书城管理一只iPhone的全球之旅
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第12章 谁给了iPhone一颗强大的芯(3)

当苹果自己的应用处理器切换到65nm工艺技术后,他们将同样的技术应用于iPod Touch第二代和iPhone 3GS产品。在iPod Touch第三代和iPad中可以看到相同的趋势。在苹果系统中,是iPod Touch第三代而不是iPad率先采用45nm应用处理器。

iPad的电池使用寿命达到了10小时以上,而iPhone 4的电池性能也比iPhone3GS有了大幅提升,这更加激发了业界对苹果A4芯片的研究——因为处理器对于电子产品的电池续航时间具有重要的决定意义。

业界普遍猜测,苹果收购Intrinsity和P.A.Semi公司后很可能就一直在致力于其产品CPU的性能及功耗的改善。

以下内容摘自UBM TechInsights公司对iPad芯片的研究报告:

最令人感兴趣的是A4处理器的功耗,因为通过执行功能性测试和功耗测量,我们发现了iPad的更多功耗特性。LCD模块功耗约在1W至3.5W之间,具体取决于液晶面板的亮度。网页浏览器是iPad的典型应用之一,当运行在中等屏幕亮度时,其功耗稍大于2W。

结合测量结果和交叉引用数字可以发现,iPad主板的功耗约1W。假设50%至80%的主板功耗是由A4处理器造成的,我们认为在使用Wi-Fi连接进行网页浏览时,A4处理器的功耗在500mW至800mW之间。

在播放音乐或视频等功能时,如果LCD屏幕设置在最小亮度,则iPad的功耗在1.5W至1.7W之间。在去掉LCD功耗的情况下,主板功耗在450mW至650mW之间。再次假设CPU功耗占整体功耗的50%至80%,那么A4的功耗估计在250mW至520mW之间。

总之,上述数字反映了该产品高效的CPU设计,这与那些采用先进工艺节点、在关键路径优化方面有所创新的基于ARM的类似设备所公开的指标一致。不过,苹果是首家向市场推出这种等级产品的公司。

功耗测量结果还表明,LCD背光仍是iPad中较耗电的部分,至少对于光照浏览和媒体操作功能而言是这样。

到目前为止,我们的分析可以确认,通过先进的内核技术、缩小的工艺尺寸以及速度与功耗之间仔细的架构性平衡,这款处理器实现了可预测的处理功耗改进。我们还发现了一些不太显著的影响因素,这些因素可能会进一步降低CPU功耗。

后续的拆机测试表明,苹果A4芯片深受苹果之前合作伙伴三星的影响,在电路设计方面是进化而非革命。

一些研究机构在分析了A4密切相关的两款处理器的硬件设计——三星S5PC110和iPhone3GS的应用处理器后得出了上述结论。

UBM TechInsights发布的三星S5PC110和A4裸片逐一对比图中,二者的CPU内核没有明显区别。TechInsights随后引用了三星的新闻稿,指出芯片用了ARMCortex-A8 CPU内核。根据这一发现,可以说两个SoC采用的CPU内核是一模一样的。换句话说,两款芯片所用的Cortex-A8 CPU的内核电路尺寸和排布由是同一班人马所设计。

苹果自行设计而非简单地采用标准芯片的最好理由是,它能借此舍去芯片厂商为满足大量产品制造商不同需求的那部分电路(如果可以采用复杂度、尺寸和成本更低的定制芯片)。

此外,这种自主研发的举措使得苹果有可能制造比竞争对手产品速度更快、更为省电的产品,也有助于更好地为产品研发过程保密。

2011年初,苹果随iPad2发布了继A4之后又一款自主研发的芯片——A5。

A5处理器和A4一样,都是采用三星45nm制程工艺制作的,均采用9层铜互联层+1多晶硅层的结构,同时都采用了堆叠封装技术。

乔布斯宣布,A5比A4的计算性能提升了2倍,图形处理能力提升了9倍。A5由单核心ARM Cortex-A8变成了双核心ARM Cortex-A9。除了CPU(中央处理器)核心数量提升了两倍以外,每个核心的容许量也有两倍以上的性能提升。

根据市场调研公司iSuppli发布的拆机报告,苹果A5芯片的成本相对于A4提升了约75%。一些业内人士分析道,苹果A4处理器的工作频率固定在1GHz,而A5处理器则可以随当前运行的应用程序而改变运行频率,这显示A5处理器采用了比A4更优秀的电源管理电路设计,而这也是A5相对A4的重要区别之一。

A5芯片的推出显示出苹果将继续在自主开发芯片的道路上前进,并围绕自己的产品自己开发芯片。

苹果的芯片在韩国三星工厂代工:三星和苹果是敌是友?

