解剖苹果A5处理器：ipad2推动平板处理器进入双核时代

tiankuang2

解剖苹果A5处理器：ipad2推动平板处理器进入双核时代

电子方案网行业新闻头条：苹果公司于北京时间2011.3月3日凌晨2点，在美国旧金山芳草地艺术中心召开特别发布会，正式发布iPad 2平板电脑及iOS作系统。一直传闻健康状况恶化的CEO斯蒂夫•乔布斯(Steve Jobs)也意外亮相，亲自主持发布会，引发全场观众起立致敬。

iPad 2采用全新设计的A5双核处理器，在保持功耗不变的情况下，处理器性能提升2倍，显卡性能则提升九倍多。A5何以能有如此彪悍的性能，暂且按下不表，待后文分析。



iPad 2采用前、后置摄像头，支持FaceTime视频聊天、厚仅8.8mm，比iPhone 4还薄，比一代iPad薄33%。Wi-Fi版重量为601g，Wi-Fi版+3G版为607g，上一代iPad对应版本重量分别680g和730g。

iPad 2有黑白两色可选、支持AT&T和Verion网络、电池寿命10小时、支持6.5万种应用。

iPad 2将于3月11日在美国上市，3月25日在英国等25个国家上市，遗憾的是，中国不在首批海外上市国家之列。

iPad 2售价

iPad 2分为16GB、32GB和64GB三个版本，Wi-Fi版售价分别为499、599、699美元；Wi-Fi+3G版售价分别为629、729、829美元。

iOS 4.3

除了iPad 2，苹果此次还发布了iOS 4.3，增强了Safari浏览器的性能，支持私人无线热点(Personal hotspot)，但仅限于iPhone 4。iOS 4.3将内置新的软件，包括Photo Booth大头贴软件。

iOS 4.3上市时间同为3月11日。发布会上，苹果高管还重点演示了两款收费iOS 4.3应用：iMovie视频编辑和分享应用与GarageBand音乐软件，售价均为4.99美元。

看上去步伐敏捷、精神状态不错的乔布斯还宣布：“2011年将是iPad 2年”，他还表示：“只靠技术远远不够。需要把技术与自由艺术和人文结合起来。我们的竞争对手认为，平板电脑是下一个PC市场。这不是正确的方向。平板电 脑是后PC时代的设备，要比PC更容易使用，更依赖用户的直觉”，“与PC相比，平板电脑更要求软硬件的结合。我认为，我们正走在正确的道路上”。

除了新品发布，苹果还在此次发布会上公布了一些重要数据：兰登书屋将为iBook带来超过1.7万本书籍；iBook书籍下载量达到1亿次，拥有超过2500家出版商，注册用户超过2亿；开发人员通过App Store赚到逾20亿美元；iPhone出货量已超1亿部；2010年4月到12月，iPad销量达1500万部，销售额为95亿美元，在平板电脑市场 的份额超过90%。乔布斯自豪地称，iPad是“苹果在后PC时代的第三大重量级产品”。

2011年平板电脑迈入GHZ双核时代

根据IDC数据以及元件技术网电子工程师论坛网友投票数据，2010年，比竞争对手三星的Galaxy Tab早几个月出货的Apple以84.7%销量占据平板电脑市场的领导地位。这一年全球市场总共销售了1700万台平板电脑。

随着一些新的平板供应商加入，IDC预计平板电脑今年的出货量将达到4400万台，到2012年这个数字将增加到7000万台。而In-stat的预计相对保守，估计在2014年平板的出货量可以达到5800万部。

尽管平板装置目前主要瞄准消费市场，但In-Stat首席技术分析师Jim McGregor认为，未来平板装置在商业市场仍具备发展潜力。商业市场的使用模式和使用者要求会有些不同，但在未来一年内，整体平板装置的市场发展将更加明确，商用市场的商机也将更加明显。事实上，黑莓正在和很多传统的软件供应商，如SAP等合作，计划将其平板电脑Playbook引入到商业领域。

去年，苹果已经卖出了500万台基于A4处理器的移动终端，几乎是基于X86架构PC的4倍左右。Apple销售5种基于其单核A4芯片的产品，iPad，AT&T版本的iPhone4，Apple TV，iPod touch以及CDMA版本的iPhone4（与沃达丰无线合作的）。

iPad2是苹果第一款使用新的双核A5处理器的产品。2011年，苹果面对着一大批竞争对手，这些竞争对手也都推出了自己基于GHZ处理器的产品。

惠普已经发布了自己的TouchPad，该平板基于高通的Snapdragon双核处理器。LG，摩托罗拉以及三星也发布了自己的Android平板，这些产品基于NVIDIA的Tergra2 处理器芯片。而黑莓的Playbook则采用德州仪器基于双核Cortex A9的处理器Omap4430。至此，平板电脑正式迈入GHZ双核时代。

