为何一颗 A9X 就能让 iPad Pro 成为「最强平板」?

为何一颗 A9X 就能让 iPad Pro 成为「最强平板」?

编者注:苹果总能给我们带来惊喜,无论是它的产品还是产品采用的零部件。苹果的零部件几乎是清一色地运用「尖端科技」和「私人定制」,这次的 iPad Pro 也不例外。相信已经有很多极客开始好奇为什么 A9X 这颗 SoC 能够傲视群雄,这篇对于 A9X 内核照片的分析一定对你的胃口!


本文编译自 ANAND TECH,图片来源于网络。

在感恩节之时,Chipworks 交出了苹果 iPad Pro 搭载的 A9X 的拆解报告——过去一个月,我们只能从软件上获取有限的信息。现在得益于这份拆解报告,我们就能验证早先关于这块芯片的结论了。

A9X-头图.jpg

A9X 是一块在 ARM 架构下,以最新 FinFET 工艺制造出来的平板级 SoC,它被搭载到苹果第一台大型平板上。某种意义上而言,这会改变整个平板产品的「游戏规则」——苹果必须与制造商沟通以最先进的工艺生产这个巨大的 SoC,另一方面,iPad Pro 是一台接近超极本大小的平板,苹果还要考虑到空间和散热的问题。所以尽管我们最早的时候揣测,苹果在 A9X 可能留了一手,不过在拿到 Chipworks 的内核照片之前,我们还不敢妄下断论。

147mm²,台积电造芯片

首先,Chipworks 的分析表明了 A9X 大小约为 147mm²,并且是由台积电的 16nm FinFET 工艺制作的。我们需要注意的是 Chipworks 只观察了一个样本。

TabletSoC_575px.png

147mm² 的 A9X 是苹果 X-系列中第二大的平板类 SoC。只有第一款 X-系列的 SoC A5X 才有比 A9X 更大的面积。A5X 与苹果之前的 A5 一样大小。不过在经过两代大小约在 120mm²-130mm² 之间的 SoC 更新后,A9X 的大小增加的还是太明显了。

A9X 变大的原因可能是 A9 它本身就比一般的 SoC 要大一些——台积电版本的 A9 是 104.5mm²。但也肯定与苹果自己往里面「加料」有关系。由于 16 nm FinFET 是台积电的第一代 FinFET 工艺制程,所以可能会残留一些 FPGA(现场可编程门阵列)。但它们(采用这个工艺的芯片)是否明显要差一些,这块芯片对于苹果的只在更昂贵的 iPad Pro 上搭载它的决定是否有一定的影响,都尚未可知。

EL51H4GG3972_34.jpg

最后是将苹果的 A9X 与其他厂家的 SoC 相比较:英特尔的最新一代 Skylake 架构处理器,双核的 GT2(Skylake-Y 2+2)大小为 99mm² 。但即使是四核桌面级的 GT2 架构(Intel Skylake-K 4+2)也只有 122mm² 大小。虽然整个 A9X SoC 没有采用 Skylake 架构或者 Skylake's Platform Controller Hub(PCH),并且内含一系列的功能单元,但它也比上述任何一款 CPU 要大。这是我们第一次看到苹果上线一款比 Intel 桌面级四核 CPU 还要大的平板 SoC。

「私人订制版」12 核心 GPU

另一件我们都知道的事情是,苹果将 SoC 中的大部分空间都用于提升它图形处理的能力和图形处理所需的内存。之前我们预估苹果在 A9X 上留的一手是,它将 A9 处理器的 6 核 GPU 顶多提升到 10 核心,但显然我们低估了苹果迫切提升 GPU 核心数的决心。Chipworks 的内核照片展示给我们的是 12 核心的 GPU,这是前一代 A9 的两倍。

A9XDie_Chipworks_Annotated_575px.jpg

采用 12 核心的设计着实让人吃惊,因为它意味着苹果情愿牺牲内核空间,产量以及成本以增加 GPU 核心数量。虽然我们很难通过 iOS 沙盒程序确定 GPU 的主频,但根据之前的跑分结果来看,A9X 的 GPU 主频只比 A9 稍高一点。因为没有任何 GPU 会因核心数翻倍,而性能翻倍;同时 GFXBench Manhattan 显示,A9X 的分数几乎整整是 A9 的两倍,所以上述推论是合理的。

