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經濟參考網讀書頻道

蘋果A4芯片浮出水面

在經過了艱苦的研發之后，A4芯片在2010年1月27日隨著iPad被蘋果正式發布，并于2010年3月投產，此后，A4芯片又正式搭載在iPhone4中。
　　喬布斯在2010年年初iPad發布會上對此高度評價：“iPad是由我們自己設計的芯片驅動的，我們蘋果公司有一個優秀的芯片自主研發團隊。iPad裝備了我們自主設計的A4芯片，這是至今為止我們所用的最高端的芯片產品，內部集成了處理器核心、GPU核心、I O核心和內存控制器，所有這些功能都被集成在一塊性能強勁的A4芯片中。”
　　蘋果宣稱A4芯片省電性能極佳，裝備了這款SCO芯片的iPad平板電腦電池續航時間可達10小時左右，待機時間則可長達一個多月之久。
　　此后發布的iPhone 4搭載了和iPad相同的Apple A4處理器。
　　A顯然代表“蘋果”的意思，A4和iPhone 3GS中所采用的三星ARM處理器的差異之處在于處理器的核心頻率及核心架構。A4為ARM的Cortex-A9核心，運行頻率為1GHz，而iPhone 3GS的ARM處理器則為Cortex-A8核心，頻率600MHz。
　　根據《紐約時報》的推測，A4芯片的開發費用高達10億美元——對于一家消費電子廠商來說，這筆支出絕對驚人。在此之前，絕大多數的PC廠商和智能手機廠商都傾向于采購其他公司開發的芯片。
　　不過，蘋果的確有理由為iPhone和iPad量身定做的芯片——蘋果需要是更低功耗，功能更強大的芯片，目前市面上沒有任何一款芯片能夠直接滿足蘋果的需求。
　　“蘋果是第一家敢于打破由英特爾和微軟壟斷的終端設備廠商。”美國芯片行業資深人士弗雷德?韋伯對此評價道。
　　ARM公司總裁都德?布朗事后對本書作者總結了蘋果自己研發芯片獲得成功的原因： “蘋果公司有著經驗十分豐富的工程師，所以他們在ARM基礎上自己設計的A4芯片獲得了成功，當然，他們也不是完全從頭開始做的……”
　　事實上，此時ARM剛剛開發出了全新的Cortex-A9產品，這一產品的主頻達到了1GHz。ARM Cortex-A9架構采用2 4核設計，是ARM繼Cortex-A8之后的下一代產品。
　　在iPad和iPhone4發布之后，一些專業的IT分析公司很快開始給出了蘋果A4芯片功耗的研究報告。
　　UBM TechInsights公司在對A4芯片進行研究后評價道：“這款產品具有高效的CPU設計，這與那些采用先進工藝節點、在關鍵路徑優化方面有所創新的基于ARM的類似設備所公開的指標一致。不過，蘋果是首家向市場推出這種等級產品的公司。”
　　該公司對蘋果應用處理器的硅片分析表明，蘋果公司先是在iPod Touch系列產品上應用這種新技術，然后在iPhone系列產品上應用相同的技術。
　　iPhone和iPhone 3G的應用處理器都是使用三星公司的90nm 嵌入式DRAM工藝。
　　當蘋果自己的應用處理器切換到65nm工藝技術后，他們將同樣的技術應用于iPod Touch第二代和iPhone 3GS產品。在iPod Touch第三代和iPad中可以看到相同的趨勢。在蘋果系統中，是iPod Touch第三代而不是iPad率先采用45nm應用處理器。
　　iPad的電池使用壽命達到了10小時以上，而iPhone4的電池性能也比iPhone3GS有了大幅提升，這更加激發了業界對蘋果A4芯片的研究——因為處理器對于電子產品的電池續航時間具有重要的決定意義。
　　業界普遍猜測，蘋果收購Intrinsity和PA Semi公司后很可能就一直在致力于其產品CPU的性能及功耗的改善。
　　以下內容摘自UBM TechInsights公司對iPad芯片的研究報告：
　　最令人感興趣的是A4處理器的功耗，因為通過執行功能性測試和功耗測量，我們發現了iPad的更多功耗特性。LCD模塊功耗約在1W至35W之間，具體取決于液晶面板的亮度。網頁瀏覽器是iPad的典型應用之一，當運行在中等屏幕亮度時，其功耗稍大于2W。
　　結合測量結果和交叉引用數字可以發現，iPad主板的功耗約1W。假設50%至80%的主板功耗是由A4處理器造成的，我們認為在使用Wi-Fi連接進行網頁瀏覽時，A4處理器的功耗在500mW至800mW之間。
　　在播放音樂或視頻等功能時，如果LCD屏幕設置在最小亮度，則iPad的功耗在15W至17W之間。在去掉LCD功耗的情況下，主板功耗在450mW至 650mW之間。再次假設CPU功耗占整體功耗的50%至80%，那么A4的功耗估計在250mW至520mW之間。
　　總之，上述數字反映了該產品高效的CPU設計，這與那些采用先進工藝節點、在關鍵路徑優化方面有所創新的基于ARM的類似設備所公開的指標一致。不過，蘋果是首家向市場推出這種等級產品的公司。
　　功耗測量結果還表明，LCD背光仍是iPad中較耗電的部分，至少對于光照瀏覽和媒體操作功能而言是這樣。
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　　到目前為止，我們的分析可以確認，通過先進的內核技術、縮小的工藝尺寸以及速度與功耗之間仔細的架構性平衡，這款處理器實現了可預測的處理功耗改進。我們還發現了一些不太顯著的影響因素，這些因素可能會進一步降低CPU功耗。

