全方位深度解析iPhone 5S所有技术改进

A7 SoC 解析：

　　首先我要解释苹果 CPU 到底是多少核心。ARM 的授权模式基本上有两种：处理器和架构。前者是直接使用 ARM 设计的 CPU 核心，后者只是兼容 ARM ISA（指令集架构）的 CPU 核心。

　　NVIDIA 和三星走的是处理器授权这条路。他们直接使用 ARM 设计的核心（比如 Cortex A9、Cortex A15、Cortex A7），然后集成到自己的 SoC 芯片。NVIDIA 将 CPU 核心跟自己的 GPU 匹配，而三星还需要从 ARM 和英国 Imagination Technologies 公司获得 GPU 设计的授权。苹果之前也是走 ARM 处理器授权这条路，直到去年的 A6 芯片，所有苹果的 SoC CPU 核心都是从 ARM 授权过来的，由 ARM 设计。

　　但是在设计 A6 SoC 的时候，苹果加入高通的行列，走第二条路：仅需要 ARM 架构的授权。A6 的核心是由苹果设计的执行 ARMv7-A ISA 的 CPU 核心。我是从它们泄露的代号获知这些核心的：Swift。

　　在刚发布时，Swift 证明了是市面上最佳设计之一。完美结合了性能和耗能，基于 Swift 的 A6 SoC 在耗能方面比此前同样基于 Swift 的 Cortex A9 有很大的提升。Swift 还被证明比当时高通最好的架构更具竞争力。然而此后，高通推出 Krait 300 和 Krait 400 这两个基于 ARMv7-A 指令集的处理器微架构，在性能方面更胜苹果一筹。苹果每年一更新的节奏，就是为了抢回风头。

沿袭传统，苹果用新一代的芯片 A7 取代 A6。

　　因为时间有限，我不能深入探讨新的 SoC 架构，不过希望以下内容能让大家对 A7 有详细的了解。

　　首先，根据我跟尽可能多的知情人士聊天，以及根据我自己对芯片知识的了解，我比较有把握地猜测 A7 SoC 采用的是三星的 28nm HK+MG 制造工艺。考虑到产量的问题，现在采用 20nm 制程还为时过早，而且我认为苹果还没有做好将部分（不是全部）订单转移给台积电的准备。

　　理论上来说，采用  28nm 制程的芯片面积会是采用 32nm 制程的 76.5%（不会小于 76.5% 了）。当然，现实中不会有那么完美的缩小，所以我猜测可能面积会是 32nm 制程的 80-85%。即便如此，腾出的空间足够添加新的零件了。

　　在发布会上苹果官方宣布了 A7 的芯片尺寸为 102mm²，以及晶体管数量为 10 亿以上。可不要低估这些公开的信息。苹果曾经谈论更多的是他们的设计，而现在我们很高兴看到苹果开始谈论更多技术。

　　超过 10 亿的晶体管数量几乎是 A6 的两倍。鉴于芯片尺寸和制程的变化，显然芯片设计在根本上还有更多的改变。

　　CPU 核心继续是苹果自己的设计，这些不是 Cortex A57 的衍生物（还是太早了），而是苹果自己的 Swift 架构的衍生物。回答大家最想知道的一个问题，我认为 A7 是双核的芯片。在我解释如何得到这个答案之前，我要解释下核心和时钟频率。

　　我一直认为移动芯片从双核发展为四核比我预期要快。但是核心并非总是越多越好，多核心的耗电问题使得传统核心没有那么快被抛弃。比如 Moto X，两个更快的核心在低频时大部分使用体验都比四核心的优秀。NVIDIA 强迫每家硬件厂商很快地转移到四核，现在的安卓手机基本上不会低于四核。消费者大多也是偏向于更多的核心，而不是更快的核心。这就是为什么四核的 Cortex A5/A7 设计如此获利的原因。苹果在这方面通常很敏感，可以追溯到 Mac 的核心数量。我记得曾有过拿一旧款 iMac 跟 Dell XPS One 的做对比，Dell 选择内置更多的核心，但苹果选择更少但更快的核心，同时把在 CPU 节省的成本用在升级 GPU 上。你可以猜到哪一款机子更有优势。

　　在目前这个大环境，四核是大趋势，只要能在某些核心闲置时恰当管理功率和 Turbo。目前来看，除了英特尔的 Bay Trail 外，没有哪家移动 SoC 制造商能做到这点。所以说除非能做到，否则最佳的选择还是双核。只要回顾 PC 的演变就能得到这个结论。在 Nehalem 和 Lynnfield 到来之前，你必须在“更少更快的核心”和“更多核心”之间做选择。游戏系统和大多数用户倾向于选择前者，只有那些需要处理大量任务的用户才选择后者。一旦出现能很好处理 Turbo 的架构，双核和四核的讨论结果就不一样了。希望移动芯片也能遵循这样的发展方向。

　　接下来是频率的讨论。频率/电压其实只不过是移动 SoC 厂商用来宣传的卖点而已。我记得 ARM 曾说过，Cortex A15 核心用于智能手机的最佳频率是 1.2GHz。三星的 Exynos 5410 处理器坚持用四个 Cortex A15，最大时钟可达到 1.6GHz。5420 把频率提到 1.7GHz。频率高的问题在于，它要以更高的电压做代价。电压又和耗电量成二次函数关系。所以通过提高频率来提升性能是最糟糕的途径之一。

　　理解了这些知识后，我们就可以理解为什么苹果的 A6 最终用了两个 Swift 核心，主频坚持在 1.3GHz，同样地，A7 也只有两个核心，最大频率也没有增加。有趣的是，英特尔给 Bay Trail 设置的最大频率（不超频时）也是如此。

　　通过结合了几个报告工具和 benchmark 跑分工具的结果得出 A7 的最大频率都指向 1.3GHz。检测核心数量就容易很多。许多 benchmark 工具都得出双核/双线程的结论。Geekbench 3 还测出单线程和多线程的性能结果。我跟开发者证实过，线程数量不是硬编码。看 iPhone 5s 从单线程到多线程性能的比率，可以有把握地说，A7 是双核的芯片。

　　现在的问题是，这些核心都有哪些改变？