有人曾說，三個(gè)蘋果改變了世界，第一個(gè)蘋果誘惑了夏娃，第二個(gè)蘋果砸醒了牛頓，而史蒂夫·喬布斯則握住了第三個(gè)蘋果，改變了人們的通訊、娛樂和生活方式。無論是具有跨時(shí)代意義的第一臺(tái)一體機(jī)Apple II，還是開啟智能手機(jī)新時(shí)代的第一代iPhone，蘋果似乎總敢于做“第一個(gè)吃螃蟹的人”，在“造芯”方面也不例外。

　　當(dāng)大多手機(jī)廠商還沒有“覺醒”自研芯片這個(gè)意識(shí)的時(shí)候，蘋果早在2007年就已經(jīng)開始著手研發(fā)自家芯片，通過收購P.A半導(dǎo)體和Intrinsity，掌握芯片設(shè)計(jì)技術(shù)。喬布斯曾認(rèn)為，一個(gè)真正要把軟件做到最好的公司肯定要自己做硬件，做好“軟硬一體”。而芯片顯然是最核心的硬件組成部分，從2010年首款蘋果自研芯片A4落地至今，到今天發(fā)布的M1 Ultra，蘋果在“造芯”路上已經(jīng)狂奔了十余年，仔細(xì)數(shù)數(shù)，推出的處理器竟也有三十余款。本篇文章，筆者就來盤點(diǎn)這些年蘋果造過的那些芯片（處理器）。

　　因?yàn)榻裉焯O果發(fā)布了M1 Ultra，我們首先從這個(gè)產(chǎn)品和該系列開始。

　　騰空出世的M系列

　　從時(shí)間上看，M系列應(yīng)該是蘋果最晚推出的芯片系列，這也不難理解，畢竟相比手機(jī)、手表、無線芯片，電腦芯片的設(shè)計(jì)要求顯然是最為嚴(yán)格的。目前來看，蘋果該系列以前推出的M1、 M1 Pro 和 M1 Max三款產(chǎn)品，加上M1 Ultra，蘋果M系列已經(jīng)有了四款芯片。

　　按照蘋果所說， 最新的M1 Ultra是 Apple 芯片和Mac 的下一個(gè)巨大飛躍。在新芯片中，他們采用了UltraFusion封裝——Apple 的創(chuàng)新封裝架構(gòu)，將兩個(gè) M1 Max 芯片的裸片互連，以創(chuàng)建出了具有前所未有性能和功能水平的片上系統(tǒng) (SoC)。

　　據(jù)介紹，同樣由5nm工藝制造的新SoC 有1140 億個(gè)晶體管，是個(gè)人計(jì)算機(jī)芯片中有史以來最多的。M1 Ultra 可配置高達(dá) 128GB 的高帶寬、低延遲統(tǒng)一內(nèi)存，可通過 20 核 CPU、64 核 GPU 和 32 核神經(jīng)引擎訪問，為開發(fā)人員編譯代碼提供驚人的性能，在以前無法渲染的巨大 3D 環(huán)境中工作的藝術(shù)家，以及可以將視頻轉(zhuǎn)碼為 ProRes 的視頻專業(yè)人士的速度比使用帶有 Afterburner 的 28 核Mac Pro 快 5.6 倍。

　　具體來看，在 CPU 方面，Apple 新芯片現(xiàn)在總共提供 20 個(gè) CPU 內(nèi)核。這包括 16 個(gè)注重性能的 Firestorm 核心和 4 個(gè)注重效率的 Icestorm 核心。鑒于 M1 Ultra 僅針對(duì)臺(tái)式機(jī)這與 M1 Max 不同，其帶來的性能提升也是明顯的。

　　Anandtech表示，在實(shí)踐中，如果 M1 Ultra CPU 內(nèi)核的時(shí)鐘頻率遠(yuǎn)高于 M1 Max，我會(huì)感到驚訝。而他們對(duì)于蘋果這顆的CPU性能是喜憂參半。他們表示，對(duì)于多線程工作負(fù)載，16 個(gè) Firestorm 內(nèi)核將提供足夠的吞吐量以在某些性能圖表中名列前茅。但對(duì)于單線程/輕線程工作負(fù)載，F(xiàn)irestorm 已經(jīng)被英特爾的 Golden Cove CPU 架構(gòu)等較新的架構(gòu)超越。因此Anandtech 強(qiáng)調(diào)，我們不要指望蘋果在這里恢復(fù)單線程性能的領(lǐng)先地位，我們應(yīng)該更關(guān)注機(jī)器翻譯，尤其是能源效率。

