今天，蘋果發布了最新一代的iPhone，作為新一代的旗艦，新手機的功能承載了蘋果對未來的希望和消費者的期待。但從我們半導體人看來更關注的是內部技術的演變，尤其是其處理器上。

從iPhone 4上搭載自身研發的第一顆A系列處理器A4以來，蘋果一直都保持每年九月更新一代手機，同時更新一代處理器的發展頻率。處理器的性能也在每次更新中得到了大幅提升。新發布的A11處理器使用了2＋4的六核設置，集成了四十多億個晶體管，在性能上相對上一代有了很大的提升。無疑是一個處理器強者。

值著新處理器發布之際，我們來回顧一下蘋果的每一代處理器及其發展過程。

A4：橫空出世

在劃時代的iPhone 4發布之前，蘋果每一代iPhone產品使用的都是第三方的處理器。例如在iPhone 3GS上使用的是ARM Cortex－A8架構的Samsung S5PC100處理器。但是到了2010年發布的iPhone 4，蘋果推出了自主研發的處理器A4，這也是蘋果首次在iPhone上用上A系列處理器。

Apple A4基于ARM架構，第一版發布型號內部集成基于45納米制程的一顆ARM Cortex－A8處理器內核以及一顆PowerVR SGX 535圖形處理內核。根據核心顯微拍照圖顯示，其Cortex A8核心和三星自行研發的S5PC110芯片相比，去除了一些接口部件，并將L2 Cache由S5PC110的512KB擴大為640KB，在同等頻率下其性能應略好于S5PC110。

A5：雙核初體驗

A5 是由美國蘋果公司所設計并由三星電子所生產的ARM處理器，用于取代Apple A4。iPad 2使用是Apple A5處理器的第一款設備，2011年10月4日推出的iPhone 4S也采用Apple A5處理器，2012年10月推出的iPad Mini仍然繼續采用了Apple A5處理器，安裝該芯片設備廣泛的販售了多年之久。

Apple A5 采用 45 及 32 納米Core ARM Cortex－A9同步雙核心架構，蘋果公司聲稱其運算性能可提升2倍，其配備有IT公司頻率為200MHz的PowerVR SGX543 MP2 GPU，繪圖性能較前一代A4提升7倍之多，具備低功耗特性，支持低功耗DDR2 DRAM 。A5的成本估計比A4貴75％，但隨著產量增加，價格差異應會減少。

通過對蘋果A5處理器初步的芯片顯微分析，我們發現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兩大分析機構都得出A5的核心面積達到12．1X10．1mm＝122平方毫米的結論。相比A4的53平方毫米，其面積增加到了A4的2．3倍。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。

值得一提的是，在A5之后還有個A5X，這是由美國蘋果公司所設計的同步雙核心處理器Apple A5的派生版本，僅圖形處理器升級為四核心PowerVR SGX543 MP4，專用于iPad （第三代）。蘋果公司聲稱其圖形處理能力為上一代iPad 2所采用之Apple A5處理器的二倍，更達到競爭對手NVIDIA Tegra 3處理器的四倍。

A6：多核時代的堅守

進入了2012年，NVIDIA、SAMSUNG與Qualcomm競相推出四核心智能手機處理器芯片組之后，智能手機也從今年進入了“四核心時代”。然而iPhone 5在屏幕尺寸與手機處理器芯片的規劃上，我們可看出Apple不愿盲目追隨市場潮流、堅持既有產品設計原則的態度。因為這一年他們推出的A6依然是雙核。

這個芯片采用蘋果公司研發的Swift架構同步雙核心中央處理器，并整合頻率為 266 MHz 的PowerVR SGX543 MP3圖形處理單元，CPU Clock Speed 可達 1．3GHz。記憶體控制器升級到 1066MHz LPDDR2 （8．5 GB／sec） 使用三星電子的32nm HKMG工藝制造，大小為96．71 平方毫米，面積比Apple A5（45nm版本）小22％和擁有更小的耗電量。

Swift架構使用ARMv7s指令集，并含有多項ARM Cortex－A15 MPCore的特性，例如支持Advanced SIMD v2 和 VFPv4。Swift有三個前端解碼管線和2個FPU單元，相比之下，基于Cortex－A9的CPU只有2個前端解碼管線和1個FPU單元。

