苹果的处理器是什么苹果的处理器到底有哪些玄机苹果处理器百度百科




苹果的处理器是什么苹果的处理器到底有哪些玄机苹果处理器百度百科

2022-07-20 20:11:23 网络知识 官方管理员

前段时间查了一下苹果处理器发展史,原始资料来源于网络,发个贴只是整理一下,可能会有出入,有问题欢迎交流。先聊两个概念CPU和SoC:

CPU(CentralProcessingUnit)翻译中文叫中央单元,SoC(System-on-a-Chip)翻译中文叫片上系统。在电脑上我们通常叫处理器为CPU,当我们叫手机处理器为CPU时候就不再准确,应该叫SoC。在SoC中可以集成CPU、GPU、协处理器、通信模块、内存管理器等等其他外围器件,设计厂家根据自己的业务进行差异化设计(也可能是拍脑袋的或者根据心情决定的)。

回到苹果处理器上面,苹果处理器一共有4个系列:

A系列:iPhone,iPad,iPodtouch和AppleTV中使用的“片上系统”(SoC)系列,集成CPU、GPU、Cache等;

S系列:AppleWatch上使用,集成CPU、RAM、Flash、无线模块、传感器和I/O口等;

T系列:2016和2017年的MacBookPro上使用的TouchID芯片,定位在安全类的芯片,运行自己的watchOS;

W系列:一系列专注于无线和蓝牙连接的定制处理器(原来以为W是watch的缩写,好像不是,有知道的讲讲)。

放张图镇楼:

苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(1)

历代A系列SoC的参数一览:

苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(2)

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苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(4)

2Prior:

Prior:(2007年~2009年)

在苹果推出AppleA系列处理之前,iPhone早期的处理器是苹果提出规格、三星设计和生产的(这是我理解的两者分工情况,类比我们的无线或终端提出规格,海思来设计、外面代工厂生产)。生产工艺为90纳米->64纳米->45纳米过度,架构采用ARM11-》ARMCortex-A8(就是ARM公版的架构,32位的),单核单通道。这个阶段已经封装了图形处理器GPU,比同期的诺基亚手机在技术处理器上已经领先了。产品概念好技术也要领先才能被市场认可呀。

3AppleA4:

AppleA4:

AppleA4处理器由苹果公司设计、三星生产的,45nm工艺,同样采用ARMv7指令集,ARMCortex-A8的公版架构,单核,显卡与三星设计的前一代一样PowerVRSGX535。升级的一个特点是L2缓存比之前三星的版本由256KB提升到了512KB,领一个特点是A4版本的内存采用了双通道的设计,由原来的1.6G/s提升一倍到3.2G/s,能够给CPU提供更充足的带宽。总体来说A4并没有什么大的创新点,与三星处理器非常相似。网上找到的芯片内部的图片,没有指示出具体的模块位置,有了解的可以补充一下。

苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(5)

4AppleA5/A5X:

苹果A5是由美国苹果公司所设计并由三星电子所生产的ARM处理器,用于取代AppleA4。iPad2使用是AppleA5处理器的第一款设备,2011年10月4日推出的iPhone4S也采用AppleA5处理器,2012年10月推出的iPadMini仍然继续采用了AppleA5处理器,安装该芯片设备广泛的贩售了多年之久。AppleA5采用45及32纳米CoreARMCortex-A9同步双核心架构,苹果公司声称其运算性能可提升2倍,其配备有IT公司频率为200MHz的PowerVRSGX543MP2GPU,绘图性能较前一代A4提升7倍之多,具备低功耗特性,支持低功耗DDR2DRAM。A5的成本估计比A4贵75%,但随着产量增加,价格差异应会减少。

AppeA5架构上出现了一次大的变化,从原来的单核变为双核、GPU升级PowerVRSGX543MP2,工艺也在这个版本提升到了32nm,但是这一代的内核依旧是使用ARM公版Cortex-A9,没有自行设计内核。

AppleA5X是A5的派生版本,图形处理器升级至PowerVRSGX543MP4,用于iPad(第三代)。其他差异看表。A5X作为一个过渡版本,尝试了4个GPU的配置,工艺是45nm,功耗也起来了,这也是苹果的芯片发展策略,双核CPU+多GPU。