　　將芯片上的 M1 Max 芯片數(shù)量翻倍意味著 Apple 能夠?qū)⑿酒系膬?nèi)存通道數(shù)量翻倍，從而使它們的整體內(nèi)存帶寬翻倍。據(jù)蘋果介紹，M1 Max 有 16 個(gè)LPDDR5-6400 通道，總內(nèi)存帶寬為 408GB/秒，而M1 Ultra 將其翻倍，達(dá)到 32 個(gè) LPDDR5 通道和 800GB/秒的內(nèi)存帶寬。與 M1 Max 一樣，這是通過將 LPDDR5 芯片直接焊接到芯片封裝上來實(shí)現(xiàn)的，在 M1 Ultra 上總共有 8 個(gè)芯片。

　　加倍的內(nèi)存芯片還允許 Apple 將其硬件中可用的內(nèi)存總量增加一倍。M1 Max 最高為 64GB，而 M1 Ultra 最高為128GB。但這仍然比真正的高端工作站（如 Mac Pro）上的內(nèi)存要少。

　　Anandtech 也指出，正如在推出 M1 Max 時(shí)看到的那樣，Apple已經(jīng)為其 SoC 提供了比 CPU 內(nèi)核單獨(dú)消耗的帶寬更多的帶寬，因此雙倍帶寬不太可能產(chǎn)生太大影響，而不是確保 CPU 內(nèi)核是和他們?cè)?M1 Max 上一樣好。相反，所有這些額外的內(nèi)存帶寬都是為了跟上不斷增長的 GPU 內(nèi)核數(shù)量。

　　而GPU也是anandtech 認(rèn)為蘋果新芯片最有趣的地方。因?yàn)閼{借 32 個(gè) GPU 內(nèi)核，M1 Max 已經(jīng)創(chuàng)造了單片集成 GPU 的記錄。現(xiàn)在，Apple 又將單芯片上的 GPU 核心數(shù)量翻了一番，達(dá)到了 64 個(gè) GPU 內(nèi)核。

　　Anandtech作者表示，與幾十年來在工作站中很常見的多裸片/多芯片 CPU 配置不同，多裸片GPU 配置是一種截然不同的野獸。GPU 消耗的內(nèi)部帶寬量（對(duì)于高端部件而言遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 1TB/秒），這一直使得將它們連接起來在技術(shù)上令人望而卻步。因此，在傳統(tǒng)的多 GPU 系統(tǒng)（例如 Mac Pro）中，每個(gè) GPU 都作為系統(tǒng)的單獨(dú)設(shè)備呈現(xiàn)，軟件供應(yīng)商需要尋找創(chuàng)新的方式將它們一起使用。在實(shí)踐中，這意味著讓多個(gè) GPU 處理不同的任務(wù)，因?yàn)閹挷蛔阋馕吨鼈儾荒苡行У貐f(xié)同處理單個(gè)圖形任務(wù)。

　　但是，如果你能以某種方式將多個(gè) GPU 連接到一個(gè)巨大的die to die帶寬——?jiǎng)t足以復(fù)制它們的內(nèi)部帶寬——那么你也許可以在一個(gè)任務(wù)中一起使用它們。這使得以透明方式組合多個(gè) GPU 成為多 GPU 設(shè)計(jì)的圣杯。十多年來，多家公司一直在努力解決這個(gè)問題，而蘋果似乎正在開辟新天地，成為第一家實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的公司。

　　正如蘋果所說，M1 Ultra 的基礎(chǔ)是極其強(qiáng)大和節(jié)能的 M1 Max。為了構(gòu)建 M1 Ultra，兩個(gè) M1 Max 的芯片使用 Apple 定制的封裝架構(gòu) UltraFusion 連接。擴(kuò)展性能最常見的方法是通過主板連接兩個(gè)芯片，這通常會(huì)帶來重大的權(quán)衡，包括增加延遲、減少帶寬和增加功耗。然而，Apple 的創(chuàng)新 UltraFusion 使用硅中介層連接超過 10,000 個(gè)信號(hào)的芯片，提供 2.5TB/s 的低延遲、處理器間帶寬——是領(lǐng)先的多芯片互連技術(shù)帶寬的 4 倍以上。這使 M1 Ultra 能夠作為一個(gè)芯片運(yùn)行并被軟件識(shí)別，因此開發(fā)人員無需重寫代碼即可利用其性能。

　　關(guān)于這個(gè)封裝，按照anandtech的說法，這是一個(gè)2.5D的封裝。具體做法是蘋果在M1 Max 邊緣設(shè)計(jì)了一個(gè)具有非常高速的接口，然后在硅中介層的幫助下，允許連接兩個(gè) M1 Max 裸片，關(guān)于這個(gè)技術(shù)，蘋果并沒有披露任何細(xì)節(jié)，只是強(qiáng)調(diào)了上述披露的驚人速度。