A6 處理器封裝了 1 GB LPDDR2－1066 RAM，相比之下A5處理器只封裝了 512MB LPDDR2－800 RAM，理論內存帶寬也從 A5 的6．4 GB／s 增加至 8．5 GB／s。A6還搭載了一個新版的ISP，與A5對比，A6的拍攝速度、低光照下性能、噪聲消去和視頻防抖性能都有提升。

同樣在這年，蘋果推出了A6X。A6X是蘋果公司客制化的SoC。它是Apple A6的衍生版本，包含與Apple A6相同的同步雙核心ARMv7架構中央處理器，僅圖形處理器升級到運行于300MHz的四核心PowerVR SGX554 MP4。［3］［4］不同于A6，A6X被導熱片覆蓋，且內存模塊與芯片分開封裝。

A6X同樣由三星電子代工，使用32納米制程HKMG （High－κ Metal Gate）制造，面積123mm2，比A6大26％。A6X是該公司最后一款32位元架構的A系列SoC。

A7：移動CPU進入64bit時代

這代處理器對蘋果來說是一大步，對于整個移動處理器產業來說也是一大步，因為籍著這個處理器，移動處理器進入了64bit時代。A7是一款64位桌面級架構處理器，這是劃時代的CPU，殺得眾安卓措手不及。

移動計算和傳統桌面計算的界限開始模糊，對于業界來說意義非凡而深遠。同時由于A7出色的性能和功耗，這次蘋果沒有設計X后綴 的芯片，而是讓iPad直接用上了A7，足見這款其強大性能。

采用64位元架構目的是提高RAM的定址能力，32位元系統的RAM最高只能支援到4GB（2的32次方），而64位元系統理論上可以支援到16 EB（exabytes，2的64次方，16 EB等于16，777，216 TB），兩者差別相當明顯。不過以iPhone來講，最新的iPhone 5S RAM容量也不過只有1GB，甚至所謂的吃記憶體怪獸Android，目前記憶體最高的Samsung Galaxy Note 3也只有3GB，都還不到32位元系統的限制，而且高容量的RAM，在初始化（initialize）時也需要大量耗電，對于電量有限的智能手機來說，首要目標應該是省電，而不是把電耗在更多還不需要用到的記憶體上面。

另外要發揮64位元處理器的優勢，包含操作系統以及App都要是64位才行；不過64位App不論是在檔案大小或是需要RAM的容量都會變得更大，這樣除了更占空間以外，也讓電源管理變得更復雜。

蘋果公司表示，這個CPU與GPU效能都是Apple A6的兩倍。CPU部分采用64位元的ARMv8架構，這使得iPhone成為全球首款采用64位元處理器的智能手機。此DoC由三星電子以28納米制程代工生產。

CPU部分是蘋果公司自行研發64位元ARMv8雙核心處理器，所以架構不會完全遵照Cortex－A57。蘋果表示，Apple A7包含超過10億個晶體管，晶粒（Die）大小為102mm2。相比下，Intel的桌面型處理器Core i7－4770K包含了8MB L3，晶體管也只是14億，Die大小為177mm2。

泄漏出來的資料顯示，GPU部分沒有出現任何以往的SGX5系PowerVR函數，上代iPhone 5采用PowerVR SGX543，iPhone 5S則采用A7 GPU，后經Chipworks檢測，新的GPU是全新6系PowerVR G6430，蘋果表示GPU性能已達初代iPhone的56倍，性能達到游戲主機級別（即是PS3和Xbox 360）。測試表明性能已經遠超iPad上采用的PowerVR SGX543 MP4組合。

A8：20nm工藝初體驗

Apple A8是蘋果在2014年推出的第二代64bit產品，這是業界首款采用20nm工藝的芯片。跟以往不同的是，這次蘋果芯片改由臺積電代工，而不是之前的三星。蘋果公司宣稱它比上代Apple A7在CPU性能高25％，繪圖性能高50％，能源效益高50％。

