深度丨蘋(píng)果A15芯片研發(fā)：歷經(jīng)4年，跨多部門合作

前言：

13 年前，蘋(píng)果以2.78億美元的代價(jià)，收購(gòu)了一家名為[PA semi]的芯片設(shè)計(jì)公司，得到了150名天才工程師，這是蘋(píng)果 A 系列與 M 系列芯片強(qiáng)大的根源。

 
蘋(píng)果與其他芯片廠商最大的區(qū)別

在移動(dòng)領(lǐng)域，Android+高通+眾多安卓手機(jī)廠商復(fù)制了這種模式；但近年，移動(dòng)芯片架構(gòu)逐漸摸到天花板，芯片計(jì)算能力提升有限，電池和散熱等成為更大的瓶頸。

此時(shí)，蘋(píng)果軟硬合一的研發(fā)模式優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)，自芯片研發(fā)階段初始，相關(guān)團(tuán)隊(duì)就與手機(jī)硬件，軟件系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)，甚至是影像團(tuán)隊(duì)緊密合作，他們給芯片團(tuán)隊(duì)明確的目標(biāo)，之后協(xié)同工作。

可以說(shuō)，近年A系列芯片的研發(fā)，從一開(kāi)始就并非只是為了芯片本身，而是為了最終的體驗(yàn)，考慮它的使用場(chǎng)景，甚至為某個(gè)具體功能而優(yōu)化。

研發(fā)回報(bào)率蘋(píng)果一騎絕塵

蘋(píng)果設(shè)計(jì)與制作這顆芯片用了兩年多，另外與這顆芯片相關(guān)的技術(shù)研發(fā)準(zhǔn)備等工作，也花了約兩年時(shí)間。

蘋(píng)果公司為了呈現(xiàn)今天的 A15仿生芯片，幾個(gè)團(tuán)隊(duì)從2017年就開(kāi)始著手準(zhǔn)備。

安卓旗艦芯片研發(fā)時(shí)間也是兩年多，但手機(jī)終端廠商適配時(shí)間只有約3-4月。

終端廠商因?yàn)椴皇亲约赫瓶厝?，可能?dǎo)致終端與芯片不完美匹配，或者無(wú)法釋放芯片的全部能力，能耗控制不那么精準(zhǔn)。

另外，為了照顧更多樣的安卓終端，芯片也不得不做一些取舍。

A15芯片性能

A15和整合在其中CPU，GPU，NPU，以及iOS 15在一同發(fā)揮作用。

伴隨著蘋(píng)果iPhone 13系列手機(jī)一同而來(lái)的就是蘋(píng)果最新研發(fā)的A15仿生芯片，并且蘋(píng)果iPad mini 6平板電腦也采用的這款芯片。

蘋(píng)果A15仿生芯片采用了5nm工藝技術(shù)，擁有150億顆晶體管，AI算力達(dá)到15.8TOPS。

A15仿生芯片搭載6核CPU，包括2顆性能核心和4顆能效核心，CPU性能提升50%。

蘋(píng)果A15仿生芯片的2級(jí)緩存從A14的8MB提升到了12MB，達(dá)到了與蘋(píng)果M1芯片相同的水平，因此輔助A15有了如此的提升。

蘋(píng)果還提升了CPU中機(jī)器學(xué)習(xí)加速器的性能，Siri語(yǔ)音合成技術(shù)、地圖APP的導(dǎo)航處理等任務(wù)得到了進(jìn)一步優(yōu)化。

為了進(jìn)一步提升iPhone13系列的視頻和圖像處理能力，蘋(píng)果在設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎過(guò)程中還與攝像頭硬件及軟件團(tuán)隊(duì)合作。

這大大增強(qiáng)了芯片的機(jī)器學(xué)習(xí)運(yùn)算能力，從而實(shí)現(xiàn)iOS 15的實(shí)況文本、優(yōu)化地圖導(dǎo)航等功能體驗(yàn)。