　　Anandtech也指出，雖然從實(shí)施到實(shí)施的細(xì)節(jié)非常不同，但該技術(shù)的基礎(chǔ)是相同的。在所有情況下，某種硅中介層被放置在兩個(gè)芯片下方，然后兩個(gè)芯片之間的信號(hào)通過中介層路由。硅的超精細(xì)制造能力意味著可以在兩個(gè)芯片之間布線大量的跡線——在蘋果的例子中，超過 10,000 條——這允許兩個(gè)芯片之間的超寬、超高帶寬連接。

　　如上所述，借助 UltraFusion，Apple 能夠在兩個(gè) M1 Max 芯片之間提供令人難以置信的 2.5TB/秒帶寬。即使我們假設(shè)這是一個(gè)匯總數(shù)字——同時(shí)將兩個(gè)方向相加——這仍然意味著它們?cè)诿總€(gè)方向上都有 1.25TB/秒的帶寬。這意味著所有這些都接近某些芯片使用的內(nèi)部帶寬，并且超過了蘋果公司800GB/秒的總 DRAM 帶寬。

　　圖片　　由此可見，Apple 已成為第一家將兩個(gè) GPU 綁定在一起并擁有如此大量帶寬的供應(yīng)商。這使他們能夠嘗試將兩個(gè) GPU 作為單個(gè)設(shè)備呈現(xiàn)給操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，因?yàn)樗试S他們根據(jù)需要在 GPU 之間快速移動(dòng)數(shù)據(jù)。

　　正因?yàn)橛辛诉@個(gè)封裝技術(shù)的加持，蘋果表示，公司 M1 Ultra 的 GPU 性能超過了 NVIDIA 的 GeForce RTX 3090，后者是目前市場(chǎng)上最快的顯卡。在做到這一點(diǎn)的同時(shí)，芯片僅僅消耗超過 100 瓦，這比RTX 3090足足少了200 瓦。

　　M1 Ultra 還有一個(gè)32 核的神經(jīng)引擎，每秒可以運(yùn)行高達(dá) 22 萬億次運(yùn)算，可加速完成最具挑戰(zhàn)性的機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)。此外，M1 Ultra 的媒體引擎功能是 M1 Max 的兩倍，提供前所未有的 ProRes 視頻編碼和解碼吞吐量。

　　M1 Ultra 還集成了定制的 Apple 技術(shù)，例如能夠驅(qū)動(dòng)多個(gè)外部顯示器的顯示引擎、集成的 Thunderbolt4 控制器以及一流的安全性，包括 Apple 最新的Secure Enclave、硬件驗(yàn)證的安全啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)防開發(fā)技術(shù)。

　　毫無疑問，這是一個(gè)顛覆了大家固有思路的實(shí)現(xiàn)方式。然后，我們?cè)倏丛撓盗械钠渌a(chǎn)品。

　　M1

　　M1 處理器于2020年 11 月推出，是蘋果首款針對(duì)Mac電腦的自研芯片，除了搭載在2021 年更新的iMac和iPadPro之外，它還在Apple 改進(jìn)的 MacBook Air、13 英寸 MacBook Pro和入門級(jí) Mac Mini中使用。

　　M1基于臺(tái)積電的5nm工藝打造，擁有高達(dá)160億個(gè)晶體管，在CPU部分，M1芯片集成了8個(gè)核心，包括4個(gè)高性能大核心和4個(gè)高效能小核心，混合運(yùn)行以協(xié)助處理多線程任務(wù)。據(jù)Anandtech分析，蘋果M1芯片的大核心使用Firestorm微架構(gòu)，CPU內(nèi)核的二級(jí)緩存升級(jí)到了16M。蘋果表示，相比2012年時(shí)的Mac產(chǎn)品所搭載的處理器，M1芯片的CPU能效比已經(jīng)提升了3倍。

　　在GPU方面，M1配備了8核心的GPU，圖形性能相比前代產(chǎn)品性能提升5倍以上。在NPU方面，M1集成了16核的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU），算力為11TOPS。此外，M1芯片還支持了高達(dá)16GB的具有高帶寬、低延遲特性的統(tǒng)一內(nèi)存體系架構(gòu)。

　　M1PRO

　　M1Pro作為M1的升級(jí)版本，搭載設(shè)備為2021 款 MacBook Pro，依然采用5nm工藝，有337億個(gè)晶體管，10核心CPU（ 8個(gè)高性能核心，2個(gè)高能效核心），速度最高提升70%，是M1的兩倍。其中，大核心采用超寬流水線架構(gòu)，每個(gè)核心是192KB一級(jí)指令緩存、128KB一級(jí)數(shù)據(jù)緩存，共享二級(jí)緩存隨著核心數(shù)翻番至24MB。小核心為寬流水線架構(gòu)，每個(gè)核心繼續(xù)128KB一級(jí)指令緩存、64KB一級(jí)數(shù)據(jù)緩存，二級(jí)緩存4MB，平均每個(gè)核心翻了一番。