在2010年3月,苹果A4芯片正式投产,苹果最终选择由韩国三星负责代工这款芯片。根据Broadpoint AmTech公司的估计,A4芯片的生产成本在15美元左右,而iSuppli首席分析师兼拆卸服务部门经理瑞斯韦则预测道,这款芯片的生产成本约为19.5美元。

由三星来代工苹果芯片,这似乎一点也不让人意外。

在苹果自主开发A4处理器的过程中,三星的研发团队就已经密切参与其中,交托三星代工也有降低成本的考量。这也不是第一次,过去三星就负责设计程序和生产第一代与第二代的影像核心处理器;而以前的电源晶片也是委由三星代工。这种亲上加亲的关系,无疑提高了三星在代工A4处理器的特殊地位与优势。

研究机构事后对A4处理器架构进行分析后得出结论:这一处理器虽诞生自苹果,处理器的电路设计上苹果仍多多仰赖三星鼎力相助,处理器核心与元件等设计开发似皆出自三星之手。

研究机构IP Research Group合伙人Don Scansen等处理器专家直言,A4处理器与三星品牌芯片相仿,未见许多可与之区隔的差异。因此分析师们相信,iPad2所用A5处理器,仍然大力仰仗三星出力。

美国市场研究公司ICInsights预计,基于广泛的半导体产品线和扩张计划,韩国三星电子有望在2014年超越英特尔,成为全球收入第一高的半导体企业。

ICInsights承认,如果是在5到10年前,说三星将超过英特尔似乎有些可笑。但在1999年至2009年间,三星的复合年增长率为13.5%,英特尔仅为3.4%。按照这一增长速度推算,三星的半导体销售额将在2014年超越英特尔。

数十年来,英特尔一直是全球第一大半导体厂商,主要得益于其在微处理器市场的主导地位。三星也已经多年占据市场第二的位置。三星是DRAM(动态随机存取存储器最为常见的系统内存)和NAND(计算机闪存设备)闪存芯片市场的领导者,在微控制器领域的规模也很大,而且该公司目前在扩展微处理器、无线通信芯片和外包服务等业务。

ICInsights表示,英特尔和三星过去20年间基本处于和平共处阶段,彼此都未侵入对方的领地,但这两家公司现在却逐渐开始在NAND闪存芯片以及手持设备微处理器领域交恶。

例如,借助与美光科技成立的IMFlash合资公司,英特尔已经在NAND闪存芯片领域与三星展开竞争。过去5年间,三星也已经成为ARM处理器的主要供应商,而ARM目前在智能手机领域与英特尔凌动(Atom)处理器存在竞争关系。

ICInsights还表示,过去7年间,三星有6年的资本支出都位列半导体行业第一。

2009年,三星是DRAM、SRAM和闪存设备领域的领导供应商,在微控制器领域位列第三(NEC与瑞萨科技合并后已经成为第二),CMOS(互补金属氧化物半导体)图片感应器销量位列第三,在其他多个半导体元件市场也位列第一。三星已经集合了大量资源来提升ARM架构的微处理器业务,并且还在对代工业务进行升级,希望成为这一领域的有力竞争者。

据ICInsight分析,三星在2014年至2015年间成为全球第一大半导体厂商的可能性约为50%。这一预测是根据ICInsights的5年预期计算而来,这一预期显示三星的核心存储市场不会出现大幅下滑,并假设英特尔不会通过大规模并购大幅拓展半导体元件业务,例如收购无线半导体元件企业。

除了芯片产品,三星在其他电子器件上也是苹果最重要的合作伙伴之一。

由三星生产的大容量电池和片式多层陶瓷电容器,被广泛用在iPhone 4中。此外iPhone 4所使用的闪存芯片也来自三星电子,而iPad的显示屏有相当一部分也是由三星生产的。

不过,苹果和三星的亲密合作关系究竟能持续多久,一直是个很大的疑问。

在苹果推出iPad后不久,三星就推出了自己基于Android操作系统的平板电脑,并推出了自己颇有竞争力的Android智能手机——这些产品早晚要在市场上和苹果一较高下。

作为世界第二大手机生产商,三星对于正大口吞噬自己市场份额的苹果当然不是一点防备也没有。

现在,苹果似乎对三星有一定的控制力。三星刚刚宣布一个金额达35亿美元的工厂扩建计划,在美国得州奥斯汀建设工厂。据称其中大部分资金将流向三星的逻辑部门,主要用于满足苹果的需求。

和向来主张将生产全部外包的苹果相比,三星则走在另外一条道路上——这家韩国企业在多年的垂直整合下,形成了涵盖整个电子产业链上下游的完整生产能力。

三星电子产品的很多零部件均由其旗下半导体工厂和其他成品代工工厂生产,其中包括LED发光二极管、背光液晶显示屏等。据三星估计,除了微处理器和图形芯片之外,三星计算机中80%的零部件均可自制。另外,作为全球最大的存储芯片制造商,三星电子的存储部件也是其利器。

全外包的苹果和几乎全自己生产的三星,到底谁将在未来更具优势?时间将会检验一切。