ipados|架构师离职,CPU性能踏步,良品率降低,最拉胯的一代——A15


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手机端最强的芯片是哪家?不是高通 , 不是三星 , 也不是华为 , 而是现在的手机霸主苹果 , 正常情况下苹果A系处理器会领先其他处理器两年左右 , 无论是架构还是制程 , 苹果都走在最前列 , 这也是iPhone长时间不卡顿的原因之一 , 在iPhone13系列的发布会上 , 苹果却一反常态 , 发布了三款A15处理器 , 而且这款处理器引起了很大的争议 , 今天我们来一探究竟 , 苹果A系处理器是否雄风不在了 。
三个版本 , 大同小异
首先我们先来看看最强的A15满血版 , 这款处理器CPU采用了两个Avalanche大核+4个Blizzard小核的设计 , 这个设计从A11开始一直用到了A15上 , 说苹果不思进取也不为过 , 另一方面也说明了A系处理架构的先进性 , CPU大核主频3.23GHz , GPU采用5核的设计 , 这款满血宝处理器被搭载在iPhone13 Pro、iPhone13 Pro Max上 。
然后是主频阉割版的A15 , iPad mini6上搭载的A15处理器只改变了大核主频 , 由原来的3.23GHz降低到2.92GHz , CPU、GPU规模都没有变化 , 理论上这款阉割大核主频的A15芯片在日常使用上不会与满血版A15产生多少差异 , 只有峰值性能会稍微弱点 , 但是考虑到平板的良好扇热条件 , 这款阉割主频的A15不会与满血版A15有太大差距 。
在iPhone13、iPhone13 mini上的A15则是GPU阉割版 , 满血版的GPU 采用5核设计 , 而GPU阉割版A15处理器只有4核 , GPU的性能会降低25%左右 。
A15刀法精湛
库克似乎与黄教主学会了刀法 , 一款移动端的芯片硬生生搞出了三个版本 , 别说iPhone史无前例 , 就连手机芯片大哥高通也没有这样干过 , 那苹果这次精湛的刀法是不得已为之还是深得黄教主真传 , 我们先来看看芯片本身 。
A15芯片采用了台积电N5P工艺 , 这个工艺是5nm极紫外光刻技术的升级版 , 采用最新工艺的芯片性能会提升8% , 功耗降低10% 。
这个工艺的确优秀 , 但加工难度也指数上涨 , 极紫外的产生需要用功率20KW的激光轰击微米级的锡 , 使液态锡直接变为等离子态 , 从而产生极紫外光 。 极紫外光刻机需要保证绝对无尘的环境 , 加工车间需要每小时净化30万立方米的气体 。 为了提高加工精度 , 聚焦反射器的套刻精度需要达到1nm 。 高端的极紫外光刻机被 ASML所垄断 , 台积电所使用的光刻机也由ASML供应 。
而且台积电所使用的光刻机是ASML TWINSCAN系列 , 这款光刻机每台1.2亿欧元 , 在加工机器精度不变的情况下进一步优化工艺 , 会导致良品率降低 , 这也导致有些体质不好的芯片被挑出来 , 在PC端 , 这些芯片被分为了i7、i5 , 苹果通过控制CPU频率来区分体质不同的芯片 , 也就产生了满血版与降频版A15 。
如果想要进一步提高工艺 , 达到2nm制程 , 需要ASML最新的EXE:5000系列机型 , 预计在2021年推出 , 台积电还要调试流片 , 最早的成片也要等到2022年下半年了 。
满血版的A15堆叠了150亿个晶体管 , die面积达到了120mm2 , (在封装前的单个单元的裸片叫做die)A14堆叠了118个晶体管 , die面积达到了88mm2 , 我们可以看到 , 无论是晶体管数量还是芯片面积 , A15都有增加 , 而发热往往跟晶体管数量成正比 , 特别是在工艺没有特别大改进的情况下 。
手机的散热跟手机体积有很大关系 , 在iPhone13和iPhone13 mini狭小的内空间无法承担满血A15的发热 , 而且在打开软件、玩一些游戏时对CPU的要求比较高 , 不能对CPU动刀就只能对GPU动刀了 , GPU阉割版应运而生 。
从A11开始都没有变过的CPU架构 , 苹果公司都没想着改变一下吗?这里我们就要聊一聊Gerard Williams III , 他在2019年2月与John Bruno和Manu Gulati创立了一家芯片公司——NUVIA。 2021年1月 , 高通花费14亿美元的价格收购了这家不足100人的初创公司 。