高配A15芯片多出一顆GPU核

蘋(píng)果直接將A15芯片分割成了兩個(gè)不同版本。

整體來(lái)看，A15芯片在CPU方面搭載了全新6核CPU，包括2顆性能核心和4顆能效核心，CPU性能提升50%。

4 核心，iPhone 13 mini和iPhone 13搭載；

5核心，iPhone 13 Pro， iPhone 13 Pro Max，以及iPad mini 6搭載；

GPU方面是A15芯片性能的分水嶺。在iPhone13 Pro以及iPhone13 Pro Max上，A15芯片多出了一顆GPU核心，5核GPU使得手機(jī)的圖像處理性能最高提升50%。

加之蘋(píng)果定制的顯示引擎，iPhone13 Pro能夠驅(qū)動(dòng)更高性能游戲，以及各類強(qiáng)大的拍攝功能，支持Apple ProRaw和4K杜比視界視頻。

GPU分機(jī)型配置的做法有點(diǎn)類似于MacBook上邊M1芯片分為7核心和8核心，這也是蘋(píng)果首次在手機(jī)上采取這樣的操作。

芯片代工成本優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯

成本上，晶圓代工是一客戶一個(gè)價(jià)格，外媒說(shuō)臺(tái)積電漲價(jià)20%，但蘋(píng)果是第一大客戶，只漲3%。

而且臺(tái)積每一代先進(jìn)工藝完成研發(fā)后，蘋(píng)果都是首批客戶進(jìn)入。蘋(píng)果第一家進(jìn)入流片付出更多自然會(huì)占據(jù)成本和時(shí)間優(yōu)勢(shì)。

尤其是本來(lái)還有華為海思，但因?yàn)榕_(tái)積電無(wú)法為華為代工后，只剩下蘋(píng)果一家客戶獨(dú)大，自然話語(yǔ)權(quán)更強(qiáng)。

所以芯片漲價(jià)預(yù)計(jì)對(duì)A15處理器帶來(lái)的成本上升是有限的，同時(shí)華為讓渡高端市場(chǎng)份額后，iPhone 13系列銷量預(yù)計(jì)會(huì)繼續(xù)上漲，龐大的出貨量也將會(huì)進(jìn)一步降低芯片的成本。

根據(jù)[體質(zhì)]挑選芯片

一整塊晶圓的制造成本大概數(shù)千美元，同時(shí)也會(huì)耗時(shí)數(shù)月，為了能夠充分利用這來(lái)之不易的芯片，傳統(tǒng)芯片廠商會(huì)根據(jù)[體質(zhì)]來(lái)具體劃分為不同的處理器型號(hào)。

芯片生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)芯片的[體質(zhì)]不同去區(qū)分型號(hào)十分常見(jiàn)。

芯片面積小，很難確保芯片僅一個(gè)核心出現(xiàn)「體質(zhì)」問(wèn)題，更多的可能是切割后的芯片而成為廢料。

在生產(chǎn) A15 的過(guò)程中，GPU[體質(zhì)]最佳的留給 iPhone 13 Pro 系列；[體質(zhì)]不佳的分給 iPhone 13、13 mini，CPU 體質(zhì)不佳的留給 iPad mini 6。

今后 A16、A17 想要繼續(xù)拔高性能表現(xiàn)，更新的制程、更高的頻率、更好的工藝、更大的面積都是改進(jìn)方向，由此來(lái)說(shuō)后續(xù)這種移動(dòng)端處理器分級(jí)的現(xiàn)象應(yīng)該更為普遍。

結(jié)尾：

據(jù)悉，明年初，高通的新款旗艦處理器驍龍898將發(fā)布；三星與AMD聯(lián)合研發(fā)的GPU Exynos 2200也將發(fā)布，能否和蘋(píng)果站在同一競(jìng)爭(zhēng)水平值得期待。

部分資料參考：《蘋(píng)果A15芯片研發(fā)的幕后故事》，新浪數(shù)碼：《A15仿生芯片幕后故事》，杰夫視點(diǎn)：《A15芯片性能大幅提升，唯有一顆芯片可與之比肩》

作者 | 方文