān)鍵的，而且同時還背負(fù)了很大的風(fēng)險。
由此可見，iOS平臺上各種產(chǎn)品的成功并不是由于A4的緣故，A4本身并不是什么超凡脫俗之物，況且同樣采用了A4的Apple TV也未見的有什么建樹。相反，導(dǎo)致這些產(chǎn)品成功的因素主要是市場策略，產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)部件設(shè)計(jì)，功能集成設(shè)計(jì)以及也許是最重要的環(huán)節(jié)--軟件的設(shè)計(jì)。
A5的差異化之路在何方？
這樣，蘋果要在A5上實(shí)現(xiàn)自己”進(jìn)一步產(chǎn)品差異化“的承諾，至少有兩條路可走。首先是購買芯片設(shè)計(jì)專利的授權(quán)，然后再以其為基礎(chǔ)加入一些自己設(shè)計(jì)的功能模塊。A5核心中CPU/GPU部分都應(yīng)用了其它公司的專利授權(quán)設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)差異化，蘋果有可能在這些模塊中加入額外的視頻增強(qiáng)功能模塊，或者為CPU部分加入NEON SIMD指令集擴(kuò)展支持等等，不過本文的目的并不在于辨別出A5中究竟加入了哪些自行設(shè)計(jì)的特殊模塊。
第二，蘋果已經(jīng)形成了一套完整的iOS平臺產(chǎn)品線，他們手中的王牌之一是功能集成化設(shè)計(jì)。雖然具體的實(shí)現(xiàn)上需要依靠第三方零部件廠商來代工制造這些元件，但是蘋果在產(chǎn)品功能整合方面的設(shè)計(jì)實(shí)力是很強(qiáng)的。而他們完全可以利用這個優(yōu)勢來增強(qiáng)自己的競爭優(yōu)勢。
而如果要充分發(fā)揮這些集成功能上的優(yōu)勢，最有效的方法就是為這些獨(dú)特的功能設(shè)計(jì)專用集成電路，而不是采用通用型處理器如ARM核心等來負(fù)責(zé)處理和實(shí)現(xiàn)這些功能。盡管這樣做對軟件兼容性沒有好處，但使用專用硬件卻可以在處理速度和省電性能上做到最佳。
如此，在A5中蘋果完全有可能去掉以往一些需要用軟件形式通過ARM Core運(yùn)行的軟件功能，改用自己設(shè)計(jì)的硬件邏輯模塊來處理這些特殊功能。
總結(jié):
總而言之，A5處理器的設(shè)計(jì)思路應(yīng)該是相當(dāng)大膽的。除去雙核CPU+雙核GPU之外，他們還向A5中加入了另外的專用邏輯電路實(shí)現(xiàn)對功能集成的支持，從而令自己的功能集成方面的優(yōu)勢得以進(jìn)一步發(fā)揮。可以預(yù)計(jì)，在A系列處理器后續(xù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，蘋果還將繼續(xù)沿專用邏輯電路模塊設(shè)計(jì)的路線走下去。