　　GPU部分，M1 Pro擁有16個(gè)核心，2048個(gè)執(zhí)行單元，支持最多49512個(gè)并發(fā)線程，浮點(diǎn)性能5.2TFlops，紋理填充率1640億每秒，像素填充率820億每秒。

　　NPU方面，M1 Pro還是16核心，支持硬件加速H.264、HEVCProRes/ProRes RAW視頻編解碼，支持多個(gè)4K、8KProRes視頻流。

　　此外，M1 Pro還采用統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)，總?cè)萘窟_(dá)32GB LPDDR5，256-bit位寬，200GB/s高帶寬和低延遲，并采用了蘋果設(shè)計(jì)的定制封裝。

　　M1MAX

　　M1Max是M1系列最高端的版本，搭載設(shè)備為2021 款 MacBook Pro，工藝方面依然采用5nm工藝，雖然和M1 Pro具有相同的10 核 CPU 配置（8個(gè)高性能核心，2個(gè)高能效核心），相比Pro，Max的圖形處理性能、內(nèi)存帶寬都統(tǒng)統(tǒng)翻倍。

　　據(jù)介紹，M1 Max內(nèi)存帶寬高達(dá) 400GB/s、RAM高達(dá) 64GB 內(nèi)存，GPU方面具有 32 個(gè)內(nèi)核以及4096 個(gè)執(zhí)行單元，并發(fā)線程最多可以達(dá)到98304個(gè)，浮點(diǎn)算里力10.4TFlops，紋理上的填充率為每秒3270個(gè)，和原始 M1 的 GPU 性能提高了四倍。此外，M1 Max在432mm?的面積內(nèi)擁有 570 億個(gè)晶體管，是Apple 迄今為止制造的最大芯片。

　　初戰(zhàn)告捷的A系列

　　A系列是蘋果在造芯路上的小試牛刀，從2010年的A4到2021年的A15,A系列已經(jīng)推出了超19款芯片。同時(shí)，隨著蘋果設(shè)計(jì)工藝的日漸成熟，A系列芯片性能也是如同火箭般成倍增長。

　　A4

　　A4處理器作為蘋果自研芯片的“處女作”，據(jù)iPad官方演示的圖片，這款A(yù)4處理器的制造日期是2009年9月，于2010年1月正式發(fā)布，3月投產(chǎn)，第一代iPad則是其首發(fā)的產(chǎn)品，此后開始出現(xiàn)在iPhone4，iPod Touch和Apple TV等產(chǎn)品上。不過大家對(duì)這款芯片的自研程度似乎都不太認(rèn)可，原因在于其與三星S5PC110有著相似的核心布局。

　　具體來看，A4處理器采用了一顆定制的三星45nm制程800MHz ARM Cortex-A8的單核心處理器，在同樣的頻率下，CPU核心比ARM標(biāo)準(zhǔn)的Cortex-A8核心可以多處理大約10%的指令，二級(jí)緩存增加至640KB。GPU則是PowerVR SGX 535，并通過采用GPU核心與RAM直連的方式極大得提升了GPU的性能。

　　A5

　　A5處理器作為iOS平臺(tái)首款雙核處理器，于2011年3月蘋果新品發(fā)布會(huì)上首次亮相，最先搭載在iPad 2上，計(jì)算性能相比A4提升2倍，圖形顯示性能提升9倍。

　　A5處理器制程仍為三星45nm工藝，核心面積高達(dá)122mm2，采用了支持多核心的Cortex-A9架構(gòu)處理器，并且采用9層銅互連層+1多晶硅層的結(jié)構(gòu)和堆疊封裝，支持低功耗DDR2內(nèi)存(LPDDR2)技術(shù)。GPU核心架構(gòu)為Imagination Technologies的PowerVR SGX543MP2。

　　A5X

　　A5X于2012年3月發(fā)布，是一款兩U融合的全新處理器，運(yùn)行設(shè)備為iPad3，由于集成了四顆圖形處理器，因此圖形處理能力為A5的兩倍。

　　A5X制程依舊是三星45nm工藝，核心面積達(dá)到了162.94mm2，搭載了雙核Cortex-A9，GPU是SGX543MP4 250MHz，同時(shí)內(nèi)存位寬128bit，使用了四通道LPDDR2 32bit 800MHz，帶寬達(dá)到12.8GB/s，并且擁有2倍RAM來支撐它強(qiáng)大的2048*1056分辨率屏幕。

　　A6處理器

　　A6于2012年9月隨著iPhone5的上市推出，用上了蘋果第一代自研CPU核心,性能是上代的兩倍。

　　A6基于ARMv7指令集，采用三星32nmHKMG工藝，雙核1.3ghz的頻率，擁有更高的性能和更低的功耗。在GPU方面，A6集成了一顆三核芯的PowerVRSGX 543MP3圖形處理單元，內(nèi)存位寬為64-bit，擁有四個(gè)USSE2管道，每個(gè)管道都有四路矢量ALU單元和32Flops的浮點(diǎn)性能。

