iPhone 6 A8處理器完全解密

轉自驅動之家

蘋果表面上是一家手機廠商，但這幾年已經悄然在移動處理器行業佔據了一定的地位，尤其是CPU：A6首次使用自主設計架構Swift，A7首次使用64位ARMv8架構Cyclone。A8又能帶來什麼驚喜呢？

很可惜，如果你期待又一次革命，那恐怕要失望了。無論CPU還是GPU，A8都只是一次穩健的進步，並不算很激進。

【新工藝、內存】

A8最大的亮點其實是製造工藝，並且創造了多個第一：

它是第一批採用20nm工藝製造的移動處理器之一，也是最重要的一個。

這是蘋果第一次使用最先進的半導體工藝(28nm誕生了一年多采用上)。

這是蘋果第一次使用非三星工廠代工，當然也是第一次使用台積電代工，而且一下子就搶走了大部分能。

台積電宣稱，20nm工藝相比於28nm可使晶片速度提升30%，或者整合度提高90%，或者功耗降低25%，具體如何權衡就看晶片設計了。A8晶體管數量翻了一番，核心面積小了13%，性能……稍后再。

A8的內存子系統基本沒變，只有一些細微的調整。SRAM緩存依然存在，繼續同時為CPU、GPU服務(可視為三級緩存)，容量還是4MB，而內存控制器還是支持LPDDR3-1600。

經過測試發現，A8的內存頻寬比A7略有增加，2-9%的樣子，很小，明來自進一步優化。

更有趣的是內存延遲，1-4MB SRAM緩存區域、6+MB內存區域都降低了大約20ns，但具體如何實現的仍有待考察。

除了CPU、GPU、緩存、內存，A8裏還有其他大量的固頂功能模組(或者最多時彈性很有限的DSP)，包括音頻控制器、USB控制器、視頻編解碼器、快閃記憶體控制器、攝像頭ISP等等。具體在晶片的哪個位置、特性如何還不清楚，但至少知道，A8支持H.265格式視頻編碼，不過目前只會用於FaceTime視頻通話。

【CPU架構：沒有革命 仍然驚喜】

兩年多過去了，我們對A6、A7 CPU架構仍然知之甚少，蘋果始終不肯公佈任何技術細節。A8仍是如此，這一次甚至連架構代號都還不知道(以前兩代分別是Swift、Cyclone)。

就目前所知，A8 CPU架構設計並沒有像A6、A7上那樣有革命性的地方，也就是個增強版的Cyclone，但也並不算是壞事。A7架構已經十分優秀：較寬、較高的IPC設計，延遲很低，可以在很低的頻率下取得很高的性能。(Intel酷睿的理念也與此類似)

A7的頻率只有1.3GHz，A8也不過區區1.4GHz，但正因為如此，蘋果無需在頻率上投入太多，就能獲得理想的性能，同時保證功耗足夠低，這對移動設備來顯然是再理想不過的。

換句話，蘋果在去年就完成了其他晶片廠商明年才有可能做到的。

盡管不用再費力挖掘架構細節，但我們仍然想知道，A8究竟改變了什麼。

根據估量，A8 CPU部分面積約12.2平方毫米，相比於A7 17.1平方毫米縮小了29%，也就是在塞入了更多晶體管后，蘋果憑藉更新的工藝，反而減小了CPU所占面積。

從測試數據看，A8、A7 CPU的確是如出一轍，很多底層測試中都表現得就像同一顆晶片，只是浮點加法和整數乘法延遲更短了一些，緩衝和分支預測也可能略有不同。

A7隻有1個整數乘法單元，需要4個周期執行，A8則只需3個周期，更神奇的是整數乘法性能翻了一番還多，這意味現在有2個整數乘法單元了。

浮點加法也有很大提升，不過幅度沒這麼高，執行周期從5個縮短到4個，貌似仍是3個浮點ALU單元。

總體而言，A8、A7的變化有點像是Intel Tick-Tock的后一步，即升級工藝，架構上只是微調增強。

接下來看一些更接近表層的測試。這裏使用多年前用於PC系統的SPEC CPU2000，如今移動處理器的檔次拿來跑它正合適。

A8的頻率高了100MHz，也就是大約7.7%，排除這一因素后，A8的性能仍然明顯高於A7，12個子項全部有提升，尤其是MCF、GCC、PerlMmk、GAP的幅度都很高，最高達55%。