后續的拆機測試表明，蘋果A4芯片深受蘋果之前合作伙伴三星的影響，在電路設計方面是進化而非革命。
　　一些研究機構在分析了A4 密切相關的兩款處理器的硬件設計——三星 S5PC110 和 iPhone 3GS 的應用處理器后得出了上述結論。
　　UBM TechInsights 發布的三星 S5PC110 和A4裸片逐一對比圖中， 二者的 CPU 內核沒有明顯區別。TechInsights 隨后引用了三星的新聞稿，指出芯片用了 ARM Cortex-A8 CPU 內核。根據這一發現，可以說兩個 SoC 采用的 CPU 內核是一模一樣的。換句話說，兩款芯片所用的 Cortex-A8 CPU 的內核電路尺寸和排布由同一班人馬所設計。
　　蘋果自行設計而非簡單地采用標準芯片的最好理由是，它能借此舍去芯片廠商為滿足大量產品制造商不同需求的那部分電路。如果可以采用復雜度、尺寸和成本更低的定制芯片。
　　此外，這種自主研發的舉措使得蘋果有可能建造比競爭對手產品速度更快、更為省電的產品，也有助于更好地為產品研發過程保密。
　　2011年年初，蘋果隨iPad2發布了即A4之后又一款自主研發的芯片——A5。
　　A5處理器和A4一樣，都是采用三星45nm制程工藝制作的，均采用9層銅互聯層+1多晶硅層的結構，同時都采用了堆疊封裝技術。
　　喬布斯宣布，A5比A4的計算性能提升了2倍，圖形處理能力提升了9倍。A5由單核心ARM Cortex-A8變成了雙核心ARM Cortex-A9。除了CPU核心數量提升了兩倍以外，每個核心的容許量也兩倍以上的性能提升。
　　根據市場調研公司iSuppli發布的拆機報告，蘋果A5芯片的成本相對于A4提升了約75%。一些業內人士分析道，蘋果A4處理器的工作頻率固定在1GHz，而A5處理器則可以隨當前運行的應用程序而改變運行頻率，這顯示A5處理器采用了比A4更優秀的電源管理電路設計，而這也是A5相對A4的重要區別之一。
　　A5芯片的推出顯示出蘋果將繼續在自主開發芯片的道路上前進，并圍繞自己的產品自己開發芯片。

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