网上找到AppleA5拆解图,比较清晰的标示了主要的功能模块。对A5处理器和其九层金属进行去层处理,在芯片的右半部分发现了两个基于ARM的内核,每个内核都有大约4.5兆字节的高速缓存。集成的512MBDDRSDRAM也包含在右下角。

苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(6)

5AppleA6/A6X:

个人认为A6是苹果手机芯片的一次最重要的里程碑!从AppleA6开始,苹果不再使用公版ARM内核,转而使用自研的ARM内核。依旧是三星进行生产,工艺再次提升到32nm。AppleA6的架构名称为Swift,使用ARMv7指令集。并含有多项ARMCortex-A15MPCore的特性,例如支持AdvancedSIMDv2和VFPv4。Swift有三个前端解码管线和2个FPU单元,相比之下,基于Cortex-A9的CPU只有2个前端解码管线和1个FPU单元。A6处理器封装了1GBLPDDR2-1066RAM,相比之下A5处理器只封装了512MBLPDDR2-800RAM,理论内存带宽也从A5的6.4GB/s增加至8.5GB/s。A6还搭载了一个新版的ISP,与A5对比,A6的拍摄速度、低光照下性能、噪声消去和视频防抖性能都有提升。

A6X是苹果公司客制化的SoC。它是AppleA6的衍生版本,包含与AppleA6相同的同步双核心ARMv7架构中央处理器,仅图形处理器升级到运行于300MHz的四核心PowerVRSGX554MP4。不同于A6,A6X被导热片覆盖,且内存模块与芯片分开封装。

A6X同样由三星电子代工,使用32纳米制程HKMG(High-κMetalGate)制造,面积123mm,比A6大26%。A6X是该公司最后一款32位元架构的A系列SoC。

A6使用自研的双核架构+GPU开始对抗安卓阵营的4核8核的时代,功耗得到很好的控制,这就是架构的厉害(当然也会系统有关)!这里想多说几句,苹果因为懂自己的业务,在设计芯片时候能够把这种优势发挥出来,并且落实的架构中。华为应该可以是可以学习的,设计出更好的架构,至少要比高通好,只是谁能来拉通这个事情呢?!我这小兵感慨一下下。

照例找了一下A6的内部结构图,标示的不多,但可以看见里面有3个GPU,工艺相比A5X的45nm使用了32nm工艺,工艺提升,GPU也少了一个,功耗也就控制下来。功耗不就是ARM战胜Intel的核心么,控制不住功耗就没意义了。

苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(7)

6AppleA7

A7是首款ARMv864位SoC,28nm工艺,一举拉开了与其他厂商的差距,这一代也就是高通被拉开差距的一代。2011年10月ARM推出全新的一代64位指令集ARMv8-A,2012年10月30日发布了Cortex-A53和Cortex-A57内核。2013年9月苹果发布了自己的全新架构的64位处理器AppleA7,而这时候的高通还在使用ARM的公版,2015年推出自己的64位Kryo架构产品骁龙820。被苹果拉开2年差距,海思麒麟芯片也在这个时候上位了。从某种意义上讲,不是麒麟发展速度快了,而是高通摔了一跤。

在AppleA7中,开始使用L3cache,同时内存也由原来的32位双通道改为64位单通道(12.8GB/s),性能比A6(8.528GB/s)高,比A6X(17.1GB/s)低。从这里的两代AxX产品可以发现,评估的过渡版本芯片是用来做性能摸高的,实际在正式版本中会权衡性能和功耗。

忘了说,A7这一代的内核架构名称叫Cyclone。没有A7X产品。在GPU上性能也有大幅提升。经Chipworks检测,新的GPU是全新6系PowerVRG6430,苹果表示GPU性能已达初代iPhone的56倍,性能达到游戏主机级别(即是PS3和Xbox360)。测试表明性能已经远超iPad上采用的PowerVRSGX543MP4组合。工艺提升之后终于在AppleA7上看见了成熟的4GPU的方案。即GPU是Imagination的PowerVRSeries6的四个集群版本,即G6430。

苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(8)

