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这就是创新:探究A10芯片如此强大的秘密


  • 对于很多人来说,今年秋季苹果所发布的新内容中,最大的兴奋点恐怕就是 iPhone 7 所搭载的 A10 Fusion 芯片了。毕竟,机能大幅强化所带来的潜力虽然不显眼,但好处却是人人都能感受得到的。

  • 秒杀一切最强 A10

      苹果每一年的新芯片公布都是一大看点,毕竟光是看着那不断上升的机能曲线,对于一名手机爱好者来说已经足够让人兴奋了。秋季发布会上苹果带来了 iPhone 7 和 iPhone 7 Plus 搭载的 A10 Fusion。新芯片的性能和上一代相比自然又有了很大的进步,40% 的提升确实能够让人浮想联翩,想知道它究竟都能够做些什么。  还有,A10 Fusion 芯片的图形性能相比 A9 也有了 50% 的提高。发布会上,苹果演示了手游《奥兹:破碎王国(Oz:Broken Kingdom)》。游戏华丽的魔法效果和物理破坏特效让人印象深刻,甚至还有同屏 400 个敌人的惊人表现。有趣的是,芯片的能耗和 A9 之前的相比,却减少了大约 30% 之多。  对于不少人来说,要对比性能果然还是跑分更加直观吧。不久前 iPhone 7 的安兔兔跑分成绩出炉,178397 的总分令人咋舌。要知道,这个成绩也就仅次于以性能强大著称的 iPad Pro 而已,上个月的跑分冠军总分不过 140000 分。  虽说苹果每一次的新芯片推出都被称为是“best than ever”,但这句话用在 A10 Fusion 身上却又多了不少意义。相比大家对这块芯片也是非常好奇,所以今天我们就来更仔细地去说说它,看看 A10 Fusion 上还有哪一些我们知道和不知道的事情。

  • 强大之源

      我们可以这么说,A10 Fusion 芯片是自从苹果的片上系统转移到 64 位处理器架构以来,它的进步最重大的一次。A10 Fusion 芯片拥有四个核心和 33 亿个晶体管。尽管苹果并没有公开 A9 芯片的晶体管数量,但我们可以猜测,这个数字肯定是介于 A8 的 20 亿和 A10 Fusion 的 33 亿之间。因为苹果没有公布具体数字,所以 A9 的晶体管数量应该不会超过 30 亿个。另外,苹果也透露它的 GPU 为六核设计,但跑分结果暗示其 L1 缓存和 L2 缓存大小都不变。  A10 Fusion 芯片的晶体管数量之所以能够比 A8 的多了超过 50%,它独特的四核心设计(尽管多出来的那两颗核心很小)肯定居功至伟。另外,iPhone 7 那颗强化过了的图像信号处理器也帮了大忙。如果它的制程和 A9 一样,继续沿用台积电的 16 纳米 FinFET 工艺,那么很明显,A10 Fusion 的芯片尺寸一定比上一代更大。  苹果为什么不采用更有诱惑力的三星式 14 纳米 FinFET 制程?这主要是因为这样会使得生产复杂化。与此相比,优化芯片尺寸和元件布置可就成熟稳定得多了。  有一件非常有趣的事情是,苹果提到 A10 Fusion 芯片的性能最高可以比 A9 多 40%,而我们通过跑分测试可以得知前者的核心频率是 2.33GHz,纸面上只比后者的 1.85GHz 快 25%。那么,这就意味着苹果很可能通过架构的优化,又多获得了不小的提升。  核心频率之外的提升尽管只有 15%,但考虑到芯片的工艺制程没有任何变化,这已经是很重大的进步了。苹果能做到这一点,很有可能是因为芯片信息封装模块的热效能经过了优化。这几乎是唯一的可能性,因为苹果采用的是四个核心,性能两高两低的不均衡设计。  高达 2.33GHz 的核心频率让苹果在设备的硬指标上足以接近竞争对手高通和三星,为了做到这一点,晶体管的设计可能也有了一些变化。通过提高电压,苹果将能够得到更高的频率。尽管这意味着不可避免的能耗浪费,但问题其实并不大,因为 A10 Fusion 还有那两颗非常抢眼的核心。

  • 小而为美

      比起 iPhone 7 的性能提升,业界更关心它独特的高低性能核心搭配的设计。通过这个改进,苹果实现了一种新的动态电压频率调节模式。苹果为此设计了专门的性能控制器,可以对核心负载进行智能的管理,做到让某些核心完全关闭。  这种理念看似和 ARM 所采用的很相似,后者 2011 年的 Cortex-A15 和 2012 年的 big.LITTLE 都是类似的设计,但苹果的优势在于,它可以按照需要,将任何 iOS 的软件接口重新部署给性能控制器,所以应用范围更广。  对于这两颗低性能核心,人们的关注点在于它们究竟是不是苹果定制的设计,还是说完全就来自 ARM 的手笔,比如 Cortex-A53。虽说苹果一向都喜欢完全的自定制设计,但也不是没有采用现成 CPU 的先例,比方说 Apple Watch 第一代,就是用的 Cortex-A7。这样一来,Apple Watch Series 2 所采用的双核芯片,很有可能正是 A10 Fusion 所用的那两颗低性能高能效核心。  从苹果的宣传来看,采用这种设计的成效是惊人的。我们知道 iPhone 7 的屏幕亮度已经增加了 25%,理论上本是一个“吃电大户”。然而在这样的情况下,苹果却表示 iPhone 7 仍然能够比 iPhone 6s 多出两个小时的续航时间。如果实际效果真的有那么好,A10 Fusion 芯片的能耗管控能力可以说是高效得惊人。

  • 接下来该怎么走

      有一个很关键的问题,那就是苹果为什么会选择在 iPhone 7 上实现这种独特的芯片设计。其实答案很简单,苹果已经对它的主核心设计进行了大量的优化,而这些改进已经几乎到头了,回报率越来越低。要提升性能,最简单的办法就是提高主频,但能耗和发热的问题任何人都不能不去重视。  通过优化设计,A10 Fusion 的芯片尺寸很有可能已经增大了,可以用来容纳更多的晶体管,然而芯片尺寸当然不可能无限制增大,而且本身 CPU 的主频也不是无限提升的 —— 高端的桌面级 CPU 在过去的十年里其主频也被禁锢在 3GHz 和 4GHz 之间。  通过优化和再设计,苹果实现了 A10 Fusion 芯片性能上的又一次提升,但能耗却又更低,这毫无疑问是一次创新。随着 iOS 10 又带来了许多全新的功能和特性,我们已经迫不及待想要看到 A10 Fusion 和 iOS 10 的软硬配合都将能够带来些什么了。  值得注意的是苹果为 AirPods 打造的 W1 芯片,高管菲尔·席勒表示,这是公司的第一款无线芯片,暗示未来还有更多的将要来临。或许,苹果的野心又要开始扩展了,  围绕在 A10 Fusion 这颗芯片上还有许多谜团,我们还需要更多的拆解、测试和分析去了解它。接下来的苹果还会为我们带来什么呢?真是让人期待啊。

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