再來看Geekbench 3，包括整數、浮點兩部分。

仍然普遍有提升，幅度也不錯，最高達到了37%，但是加解密差點，排除頻率因素后偶爾甚至還有所倒退。

浮點部分更好些，各項提升相對比較均勻。

總體而言，A8 CPU沒有再次革命，但憑藉架構優化、內存延遲改進、頻率提升，仍然有了不小的進步，完成了“A7升級版”的基本任務。

明年，大批的64位ARM處理器將陸續登場，既有公版的A57，也會有非公版的自主設計，蘋果將面臨嚴峻的挑戰，但相信A8仍然能有自己的立足之地。

雖然四核、六核、八核將大行其道，蘋果依然只是個雙核，但是已經可以看出，蘋果的單線程IPC一直十分優秀，而現在很多工作任務仍然無法很好地支持多核，A8根本不用怕。

當然了，下一代A9能再次帶來什麼驚喜更值得期待。

【GPU架構：六核？沒必要】

庫克宣稱A8 GPU性能提升最多50%，這很自然讓我們以為是從四核變成了六核，會用上Imagination最頂級的PowerVR GX6650。

但是經過對晶片的觀察，卻只發現了四個GPU核心，排除了六核的可能性。

再結合其他信息，尤其是蘋果的Metal編程指導，最終確認A8採用的是四核PowerVR GX6450，也就是A7 G6430的升級版，基於最新的PowerVR Series6XT架構，年初的CES大會上才宣佈。

Series6XT是此前2012年誕生的Series6架構的增強版(G6430就屬於后者)，重點是通過架構上的各種調整和優化，提升性能、增加功能，比如支持下一代紋理壓縮技術ASTC(自適應可擴展紋理壓縮)。

該技術來自出品了OpenGL、OpenGL ES等標準規範的行業組織Khronos，可提供更好的紋理壓縮性能、更精細的質量控制，同時也是所有GPU都可以支持的通用格式。

蘋果一直都在用PowerVR GPU，一直支持PVRTC、PVRTC2，ATSC則可以進一步提升游戲質和性能。

Series6XT架構還有新的電源管理技術，能降低待機、輕負載時的功耗，比如“PowerGearing G6XT”門控技術可以單獨開關每個GPU核心(色器簇/USC)，自然能夠延長手機的待機時間。

Series6XT通過一系列底層優化，提升了總體性能，官方宣稱最多可達50%，正好也是蘋果宣傳的數據，但具體怎麼做的，Imagination並未公開。

我們只知道，新架構對核心(色器簇)本身做了改進，仍然是16寬度的SIMD結構，但每條流水都增加了一組中等/半精度FP16 ALU，也就是從2×3變成了2×4，理論上性能可提升33%。

FP16操作比FP32節省頻寬和功耗，但是需要精心編程才能高效利用，否則性能提升會很有限。

FP32部分仍然是每條流水兩個ALU，每時鐘周期最多四個FP32浮點操作，或者128個MAD(乘加運算)。

前端和后端的幾何處理、紋理填充同樣有所改進，但還是細節不詳。

最后是GPU計算性能。iOS仍然沒有提供這方面的良好支持，OpenCL也沒有相應的版本。iOS 8增加了Metal API，可以同時用於圖形、計算，但效果如何還有待觀察。

GPU頻率完全不知道，也不太容易測試。

總體而言，GX6450可以在部分優化、支持到位的項目中獲得50%的性能提升，有的則可能只會看到15-20%，一般來也就是30-35%的樣子吧。

為什麼還是四核？

其實，Imagination已經有了更強大的六核心型號G6630、GX6650，完全可以更好地滿足更大屏幕的iPhone 6、iPhone 6 Plus，而且有了新工藝的支持，晶體管、核心面積都可以更好地控制，為什麼還是堅持四核心呢？

這再次體現了蘋果的設計原則：不盲目追新，夠用就好。

A8 CPU上只是一次進化，GPU也不必急革命，尤其是G6430本來就已經很強大了，iPad Air 2048×1536的屏幕都不在話下，iPhone 6 Plus 1080p又算什麼，GX6450本身的改進加上頻率提升(如果有的話)確實正好。

A7 GPU部分的面積是22.1平方毫米，A8縮小到了19.1平方毫米。看起來很理想，但別忘了20nm理論上可以讓它縮小11.1平方毫米的。這明A8 GPU還是增強了很多的，尤其是那兩塊清晰可見的共享紋理單元，將對紋理性能生至關重要的影響。

到最后，對明年的A9更期待了：16nm工藝、CPU新架構、六核心GPU……