7AppleA8

AppleA8的架构叫Typhoon,同样是64位双核,GPU进行了升级,工艺台积电使用了20nm,不是三星代工的了(三星亦敌亦友总是受制于人就换了吧)。苹果公司表示,它的CPU性能提高了25%,图形性能提高了50%,而与之前的苹果A7相比,它的功耗仅为50%。不过这代的台积电的工艺并不成熟,比起高通的处理器810,核少频率低,功耗也还好吧。

A8的内部结构图找了一下,继续提升GPU竞争力,又多了2个SharedTextureUnit。

A8X上苹果尝试了三核CPU+8核GPU的架构,又进行了一次技术突破。

看下A8的内部结构:

苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(9)

1AppleA9/A9X:

AppleA9的架构是Twister,采用2核+6核GPU,还加入了M9运动协处理器。A9有14nm和16nm两种工艺版本,没错,和三星重归于好了。苹果公司宣称该芯片较前一代苹果A8的中央处理器性能提高了70%,而图形性能提高了90%。它具有以下特性:16级指令流水线,指令发射宽度为6,加载指令延迟周期为4,分支预测失败代价周期为9,拥有4条整数流水线、4个算术逻辑单元、2个存取单元、2个分支单元等。A9芯片相较A8芯片性能的大幅提升主要是得益于其1.85GHz的主频率、更好的存储子系统、更细致入微的微架构调校和更低的工艺节点。

A9X继续升级摸高,12个GPU+64位双通道DDR。

找到了图,但是没有表示位置,不过看了前面的图,也能猜的差不多了。

苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(10)

A9X:

苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(11)

1AppleA10/A10XFusion

和安卓阵营一直增加CPU核数不同,苹果之前一直在加GPU。在A10上也采用了4核设计(2大核和2小核,架构名字叫(2xHurricane+2xZephyr),GPU和A9一样的是6个,但有升级。

A10Fusion采用big.LITTLE内核内置切换器方式(In-kernelswitcher,IKS)而不是高通骁龙820采用的HMP方式:一个低功耗核心和一个高性能核心组成一对,共用L2缓存,作为一个虚拟CPU核心(在iOS内核中根据负载需要切换),每个虚拟CPU核心在同一时间点上只有高性能核心或低功耗核心在运作,因此在iOS中仅能看到两颗处理器核心。A10的高性能CPU核心代号为“飓风”(Hurricane),而低功耗CPU核心代号为“微风”(Zephyr),均为苹果公司自行设计的ARMv8兼容微架构。苹果宣称此芯片较上代在CPU性能提升了40%,在图形运算提升了50%。

A10又没有选择三星代工生产。上个图片吧。

苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(12)

A10X这次的过渡版本主要是试了一下工艺,选择了10nm,同时CPU设计了6核(3大Hurricane+3小Zephyr),继续摸高。

A10X:

苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(13)

苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(14)

10AppleA11Bionic

A11的CPU部分为六核心设计,由2颗代号为“季风”(Monsoon)的高性能核心及4颗代号为“西北风”(Mistral)的节能核心以big.LITTLE配置组成,具备容量达8MiB的二级缓存,但取消了三级缓存。A11与前代芯片最大的不同是使用第二代性能控制器,采用HMP全域任务调度形式能使6颗CPU核心得以同时运行。苹果公司一如既往不公开A11的CPU时钟频率信息,不过根据某些性能测试工具(如GeekBench)的大略量度,高性能CPU核心的最高时钟频率大约为2.5GHz,节电CPU核心的最高时钟频率大约为1.5GHz。A11除了集成了由苹果公司所设计之3核心图形处理器(GPU)以外,也开始内置支持光照环境侦测和先进像素处理的图像处理单元(ISP),另A11亦包含了每秒能够演算出6000亿笔指令,被苹果公司命名为NeuralEngine的神经网络专用加速电路模块,以运用于FaceID、Animoji及其他机器学习任务上。苹果公司称相较于前代的AppleA10Fusion,CPU部分高性能核心和节电核心的性能分别提升25%及70%,GPU性能较前代提升30%。

苹果的处理器是什么(苹果的处理器到底有哪些玄机)(15)

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