蘋(píng)果公司的iPad2剛剛公布才不到一個(gè)月時(shí)間。人們對(duì)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(tái)的準(zhǔn)備過(guò)程中。

　　

　　一年前，當(dāng)蘋(píng)果A4處理器面世的時(shí)候，人們同樣對(duì)這款產(chǎn)品進(jìn)行了分析，當(dāng)時(shí)，人們是懷著對(duì)蘋(píng)果能在剛剛收購(gòu)了PA Semi公司不久的條件下，只花如此短的時(shí)間就推出A4處理器而感到敬佩不已的心情，對(duì)這款產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行分析。而到iPad2的A5處理器，情況則有所不同，時(shí)間已經(jīng)又過(guò)了一年了。

　　那么，蘋(píng)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(píng)果首度公開(kāi)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(kāi)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(wú)疑問(wèn)，當(dāng)時(shí)A4已經(jīng)成為蘋(píng)果采用iOS系統(tǒng)的各種設(shè)備的核心部件，也是蘋(píng)果賺錢機(jī)器中的重要一環(huán)。

　　盡管在消費(fèi)電子市場(chǎng)，不少消費(fèi)者們已經(jīng)被蘋(píng)果的產(chǎn)品攪得意亂情迷。不過(guò)這一次我們準(zhǔn)備從半導(dǎo)體市場(chǎng)和技術(shù)的角度來(lái)分析一下蘋(píng)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(chǎng)上的處理器產(chǎn)品相提并論似乎還為時(shí)過(guò)早，但由于這兩款產(chǎn)品的高產(chǎn)量和高額利潤(rùn)，其它的半導(dǎo)體公司其實(shí)也已經(jīng)開(kāi)始重視蘋(píng)果的A系列處理器產(chǎn)品。

　　當(dāng)年A4處理器公布的時(shí)候，人們最關(guān)心的問(wèn)題是這款處理器的設(shè)計(jì)工作有多少是真正由其收購(gòu)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，特別是PA Semi的那一幫人馬，來(lái)完成的？盡管當(dāng)時(shí)有關(guān)這個(gè)問(wèn)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(duì)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(píng)果收購(gòu)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(píng)果的A4處理器并非人們所想象的那樣是由蘋(píng)果自主設(shè)計(jì)而來(lái)，實(shí)際上，A4中僅有兩個(gè)電路功能模塊與三星的S5PC110有區(qū)別，可見(jiàn)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(píng)果的開(kāi)發(fā)時(shí)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(píng)果A5與A4在芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的區(qū)別：

　　通過(guò)對(duì)蘋(píng)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(lái)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(jiàn)，A5中集成的兩個(gè)ARM核心占去了A5總面積的14%左右，這個(gè)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(méi)有明確給出GPU功能模塊的位置。不過(guò)，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(gè)模塊。那么圖中的4號(hào)邏輯模塊（Logic core4）顯然比較符合這個(gè)條件，這個(gè)模塊是除了ARM核心模塊和5號(hào)邏輯模塊之外最大的一個(gè)模塊。不過(guò)同時(shí)我們也應(yīng)該注意到4號(hào)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(hào)邏輯模塊就是我們關(guān)心的GPU模塊。從占地面積來(lái)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(méi)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(cè)。從芯片圖中可見(jiàn)，一共有三套由完全相同的兩個(gè)對(duì)稱部分組成的模塊。其中一套是兩個(gè)對(duì)稱的ARM CPU核心，另外兩套套則是2X2個(gè)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(gè)模塊則沒(méi)有出現(xiàn)對(duì)稱的布局形式。另外，由于雙核系統(tǒng)必須使用仲裁器件來(lái)分派兩個(gè)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(duì)稱布置的模塊呢？我們猜測(cè)A5的兩個(gè)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(gè)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(duì)固定，令我們比較A4與A5區(qū)別的工作變得簡(jiǎn)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(méi)有發(fā)生變化。

　　這樣，從A5芯片中對(duì)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(méi)有明確標(biāo)出的WiFi和音頻模塊的位置，兩者幾乎沒(méi)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(jiàn)，A4到A5的升級(jí)所致的核心面積增長(zhǎng)，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(jiǎn)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(gè)其它的功能模塊，而到A5中，這個(gè)數(shù)字增加到了12個(gè)。盡管目前還無(wú)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(guò)，仔細(xì)觀察這些模塊內(nèi)部的存儲(chǔ)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(hào)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(méi)有出現(xiàn)存儲(chǔ)器件。而在A5中則不存在類似的模塊。總結(jié)以上的對(duì)比結(jié)果，我們可以看出，A5與A4相比并不僅僅是升級(jí)了CPU/GPU模塊的簡(jiǎn)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(dòng)。

　　現(xiàn)在我們?cè)購(gòu)奶O(píng)果的角度來(lái)看看從A4到A5他們將采取什么樣的升級(jí)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(huì)是什么呢？

　　再次回顧A4處理器：

　　2008年四月份，蘋(píng)果收購(gòu)了PA Semi公司，自那以后，蘋(píng)果多次在公開(kāi)場(chǎng)合宣稱此舉是為了”進(jìn)一步提升蘋(píng)果的產(chǎn)品與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的差異化“。較近的一個(gè)例子是蘋(píng)果高管Tim Cook曾在蘋(píng)果公司2011年第一財(cái)季營(yíng)收會(huì)議上稱：”從我們的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)來(lái)看，我們會(huì)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(chǎng)上其它產(chǎn)品的產(chǎn)品上。最近的一個(gè)例子就是A4處理器。不過(guò)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(cè)谑袌?chǎng)上還可以選擇相對(duì)更優(yōu)秀的芯片代工方案，但我們認(rèn)為購(gòu)買芯片設(shè)計(jì)的專利并不是個(gè)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(píng)果在A4上是不是真的在按照Tim Cook的這番說(shuō)辭去做的呢？從設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)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(gè)模擬功能模塊與后者有所區(qū)別?？梢?jiàn)A4與三星的S5PC110并沒(méi)有很大的區(qū)別，不過(guò)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(shuō)加入了視頻解碼硬件加速模塊，那么有心的讀者可能會(huì)想到，這與蘋(píng)果嚴(yán)格禁止Flash軟件出現(xiàn)在其iOS平臺(tái)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(shuō)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(lái)就有這么一個(gè)模塊，而并不是蘋(píng)果后來(lái)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(jiàn)，蘋(píng)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(tái)所起到的作用對(duì)蘋(píng)果而言是十分關(guān)鍵的，而且同時(shí)還背負(fù)了很大的風(fēng)險(xiǎn)。

　　由此可見(jiàn)，iOS平臺(tái)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(jiàn)的有什么建樹(shù)。相反，導(dǎo)致這些產(chǎn)品成功的因素主要是市場(chǎng)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(píng)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(gòu)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(píng)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(guò)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(píng)果已經(jīng)形成了一套完整的iOS平臺(tái)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(lái)代工制造這些元件，但是蘋(píng)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(gè)優(yōu)勢(shì)來(lái)增強(qiáng)自己的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

　　而如果要充分發(fā)揮這些集成功能上的優(yōu)勢(shì)，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(lái)負(fù)責(zé)處理和實(shí)現(xiàn)這些功能。盡管這樣做對(duì)軟件兼容性沒(méi)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(píng)果完全有可能去掉以往一些需要用軟件形式通過(guò)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(lái)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(duì)功能集成的支持，從而令自己的功能集成方面的優(yōu)勢(shì)得以進(jìn)一步發(fā)揮?？梢灶A(yù)計(jì)，在A系列處理器后續(xù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，蘋(píng)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。