操作系统 iOS 4.3 Android 3.0 webOS 3.0 BB Tablet OS (QNX)
屏幕尺寸 9.7 寸
LED 背光 IPS LCD 10.1 寸 9.7 寸 7 寸
解像度 1024 x 768 1280 x 800 1024 x 768 1024 x 600
处理器 1GHz 双核
Apple A5 1GHz 双核
Cortex-A9
NVIDIA Tegra 2 1.2GHz 双核 Qualcomm Snapdragon
APQ8060 1GHz 双核 Cortex-A9
TI OMAP4 4430
内存 ? 1GB RAM 1GB RAM 1GB RAM
内存空间 16/32/64GB 32GB 16GB / 32GB 16GB / 32GB / 64GB
前置镜头 VGA 视讯录像 2 百万像素 1.3 百万像素 3 百万像素
后置镜头 720 / 30p 录像 5 百万像素（连自动对焦、双LED闪光灯、支持720p / 30p 录像 没有 5 百万像素
支持 720p 录像
无线网络 3G (GSM & CDMA) 支持 3G 网络（未来可免费升级至 4G LTE 网络） 支援 3G 及 4G 支援 3G 及 4G
WiFi 802.11a/b/g/n 802.11a/b/g/n 802.11b/g/n 802.11a/b/g/n
蓝牙 2.1 + EDR 2.1 + EDR 2.1 + EDR 2.1 + EDR
水平传感器 有，三轴 有，三轴 有 有
陀螺仪 有 有 有 没有
电池容量 25Wh 3,250 mAh 6,300 mAh 5,300 mAh
机身厚度 8.8mm 12.7 mm 13.7 mm 10 mm
机身重量 601-613g 725g 740g 425g

成谜的的苹果A5处理器

据传，Apple A4架构上是由ARM Cortex A8搭配PowerVR SGX535，而Apple A5则将架构更新到双核心的Cortex A9搭配PowerVR SGX543，这个GPU架构遽闻也是PSP2新核心采用的架构。


维基百科的资料显示，苹果的A5处理器仍然是一个采用了PoP封装SoC。芯片主体设计仍由苹果2008年收购的P.A.SEMI团队完成，由三星制造。接下来即将发布的iPhone5、5代Touch以及 Apple TV很可能都会采用该处理器。

A5包含一个1GHz的双核ARM内核，目前，该内核到底是采用了Cortex A8还是Cortex A9仍然是个谜，但根据TI、高通、英伟达等推出的双核处理器来看，该处理器很可能使用的是Cortex A9 MPCore。该芯片还采用一个PowerVR的图形核心——SGX543，据传比之前A4中使用的内核要强大9倍之多。

根据PowerVR的资料，新的SGX543架构效能足足比SGX535强了四倍，所以也能大胆预测iPad的分辨率可能又要更上一层楼了；另外，为了新 一代Apple TV的战略考虑，A5原生支持HDMI 1080p输出的可能性亦相当高。

就像之前A4对应三星的Hummingbird核心一样，外界普遍认为新的A5处理器在设计和性能上很可能对应三星的Exynos双核心处理器。

解剖A5处理器

几款主流的双核处理器比较 处理器 Nvidia  Tegra 250 TI OMAP 4430[4] Qualcomm Snapdragon AQP8060 Sumsong Exynos 4210
处理器速度 1GHz 1 GHz 1.2GHz 1.2GHz
制造工艺 40nm 45nm 45nm 45nm
GPU 超低功耗 GeForce GPU PowerVR SGX540 Adreno 220 ARM Mail400MPCore
处理器架构 ARMv7A+ARMv3 ARMv7A ARMv7A ARMv7A
处理器核心 双核ARM CortexA9 MPCore 双核ARM CortexA9 MPCore 高通    Dual-core Scorpion 双核ARM CortexA9 MPCore
支持OS Android3.0 QNX Android2.2&WebOS Android

1、PoP封装
PoP封装又称作堆叠式封装。典型的叠层芯片封装将多个IC集成到单一封装中——降低了主机板的复杂性、减小了便携式器件的尺寸和成本——而PoP方法的真正驱动力在于可以通过降低责任和提高物流而提高了产品的灵活性。

