一只iPhone的全球之旅 第12章 誰給了iPhone一顆強大的芯(3)
    當蘋果自己的應用處理器切換到65nm工藝技術後,他們將同樣的技術應用於iPodTouch第二代和iPhone3GS產品。在iPodTouch第三代和iPad中可以看到相同的趨勢。在蘋果系統中,是iPodTouch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——因為處理器對於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P.A.Semi公司後很可能就一直在致力於其產品CPU的性能及功耗的改善。

    以下內容摘自UBMTechInsights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,具體取決於液晶面板的亮度。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,其功耗稍大於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%,那麼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於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,至少對於光照瀏覽和媒體操作功能而言是這樣。

    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。

    後續的拆機測試表明,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iPhone3GS的應用處理器後得出了上述結論。

    UBMTechInsights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隨後引用了三星的新聞稿,指出芯片用了ARMCortex-A8CPU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-A8CPU的內核電路尺寸和排布由是同一班人馬所設計。

    蘋果自行設計而非簡單地采用標准芯片的最好理由是,它能借此捨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制造比競爭對手產品速度更快、更為省電的產品,也有助於更好地為產品研發過程保密。

    2011年初,蘋果隨iPad2發布了繼A4之後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ARMCortex-A8變成了雙核心ARMCortex-A9。除了CPU(中央處理器)核心數量提升了兩倍以外,每個核心的容許量也有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芯片的成本相對於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,並圍繞自己的產品自己開發芯片。

    蘋果的芯片在韓國三星工廠代工:三星和蘋果是敵是友?

    在2010年3月,蘋果A4芯片正式投產,蘋果最終選擇由韓國三星負責代工這款芯片。根據BroadpointAmTech公司的估計,A4芯片的生產成本在15美元左右,而iSuppli首席分析師兼拆卸服務部門經理瑞斯韋則預測道,這款芯片的生產成本約為19.5美元。

    由三星來代工蘋果芯片,這似乎一點也不讓人意外。

    在蘋果自主開發A4處理器的過程中,三星的研發團隊就已經密切參與其中,交托三星代工也有降低成本的考量。這也不是第一次,過去三星就負責設計程序和生產第一代與第二代的影像核心處理器;而以前的電源晶片也是委由三星代工。這種親上加親的關系,無疑提高了三星在代工A4處理器的特殊地位與優勢。

    研究機構事後對A4處理器架構進行分析後得出結論:這一處理器雖誕生自蘋果,處理器的電路設計上蘋果仍多多仰賴三星鼎力相助,處理器核心與元件等設計開發似皆出自三星之手。

    研究機構IPResearchGroup合伙人DonScansen等處理器專家直言,A4處理器與三星品牌芯片相仿,未見許多可與之區隔的差異。因此分析師們相信,iPad2所用A5處理器,仍然大力仰仗三星出力。

    美國市場研究公司ICInsights預計,基於廣泛的半導體產品線和擴張計劃,韓國三星電子有望在2014年超越英特爾,成為全球收入第一高的半導體企業。

    ICInsights承認,如果是在5到10年前,說三星將超過英特爾似乎有些可笑。但在1999年至2009年間,三星的復合年增長率為13.5%,英特爾僅為3.4%。按照這一增長速度推算,三星的半導體銷售額將在2014年超越英特爾。

    數十年來,英特爾一直是全球第一大半導體廠商,主要得益於其在微處理器市場的主導地位。三星也已經多年占據市場第二的位置。三星是DRAM(動態隨機存取存儲器最為常見的系統內存)和NAND(計算機閃存設備)閃存芯片市場的領導者,在微控制器領域的規模也很大,而且該公司目前在擴展微處理器、無線通信芯片和外包服務等業務。

    ICInsights表示,英特爾和三星過去20年間基本處於和平共處階段,彼此都未侵入對方的領地,但這兩家公司現在卻逐漸開始在NAND閃存芯片以及手持設備微處理器領域交惡。

    例如,借助與美光科技成立的IMFlash合資公司,英特爾已經在NAND閃存芯片領域與三星展開競爭。過去5年間,三星也已經成為ARM處理器的主要供應商,而ARM目前在智能手機領域與英特爾凌動(Atom)處理器存在競爭關系。

    ICInsights還表示,過去7年間,三星有6年的資本支出都位列半導體行業第一。

    2009年,三星是DRAM、SRAM和閃存設備領域的領導供應商,在微控制器領域位列第三(NEC與瑞薩科技合並後已經成為第二),CMOS(互補金屬氧化物半導體)圖片感應器銷量位列第三,在其他多個半導體元件市場也位列第一。三星已經集合了大量資源來提升ARM架構的微處理器業務,並且還在對代工業務進行升級,希望成為這一領域的有力競爭者。

    據ICInsight分析,三星在2014年至2015年間成為全球第一大半導體廠商的可能性約為50%。這一預測是根據ICInsights的5年預期計算而來,這一預期顯示三星的核心存儲市場不會出現大幅下滑,並假設英特爾不會通過大規模並購大幅拓展半導體元件業務,例如收購無線半導體元件企業。

    除了芯片產品,三星在其他電子器件上也是蘋果最重要的合作伙伴之一。

    由三星生產的大容量電池和片式多層陶瓷電容器,被廣泛用在iPhone4中。此外iPhone4所使用的閃存芯片也來自三星電子,而iPad的顯示屏有相當一部分也是由三星生產的。

    不過,蘋果和三星的親密合作關系究竟能持續多久,一直是個很大的疑問。

    在蘋果推出iPad後不久,三星就推出了自己基於Android操作系統的平板電腦,並推出了自己頗有競爭力的Android智能手機——這些產品早晚要在市場上和蘋果一較高下。

    作為世界第二大手機生產商,三星對於正大口吞噬自己市場份額的蘋果當然不是一點防備也沒有。

    現在,蘋果似乎對三星有一定的控制力。三星剛剛宣布一個金額達35億美元的工廠擴建計劃,在美國得州奧斯汀建設工廠。據稱其中大部分資金將流向三星的邏輯部門,主要用於滿足蘋果的需求。

    和向來主張將生產全部外包的蘋果相比,三星則走在另外一條道路上——這家韓國企業在多年的垂直整合下,形成了涵蓋整個電子產業鏈上下游的完整生產能力。

    三星電子產品的很多零部件均由其旗下半導體工廠和其他成品代工工廠生產,其中包括LED發光二極管、背光液晶顯示屏等。據三星估計,除了微處理器和圖形芯片之外,三星計算機中80%的零部件均可自制。另外,作為全球最大的存儲芯片制造商,三星電子的存儲部件也是其利器。

    全外包的蘋果和幾乎全自己生產的三星,到底誰將在未來更具優勢?時間將會檢驗一切。
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