虽然 A9X 芯片采用的是 Imagination Technology 的 PowerVR 系列 GPU,但是却是自主设计的架构。苹果已经不是第一次这么做了。A8X 就是最典型的例子——当时在苹果拿出 8 核 GPU 之前,我们是不知道 Series6XT 还能做成那样的。

7XT_SKUs_575px.png

A9X 的内存是 128 位的 LPDDR4 结构。由于 GPU 内核翻倍了,所以苹果需要之前两倍大小的内存,以保证和之前相同的「带宽/核心比」,而且和 X-系列的平板 SoC 一样,A9X 采用了 128 位的传输量。现在 iPad Pro 拥有的是 51.2GB/s 内存带宽。对于其他 SoC 来说,这是相当可观的带宽。但在 iPad Pro 上,这些带宽会被 12 核的 GPU 迅速消耗掉。

强劲性能无需三级缓存

最后我们要谈论的是 A9X 让人最为惊异的地方——它并没有三级缓存。Chipworks 的内核照片让我们确认了一点: A9X 里根本就不存在三级缓存。苹果 2013 年在 A7 芯片上引入三级缓存,却在今年的 A9X 上完全放弃了三级缓存——A9X 在 CPU 和 GPU 上只有一级缓存和二级缓存,以及一些支持其他功能区的更小的缓存。

A9X_Latency2_575px.png

现在最大的问题是苹果为什么这么做。我们以往的经验告诉我们三级缓存是用来服务 CPU 和 GPU,但 GPU 更需要它。渲染图形是极度「吃内存」的操作,所以各大厂商会引入三级缓存,三级缓存的存在将会一定程度地缓解内存压力,提升 CPU 和 GPU 的性能。但这次苹果却没有采用三级缓存,这让人很好奇。

A9 上三级缓存的存在也没有挤占太多空间。A9 芯片中 4MB 大小的三级缓存,其面积不过 4.5mm²,只占到 A9X 总面积的 3%。尽管增加三级缓存会有一些代价,但苹果拿掉三级缓存不会节省太多成本或空间。也许苹果在这方面有难言之隐,至少是我们不能从内核照片上找到的。

c8096fe30cc40ecd078fe7d7537dc849.jpg

其中一个原因可能是,苹果认为既然搭载了 128 位 LPDDR4 内存,高达 51.2GB/s 的带宽意味着即使不要三级缓存也能避免 GPU 瘫痪。尽管使用 LPDDR4 是一个原因,但 A9X 的「带宽/GPU 核心比」(约为 4.26GB/s 每核心)与 A9 相比没有变化,且A9 是有三级缓存的。当然 A9X 要比 A9 在很多方面要大上不少,但 LPDDR4 不能完美地回答我们的问题。

而 Andrei Frumusanu 怀疑这是出于功耗上的考虑,苹果使用三级缓存是为了让 A9 功耗降下来。而在 A9X 上,作为一颗平板级 SoC,A9X 并没有功耗的限制,所以它不需要节省功耗的缓存。同时,由于 A9X 相比于 A9,其核心数目翻倍了,这意味着 4MB 的三级缓存是不够的,A9X 需要更大的缓存,这甚至会进一步增大芯片尺寸。

苹果取消掉三级缓存,没有一个明显的理由。很有可能与这三个因素都由一定的关系——芯片尺寸,LPDDR4,以及功耗需求。既然苹果拿掉了三级缓存,那么相应的 GPU 的二级缓存应该相当大,很有可能要比 A9 或者 A8X 大很多。但仅从内核照片很难估计 GPU 的二级缓存大小(尤其是在苹果采用不对称设计的情况下)。

A9X-头图2.jpg

无论如何,A9X 没有三级缓存这个事实也不会改变 iPad Pro 搭载的这颗 A9X 是目前理论上性能最强的的事实,但这意味着苹果又找到了「留一手」的新方法。


如果你想了解、试用更多新鲜有趣的硬件产品,掌握最新的硬件行业动态,欢迎关注「极客之选」微信帐号。查看历史文章请点击:传送门 。

栏目二维码
A9X苹果iPad Pro
下载极客公园客户端
iOS下载
反馈