采用PoP方法可以获得更短的上市时间、产品升级的灵活性、更低的一次性工程成本（NRE）和开发成本，并且可以使用现有的高成品率硅芯片，这样可以避免开发新的芯片，缩短了设计周期。

PoP方法给原始设备制造商（OEM）提供了在组装最后阶段更改板级集成方案的灵活性。例如一个手机制造商计划将封装好的数字信号处理器（DSP）与另一个封装好的高容量存储器集成在一起。但如果市场条件发生变化，需求转向低容量存储器芯片，则OEM可以在板级组装阶段修改物料清单（BOM），并且不需要新的设计或新的板级布线就可以将高存储容量芯片更换为低存储容量芯片。

如果将数个IC集成到一个封装中，需要对商用芯片的订购进行物流管理。一个典型的叠层封装中，IC制造商必须有封装内所有芯片的所有权。这无疑增加了制造商在财政和物流上的负担。PoP消除了IC制造商管理供应链的压力。这样，OEM拥有所有集成芯片的所有权，将根据市场的需要分头联络相应的供应商。

由于消除了供应链的压力，因此越来越多的集成器件制造商（IDM）和电路设计公司开始采用PoP技术。这也促进了这类封装的发展，并且预计在未来几年替代典型的2层芯片叠层封装并逐步取代高端（>3芯片）叠层封装。

2、低功耗设计

在深亚微米工艺中，亚阈值泄漏电流随着阈值电压的降低而指数上升。一些研究表明，在小于90nm工艺下，静态功耗在总功耗中占的比例将超过50％ ， 并且呈指数级上升趋势。因此，降低静态功耗成为先进CMOS电路低功耗设计中的主要目标。动态功耗一般跟电源电压成正比，所以通过对电压在不同区域使用不同电压可以有效控制动态功耗。静态功耗是伴随半导体制造工艺进入深亚微米时产生的新课题，对于很多芯片提供商都是头疼的问题。苹果2008年收购的P.A.SEMI却正是这一领域的佼佼者。他们在低功耗设计方面，拥有众多核心技术。P.A.SEMI的创始人兼CEO Daniel W. Dobberpuhl更是此中至圣。他曾供职于DEC，博通，从1976年入行就开始从事处理器设计，曾经主导了多款处理器的设计，其中就有顶顶大名的strongARM和MIPS。而追随他加入P.A.SEMI的大多数工程师也是来自Intel,AMD等处理器巨头，大多都曾经参与过安腾、至强等处理器的设计工作。Apple之所以购买P.A.SEMI正是看中其在处理器设计领域的智力资源。


现在可以肯定，P.A. Semi肯定参与了 苹果处理器芯片的设计，他们应该在动态功耗和静态功耗管理方面做出了最大的贡献。


P.A. Semi 在 2005 年展示的 PWRficient 芯片通过功率门控和时钟门控实现了奇迹般的能耗效率。功率门控是一种相对直接的技术，可以关闭芯片中不在运行的部分。但这实现起来比听上去难，因为你必须将芯片分为不同的区块，以便单独的睡眠或唤醒。你还必须调整区块的面积和布局，以保证进入、终止睡眠状态造成的延时不会影响整个芯片的节奏。

时钟门控则是另一种被PWRficient 大量采用的技术，同样有实现难度。时钟分配网络的动态功耗最多可能达到整个SoC功耗的一半。门控技术是一种优化时钟树的途径，在不需要的时候关掉芯片的一部分时钟源以节省功耗。


苹果的处理器是否使用这两种技术的具体情况还不清楚，除非 Apple自己公布。但即使当前没有被采用，这些技术也已经在苹果的处理器中扮演很重要的角色。

3、IP核

也有传言，苹果iPad2中使用的A5处理器实际上是一个增强型的A4处理器。但不管怎样可以肯定的是，他们肯定都采用了ARM的Cortex-A系列内核，不同之处在于，Cortex-A9相比A8 主要加强的DSP性能，并加入了一些控制单元，执行速度也要比A8快。

图形核心方面A5沿用了PowerVR 的SGX 系列内核，此款内核已经被不止苹果一家用于自己的处理器中。包括TI，三星等半导体厂商也都将其用于自己的处理器中。由此可见，其性能必然值得期待。但能否与英伟达的图形处理器核心一较高下，就要等到相关产品发布之后了。注：这里的苹果不是食品。