CPU部分為自家定制的“改良版Cyclone”，上代A7則是“Cyclone”，維持雙核心設計，L1緩存為64KB指令＋64KB數據，L2為1MB，L3則為4MB。GPU則采用Imagination Technologies的PowerVR GX6450，核心數目依然為4個，依蘋果公司的宣稱，比上代繪圖性能高50％。值得一提的是蘋果公司也持有Imagination Technologies公司9．5％股權。

Apple A8采用臺灣積體電路制造公司20nm制程生產，不再由三星代工。臺積電宣稱，20nm工藝相比于28nm可使芯片速度提升30％，或者集成度提高90％，或者功耗降低25％，具體如何權衡就看芯片設計了。

它包含20億個晶體管，大約是Apple A7的兩倍，晶粒大小卻減少13％，由102mm2減至89mm2（沒有采用新架構，只是晶體管排得密。根據估量，A8 CPU部分面積約12．2平方毫米，相比于A7 17．1平方毫米縮小了29％，也就是說在塞入了更多晶體管后，蘋果憑借更新的工藝，反而減小了CPU所占面積。

1GB LPDDR3內存亦一同封裝在SoC。iPhone 6采用的LPDDR3內存是由SK Hynix生產，iPhone 6 Plus的內存則由Elpida生產。

A8的內存子系統基本沒變，只有一些細微的調整。SRAM緩存依然存在，繼續同時為CPU、GPU服務（可視為三級緩存），容量還是4MB，而內存控制器還是支持LPDDR3－1600。經過測試發現，A8的內存帶寬比A7略有增加，2－9％的樣子，很小，說明來自進一步優化。

在A8之后，蘋果發布了A8X，蘋果A系列GPU正式邁進了八核時代。

A8X用的架構仍然是增強版的Cyclone 架構，這個處理器有30 億個晶體管，是A8 的150％，更是A7 的3 倍，他們推算面積會大于A6X 的123 平方毫米，雖然對iPad 來說仍然安裝得到，但是晶體管大幅增長令處理器面積將僅次于A5X 的165 平方毫米，是蘋果第二大面積的處理器芯片。

對比之前的A8處理器，單線程的處理跑分為1798，增加了12％，而多線程的跑分是4468，竟然比A8增加高達55％，比A7，更高出68％，也比蘋果網站的描述更高。與A7以及A8一樣，提供4MB的L3緩存空間，同樣也沒有把處理器以及圖像處理分隔開，令處理的時候可以用盡所有頻寬，提升處理速度。

A9：兩種工藝帶來的性能之爭

Apple A9內含了基于蘋果自主微架構（區別于ARM發布的公版微架構）的中央處理器核心，擁有64比特ARMv8－A指令集架構。這款芯片于2015年9月9日發布，首先被搭載于iPhone 6S和iPhone 6S Plus智能手機中。蘋果公司宣稱該芯片較前一代蘋果A8的中央處理器性能提高了70％，而圖形性能提高了90％，是當代性能最強的ARM架構芯片。

作為一款雙核64位處理器，系統主頻為1．85 GHz，兼容ARMv8A指令集架構，蘋果給這個自主研發的微架構的代號命名為“Twister”。

iPhone 6S搭載的A9芯片內有2 GB的LPDDR4內存。高速緩存方面，A9芯片的兩個處理器核心各自擁有64 KB的一級指令緩存和64 KB的一級數據緩存，而3 MB二級緩存、4 MB的三級緩存則由兩個核心以及系統芯片其他部分分享。A9芯片的“Twister”微架構類似第二代“Cyclone”微架構（用于A8芯片）。

它具有以下特性：16級指令流水線，指令發射寬度為6，加載指令延遲周期為4，分支預測失敗代價周期為9，擁有4條整數流水線、4個算術邏輯單元、2個存取單元、2個分支單元等。A9芯片相較A8芯片性能的大幅提升主要是得益于其1．85 GHz的主頻率、更好的存儲子系統、更細致入微的微架構調校和更低的工藝節點。

該芯片還包含了一個新的圖像處理器，能為照相機提供更佳的降噪、調焦性能。A9芯片內部還直接集成了一個M9運動協處理器，這個協處理器主要負責采樣和處理加速度傳感器、陀螺儀、指南針、壓力傳感器等的數據，同時還負責識別Siri語音命令。