　　A6X

　　A6X于2012年10月發(fā)布，運(yùn)行設(shè)備為iPad4（2012），整合了兩個(gè)CPU核心和四個(gè)GPU核心，CPU和圖形性能比A5X處理器高出兩倍。

　　A6X使用三星32nm HKMG工藝制造，內(nèi)核面積高達(dá)123mm2，比A6高出30%。CPU部分基本沒變，與A6布局幾乎一模一樣，兩個(gè)蘋果自己設(shè)計(jì)的Swift核心，只是主頻從1.3GHz提高到1.4GHz。其中 A6X 的GPU核心從3個(gè)增加到4個(gè)，每個(gè)GPU核心都被分成9個(gè)子核心，其中4個(gè)為一組，兩組相同的子核心，外加一個(gè)中央核心。這種處理方式將能提高最大時(shí)鐘頻率，從而給 iPad 4 帶來更好的圖形處理能力。

　　A7處理器

　　A7是全球首款64位移動(dòng)SoC，于2013年發(fā)布，首先應(yīng)用在iPhone5s上，此外還應(yīng)用于iPad Mini 2（2013）、iPadMini 3（2014）上。據(jù)蘋果公司介紹，A7性能是A6的2倍，初代的40倍，而圖形能力是初代的56倍。

　　A7處理器是一款基于28nm工藝制程的雙核處理器（ARM v8架構(gòu)，主頻為1.3GHz），內(nèi)置的GPU為四核心（Power VR G6430），內(nèi)核面積為102mm2，晶體管數(shù)約10億，提供了用于保護(hù)Touch ID生物數(shù)據(jù)的安全Enclave。此外，A7中的安全區(qū)域中還擁有至少3MB的SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，不需要刷新電路就能保存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)）。

　　A8處理器

　　A8處理器于2014年9月推出，運(yùn)行設(shè)備包括iPhone 6、iPhone6 Plus、iPad Touch ( 6代 )、iPad Mini 4、Apple TV ( 4代 )、HomePod。根據(jù)官方宣布，A8處理器最大能夠獲得25%的CPU性能提升，50%的圖形性能提升。

　　A8處理器采用了20nm的工藝，包含20億個(gè)晶體管，盡管A8的晶體管數(shù)量是A7的兩倍，但物理尺寸卻減少了13％，降至89 mm 2。CPU采用第二代Cyclone核心，主頻1.4GHz，GPU為4顆PowerVR G6450核心，基于六個(gè)USC(統(tǒng)一著色器集群)和PowerVR自家Rogue構(gòu)架。

　　A8X

　　A8X 于2014年10月發(fā)布，是蘋果首款三核的移動(dòng)處理器，蘋果宣稱A8X性能比蘋果A7高出40％。

　　A8X處理器芯片面積大約為125mm2，總晶體管的數(shù)量大約為30億個(gè)，與A8相比，晶體管數(shù)量增加了約50％，但面積只增大了40％。此外，A8X采用20nm制程工藝，使用的ARMv8.0-A為三核CPU，更內(nèi)置了八顆GPU核心，圖形處理器為PowerVR GXA6850，經(jīng)過估算，GXA6850 GPU部分的面積約是38mm2，約占整個(gè)處理器的30％。

　　A9處理器

　　A9處理器于2015年9月發(fā)布，是蘋果公司的第三代64位雙核移動(dòng)處理器，用于iPhone 6s、iPhone 6s plus、iPhone SE與iPad 5th。蘋果宣稱A9整體性能相比前代產(chǎn)品提升70%之多，圖形性能提升高達(dá)90%。

　　需要注意的是，A9處理器分為由三星或臺(tái)積電代工的兩個(gè)版本，其中，用于iPhone6s上的A9處理器型號(hào)為APL0898，封裝的是三星2GB LPDDR4 RAM，采用了三星14nm FinFET工藝制造；而用于iPhone6s Plus的A9處理器型號(hào)為 APL1022，封裝的是海力士2GB LPDDR4 RAM，采用臺(tái)積電16nm FinFET工藝制造。

　　雖然兩款芯片核心面積差了約9%，但是內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻相差無幾，都有相同的CPU、GPU、內(nèi)存控制器、協(xié)處理器等，只不過在具體的布局、細(xì)節(jié)方面會(huì)略有一些差異。

　　以三星版本為例，這款A(yù)9芯片包含了雙核心CPU、六核心GPU和兩個(gè)SRAM，以及協(xié)處理器M9。其中，CPU部分基于ARMv8-A架構(gòu)，主頻提升到了1.8GHz。此外，A9的一級(jí)緩存非常大，每個(gè)核心擁有64KB的一級(jí)數(shù)據(jù)緩存和64KB的一級(jí)指令緩存，二級(jí)緩存為3MB，三級(jí)緩存更是高達(dá)8MB。

