iphone6s a9处理器_深度揭秘Apple第六代A系列处理器A9

A9基本上是一个由FinFET工艺构建的苹果第六代A系列应用处理器的故事，但它进一步揭示了苹果在半导体设计方面的雄心苹果第一代A4处理器于2010年问世，被认为与三星处理器有很多共同点。接下来的A6向我们展示了苹果设计的定制CPU，这仍然被认为是一个伟大的成就。

A6的下一代A7，走向64位运算；A7展示了一些有趣的设计决策，因为同系列没有A7X。苹果用A7为iPad Air和iPhone 5s设计了单处理器，虽然这两款设备支持的像素有四倍的差距。另外，iPhone 5s配备了TouchID功能，而iPad Air没有。

从工艺上看，我们已经从一开始的45 nm的A4，发展到14 nm和16 nm双电源的A9。

苹果A4处理器(左)和A9处理器的特写。

(资料来源：MuAnalysis和Chipworks)

苹果高管似乎对A9的诞生特别兴奋。在今年9月9日的发布会上，他们对技术细节给予了很大的关注，包括7000系列铝合金和用于隔离显示器玻璃和相机图像传感器中像素之间的深沟槽的离子交换工艺。而且我觉得相比前几代处理器，更注重A9的不是GHz和核心数，而是性能和集成度。

在产品发布会上，苹果营销高级副总裁菲尔席勒将A9X与A8等A系列处理器的性能进行了对比，首次提到了“台式电脑的水平”和“游戏机的水平”。然后介绍A9的更多细节，包括它是64位CPU，拥有全新的晶体管架构，并且“针对现实应用进行了优化”。

苹果的A9处理器是64位。

(来源：苹果)

64位不奇怪，其“新型晶体管架构”应该参考FinFET，并证明同时采用TSMC和三星工艺；下面是TSMC生产的A9的FinFET的剖面图。

TSMC生产的A9的FinFET横截面

(来源：Techinsights)

在9月9日举行的发布会上，我们也从简报中看到了A9的芯片图像(如下图)。一些主要的功能模块已经标出。虽然电路模糊，看不到芯片边缘，但这是我印象中苹果第一次展示芯片。

苹果在演示文稿中展示了A9的芯片图像。

(来源：Techinsights)

有趣的是，上面的图像不仅仅是有金属线的成品芯片图像，而是深入到晶体管或衬底层面的裸晶图像；这说明他们想展示A9的基础架构，包括双核CPU、6核GPU、两个大内存块和M9运动协处理器(MCP)，而MCP也是特别强调的功能。

从苹果的介绍中，我们可以看到很多关于A9的有趣功能。首先，它保持了双核CPU的类型，这是连续四代苹果处理器的架构。它也可能支持将电路用于特殊任务或程序的假设。这种特定的硬件电路或“功能块”可以减轻CPU的负担。

另外可以看出A9的GPU似乎占用了很大的晶圆面积。现在看来，发布会上出现的模糊画面芯片是三星做的A9。下面可以看到三星A9的清晰图像。芯片面积为8.7mm x 10.7 mm，也就是94 mm2，其CPU、GPU、SRAM、M9都做了标记。

A9处理器的显微图像

(来源：Chipworks)

我们可以从整体芯片面积和上图中大致的功能块标记计算出各个部分的面积。下表是A系列处理器的比较。A9的CPU占用约13 mm2或整个晶圆面积的14%；六核GPU占用约27 mm2，即整个芯片面积的29%，约为CPU面积的两倍。两个大面积内存(SRAM)块共约4.3 mm2，占整个芯片面积的5%。

与前几代A系列处理器相比，A9的CPU块占比低，但GPU占比高。其实从下表可以看出，A9是唯一一个GPU面积比例如此之高的非“X”处理器，可见该芯片确实耐人寻味。

A系列处理器的每个功能块都占据了晶片面积。

高集成度是A9另一个值得注意的点，M9 MCP是第一个展示这款处理器集成度的案例。M9是苹果第三代MCP，第一代是M7，最早出现在iPhone 5s。M7被认为来自恩智浦，分析师认为它是为苹果定制的组件。下一个M8也是恩智浦的组件。

至于M9，不是独立芯片。据推测，这是恩智浦和苹果公司之间的知识产权许可协议，使后者能够将恩智浦的知识产权集成到A9处理器中。最后，集成的MCP似乎借用了A9的CPU周期。另一个A9可能集成闪存控制器，但这尚未得到证实。

编译：Judith Cheng(参考原文：Apple的A9:Story in A Story，作者Paul Boldt) eettaiwan。