在代工方面，蘋果第一次使用雙代工的策略。

這個芯片采用了臺積電16nm、三星14nm聯合制造，但也因此造成了兩種芯片之間存在一些差異，引發了很大爭議。

臺積電、三星兩個版本的核心面積截然不同，前者有104．5平方毫米，而后者控制在了96平方毫米，差了約9％。不過，它們的內部結構是一樣的，都有相同的CPU、GPU、內存控制器、協處理器等等，只不過在不同的工藝條件下，具體布局、細節略有差異。

說起核心面積，蘋果A系列處理器一直控制在100平方毫米上下，不過隨著每一代都升級新工藝，也有明顯的起伏波動。45nm A5是近來最大的，達到了122平方毫米；20nm A8則是最小的，只有89平方毫米。20多億個晶體管的A9其實不大不小。

同樣地，蘋果在之后推出了A9X。

A9X依然采用雙核心設計，不增加核心數目主要是由于在保證芯片尺寸盡可能小的前提下，想要增加一顆CPU核心實在是太難了。

GPU方面，A9X的內核中一共被發現了6個GPU單元，每個單元內有兩個GPU核心，算下來一共就是12個GPU核心，共計384個流處理器，比Tegra X1的256個還多。

A10：媲美個人電腦的四核CPU

2016年9月7日，蘋果發布了iPhone 7和iPhone 7 Plus智能手機，在新旗艦中搭載了蘋果的新一代處理器Apple A10 Fusion。

10 Fusion是基于ARM架構下，蘋果首款使用big．LITTLE配置的四核心SoC，包括兩枚高性能核心及兩枚高效節能核心。不過A10 Fusion采用就是big．LITTLE內核內置切換器方式（In－kernel switcher，IKS）而不是高通驍龍820采用的HMP方式：一個低功耗核心和一個高性能核心組成一對，共用L2緩存，作為一個虛擬CPU核心（在iOS內核中根據負載需要切換），每個虛擬CPU核心在同一時間點上只有高性能核心或低功耗核心在運作，因此在iOS中僅能看到兩顆處理器核心。

A10的高性能CPU核心代號為“颶風”（Hurricane），而低功耗CPU核心代號為“微風”（Zephyr），均為蘋果公司自行設計的ARMv8兼容微架構。蘋果宣稱此芯片較上代在CPU性能提升了40％，在圖形運算提升了50％。

這一代的A10 Fusion成為蘋果首款四核處理器，官方數據顯示，它擁有33億個晶體管，A10 Fusion處理器擁有兩個大核心和兩個小核心，在性能方面，A10 Fusion處理器會比iPhone6s的A9處理器提升40％之多，比起iPhone6的A8處理器更是高出了2倍！更重要的是，耗電量只是以往的五分之一。

同樣地，A10 Fusion處理器在GPU方面也有非常大的提升，A10的GPU處理速度比起A9處理器快了接近50％，更是A8的3倍，而耗電也比起A9減少了三分之一，比起A8直接降了一半的功耗。此外，據蘋果官方介紹，得益于全新的A10 Fusion處理器以及M10處理器，iPhone7的續航時間比iPhone6s增加了2小時，iPhone 7 Plus的續航時間也比iPhone 6s Plus增加了1小時。

當然，A10X也是少不了的產品。

Apple A10X Fusion是蘋果公司設計的64位ARM架構SoC，首次搭載于2017年6月5日發布的10．5寸iPad Pro和第二代12．9寸iPad Pro之上［1］。A10X集成了嵌入式M10協處理器［2］。A10X是A10的變種，蘋果宣稱其與A9X相比，CPU速度提升了30％，GPU速度提升了40％。

總結

問世十年，蘋果iPhone全球銷量也突破了12億臺。也就是蘋果每年銷量也會超過一億臺。蘋果公司的市值也一路狂飆。背后的技術提高和產品體驗是最基礎的保證。A系列處理的作用功不可沒。我們期待蘋果未來給我們帶來更多的新技術，更好體驗的產品。