　　在GPU方面，A9使用了PowerVR最新的第七代PowerVR GT7600 GPU。GT7600擁有6個(gè)USC，每個(gè)USC有32個(gè)ALU，因此總計(jì)有192個(gè)ALU核心。

　　A9X

　　A9X處理器于2015年9月推出，是iPad Pro所用的處理器，相比之前的A8X處理器，A9X擁有兩倍于前者的帶寬和存儲(chǔ)性能。芯片的速度比A8X要快1.8倍，GPU表現(xiàn)比第一代iPad提升了360倍。

　　A9X核心面積為147mm2，采用臺(tái)積電16nm FinFET工藝，雙核，內(nèi)核架構(gòu)為ARMv8.0-A，GPU為PowerVR Series 7XT系列，內(nèi)核中共有6個(gè)GPU單元，每個(gè)單元內(nèi)有兩個(gè)GPU核心，即共有12個(gè)GPU核心，共計(jì)384個(gè)流處理器。

　　A10 Fusion

　　A10Fusion是蘋果首款四核處理器，于2016年9月正式發(fā)布，在處理器性能方面相對(duì)于A9提升了40%，是第一代iPhone的120倍，而在圖形處理方面，較A9處理器提升50%。搭載產(chǎn)品有iPhone 7，iPhone7 Plus，iPad（第六代），iPad（第七代）以及iPod touch（第七代）。

　　A10Fusion擁有33億個(gè)晶體管，基于ARM架構(gòu)下，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(jié)能核心。其中，高性能CPU核心代號(hào)為“颶風(fēng)”（Hurricane），而低功耗CPU核心代號(hào)為“微風(fēng)”（Zephyr），均為蘋果公司自行設(shè)計(jì)的ARMv8兼容微架構(gòu)。GPU則為PowerVR GT7600，內(nèi)核面積為125mm2，采用臺(tái)積電16nm工藝。

　　A10X Fusion

　　A10XFusion于2017年6月發(fā)布，運(yùn)行設(shè)備包括iPad Pro 2 ( 10.5寸 2017 )、iPad Pro 2 ( 12.9寸 2017 )、Apple TV 4K。根據(jù)官網(wǎng)介紹，A10X較A9X在CPU和GPU性能上各提升30%及40%。

　　A10X采用臺(tái)積電10nm工藝，核心面積96.4mm2，比A9X面積大約小了三分之一。A10X采用全新的“3+3+12”架構(gòu)，其中3個(gè)為高性能處理核心、3個(gè)為高能效處理核心，剩下12個(gè)為GPU處理器。CPU部分為6核心設(shè)計(jì)，3大3小，頻率為2.36GHz，內(nèi)存為128bit LPDDR4。

　　A11 Bionic

　　A11Bionic于2017年9月推出，搭載于iPhone 8、iPhone8 Plus以及iPhone X，是全球首款具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎（NPU）的處理器。蘋果表示 A11比 A10 節(jié)能 70%，性能還有 25% 提升。

　　A11處理器集成 43 億個(gè)晶體管，內(nèi)核面積為87.66mm2，采用了臺(tái)積電 10 nm 工藝制程。在CPU方面，A11搭載了64位ARMv8-A架構(gòu)的6核CPU，其中包括2個(gè)名為“Monsoon”的性能核和4個(gè)名為“Mistral”的能效核，性能核比上一代A10里的快了25%，能效核則快了70%。在GPU方面，A11搭載蘋果首款獨(dú)立設(shè)計(jì)的三核GPU，蘋果表示它要比iPhone 7上使用的Imagination GPU速度快了30%。

　　A11的亮點(diǎn)在于搭載了一個(gè)專用于機(jī)器學(xué)習(xí)的硬件——“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎（neural engine）”。A11的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎采用雙核設(shè)計(jì)，每秒運(yùn)算次數(shù)最高可達(dá)6000億次，相當(dāng)于0.6TFlops，專門針對(duì)Face ID，Animoji和AR應(yīng)用程序的ASIC。

　　A12 Bionic

　　A12Bionic于2018年推出，是業(yè)界首款7nm工藝制程芯片，搭載在iPhone XS、iPhone XS Max、iPhone XR、iPad mini（第五代）、iPad（第八代）、iPad Air（第三代）以及Apple TV 4K（第二代）上。

　　據(jù)了解，A12 Bionic包含的6核中央處理器、4核圖形處理器以及8核神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎均為蘋果公司自行研發(fā)。A12 Bionic采用2顆Vortex2.5GHz大核和4顆1.59GHz Tempest小核組成六核CPU，通過采用六核心融合架構(gòu)，兩個(gè)性能核心的速度最高提升15%，四個(gè)能效核心的節(jié)能最高可達(dá)50%。GPU為自研的四核G11P，頻率超過1.1GHz，圖形性能提升最高可達(dá)50%。

　　此外，A12 仿生的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎搭載八個(gè)核心，每秒可執(zhí)行五萬億次運(yùn)算，在 A12 仿生的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎上運(yùn)行的 Core ML，速度最高可達(dá) A11 仿生的九倍，但它的能耗為 A11 仿生的十分之一。

　　A12X Bionic

　　A12XBionic于2018年10月發(fā)布，搭載在iPad Pro 3 ( 11寸 2018 )、iPad Pro 3 ( 12.9寸 2018 )上。在CPU性能上，蘋果表示A12X的單核性能比A10X提升35%，多核性能提升90%

　　A12XBionic同樣采用7nm工藝，但晶體管數(shù)量從A12的69億增加到了100億個(gè)。在CPU方面，搭載了蘋果首款8核CPU架構(gòu)，由4個(gè)Vortex高性能核心及4個(gè)Tempest高能效核心組成。GPU方面，A12X處理器為7核GPU架構(gòu)。NPU方面，A12X也支持A12上的NPU單元，性能也是5萬億次，應(yīng)該也是8核NPU單元。

　　A12Z Bionic

　　A12ZBionic于2020年3月推出，搭載在iPad Pro 4 ( 11寸 2020 )、iPad Pro 4 ( 12.9寸 2020 )上。

　　根據(jù)媒體報(bào)道，A12Z與2018年款的iPad Pro使用的A12X處理器并沒有太大的提升，處理器架構(gòu)幾乎沒有差別。蘋果在新iPad Pro發(fā)布的新聞稿中表示，A12Z Bionic處理器的變化之一是增加了第八個(gè)GPU內(nèi)核。

　　實(shí)際上A12X Bionic同樣具有八個(gè)核心，但其中一個(gè)被Apple給禁用，而A12Z僅僅是將那個(gè)被封鎖的核心給「開核」而已。

　　A13 Bionic

　　A13Bionic于2019年9月發(fā)布，搭載于iPhone 11、iPhone11 Pro、iPhone 11 Pro Max、iPhoneSE（2020）、ipad（2021）上。

　　A13Bionic采用第二代7nm工藝，包含85億個(gè)晶體管，6個(gè)CPU內(nèi)核由2顆運(yùn)行頻率為2.66 GHz的高性能內(nèi)核(稱為Lightning)和4顆效率內(nèi)核(稱為Thunder)，2個(gè)高性能核心速度提升20%，功耗降低30%，4個(gè)效能核心速度同樣提升20%，功耗降低了40%。

　　GPU方面，A13 GPU為四核心設(shè)計(jì)，速度提升20%，功耗降低40%。同時(shí)，A13還有一個(gè)8核的神經(jīng)計(jì)算引擎，性能提升了20%，功耗降低15%。

　　A14 Bionic

　　A14Bionic于2020年9月推出，搭載在iPad Air（第四代）、iphone12上，采用臺(tái)積電 5nm工藝，集成了118億晶體管，CPU是2大核+4小核的設(shè)計(jì)，兩個(gè)高性能核心用于處理復(fù)雜任務(wù)，其余四個(gè) CPU 核心為一般性能核心，專為一般工作而設(shè)計(jì)，但是性能提升40%。GPU繼續(xù)保持4核，但是升級(jí)了全新架構(gòu)，性能提升了30%。

　　至于AI核心從之前的8核提升到了16核架構(gòu)，AI運(yùn)算能力提升到了11.8萬億次，號(hào)稱性能是前代的2倍。

　　A15 Bionic

　　A15Bionic是目前為止A系列中最新推出的芯片，于2021年9月發(fā)布，搭載在iPhone13 mini、iPhone 13、iPhone 13 Pro、iPhone 13 Pro Max以及iPad mini（第六代）上。

　　A15Bionic采用了臺(tái)積電最新的5nm工藝，集成了150 億個(gè)晶體管，擁有6 核 CPU，包括了2個(gè)高性能大核心+4個(gè)高能效小核心。據(jù)了解，A15 Bionic也有兩個(gè)版本，其中，搭載在iPhone 13 和 iPhone 13 mini上的A15 Bionic芯片具有6核中央處理器（2個(gè)性能核心和4個(gè)能效核心）、4核圖形處理器和16核神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎。而搭載在iPhone 13 Pro、iPhone 13 Pro Max和iPad mini（第六代）上的A15 Bionic芯片則多了1核圖形處理器。

　　循序漸進(jìn)的S系列

　　S系列是蘋果針對(duì)智能穿戴手表研發(fā)的芯片，從時(shí)間上看，S系列比A系列晚推出了5年。由于Apple Watch體積很小，在能耗以及散熱方面都有嚴(yán)格限制，因此蘋果在舊版A系列芯片的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了SiP，目前，S系列芯片已迭代到S7芯片。

　　S1

　　S1于2015年4月發(fā)布，運(yùn)行設(shè)備為Apple Watch（1 代），核心面積為26mm*28mm，內(nèi)有 30 個(gè)獨(dú)立的組件，其中包括了 NXP 的 NFC 芯片、AMS 的 NFC 信號(hào)放大器及Maxin的音頻放大器。

　　據(jù)了解，S1芯片使用了三星 28nm LP 制程，CPU 最大頻率是520 MHz，GPU使用可能為PowerVR Series 5 GPU。

　　S2

　　S2于2016年9月發(fā)布，運(yùn)行設(shè)備為Apple Watch Series 2，采用S2系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)，搭載了較當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品款式更快50%的雙核心CPU以及更快2倍的GPU。

　　S3

　　S3于2017年9月發(fā)布，運(yùn)行設(shè)備為Apple Watch Series 3。其雙核處理器分為蜂窩版本和非蜂窩版，蜂窩版本的封裝與之前一致，但是非蜂窩版S3處理器為常規(guī)塑封BGA封裝。S3處理器在芯片面積上與S2處理器接近，對(duì)比S1處理器大大減小，功耗降低，效能提升。

　　S4

　　S4于2018年9月發(fā)布，運(yùn)行設(shè)備為Apple Watch Series 4，雖然為雙核心，但升級(jí)到64位架構(gòu)，性能比S3快了兩倍.

　　S5

　　S5于2019年9月發(fā)布，運(yùn)行設(shè)備為Apple Watch Series 5、Apple Watch Series SE。S5芯片采用了64 位雙核處理器，比 S3 處理器（包括 W3 無線芯片）快2倍。

　　S6

　　S6于2020年9月發(fā)布，運(yùn)行設(shè)備為Apple Watch Series 6。據(jù)介紹，S6芯片采用了第六代封裝模塊，內(nèi)含高性能雙核處理器，該處理器基于iPhone 11的A13仿生打造，針對(duì)Apple Watch進(jìn)行了優(yōu)化，與前代相比，S6的速度快了20%。

　　S7

　　S7于2021年9月發(fā)布，運(yùn)行設(shè)備為Apple Watch Series 7，是一款64 位雙核處理器，集成了 GPU、32GB 閃存、藍(lán)牙 5.0、1 GB RAM、802.11 b/g/n 2.4 和 5 GHz WiFi 和衛(wèi)星定位（ GPS、GLONASS、伽利略、QZSS）。

　　據(jù)了解，S7有兩個(gè)基于Apple A13 的CPU內(nèi)核，比S5性能高20%，在技術(shù)上與S6（sama 型號(hào) t8301）相同。

　　并駕齊驅(qū)的W、H系列

　　無線芯片系列比S系列晚推出一年，目前無線芯片系列包含了W和H兩個(gè)系列，其中，W系列發(fā)布了三款產(chǎn)品 ，H系列目前只發(fā)布了1款。

　　W1

　　W1芯片首次亮相于2016年，是蘋果首款無線芯片，芯片面積大概為14.3mm2，搭載在了AirPods上，它與計(jì)算機(jī)設(shè)備保持藍(lán)牙1類連接，并解碼發(fā)送給它的音頻流。

　　W2

　　W2芯片于2017年推出，搭載設(shè)備有Apple Watch Series 3，能支持藍(lán)牙，已集成到Apple S3 SiP中。蘋果表示，與此前芯片相比，w2使Wi-Fi速度提高了85％，藍(lán)牙和Wi-Fi功率效率提高了50％；

　　W3

　　W3芯片于2018年推出，具有藍(lán)牙 5.0 連接功能，搭載設(shè)備有Apple Watch Series , 已集成到Apple S4，S5和S6 SiP中。

　　H1

　　H1于2019年3月推出，核心面積為12mm?，其性能與蘋果iPhone4（搭載A4處理器）相當(dāng)，使得耳機(jī)本身就可以執(zhí)行大量任務(wù)，從而減少延遲并提高連接性能。另外，H1芯片還支持藍(lán)牙5 Class 1以及用語音激活Siri。

　　寫在最后

　　正如開頭所說，我們?cè)诒疚闹兄皇墙榻B了蘋果這些年來研發(fā)的處理器。但事實(shí)上，到目前為止，蘋果自研芯片的版圖已經(jīng)拓展至電源管理、屏幕驅(qū)動(dòng)、藍(lán)牙耳機(jī)、基帶、指紋辨識(shí)、3D體感等多個(gè)領(lǐng)域。

　　圖片

　　隨著未來蘋果生態(tài)鏈進(jìn)一步加強(qiáng)和完善，相信蘋果會(huì)在“造芯”道路上越走越遠(yuǎn)，也將給我們帶來更多的自研芯片。