顯微鏡下的蘋果A14芯片_風聞

來源：本文由半導體行業觀察編譯自tomshardware

半導體逆向工程和IP服務公司ICmasters已使用透射電子顯微鏡（TEM）對Apple的A14仿生芯片系統（SoC）進行了初步檢查。SemiAnalysis撰寫的一份有見地的報告揭示了蘋果這顆SoC的芯片尺寸和晶體管密度。這些細節揭示了工藝技術的功能以及芯片設計人員的領先。但是，蘋果公司的A14的這些細節真的可以讓人們對該公司即將推出的筆記本和台式機處理器有期待嗎？

根據SemiAnalyis的數據，A14 Bionic芯片的平均晶體管密度為每平方毫米1.409億個晶體管，高於A13 Bionic情況下的每平方毫米8997萬個晶體管。考慮到半導體製造商在測量晶體管密度時傾向於使用不同的方法，因此我們無法真正將TSMC的N5與英特爾10 nm的每平方毫米100兆晶體管的數字相提並論。同時，Apple A14 Bionic的晶體管密度似乎略低於台積電針對基於N5的SoC所承諾的理論峯值平均晶體管密度。

蘋果的芯片歷來在其處理器中達到了工藝節點理論密度的90％以上。但這一代與理論密度相比，A14的有效晶體管密度僅為78％。儘管台積電聲稱N5縮小了1.8倍，但蘋果僅縮小了1.49倍。

這不能簡單歸咎為TSMC或Apple的問題，因為這些公司分別是半導體制造和設計的明確領導者。相反，這種無法將理論密度轉換為有效密度的原因是SRAM縮放緩慢。從寄存器到緩存，SRAM在整個處理器中得到廣泛使用。台積電的Geoffrey Yeap聲稱，典型的移動SoC由60％的邏輯，30％的SRAM和10％的模擬/ IO組成。

我們知道，晶體管密度因不同的芯片結構而異。邏輯結構可以在每個新節點上很好地擴展，但是如今SRAM，I / O和模擬部件很難擴展，因此代工廠發佈的峯值是高度理論性的，而實際數字是取決於設計的。

由於SRAM用於寄存器和緩存，因此現代處理器的設計需要佔用大量SRAM。SRAM需要互連和電路來訪問它，而此類互連並不能總是能夠很好地實現擴展。鑑於所有現代SoC都包含不同類型的處理器內核，它們也使用高速緩存負載。

而從台積電（TSMC）的N5節點，我們也看到了SRAM縮放速度變慢的跡象，與先前的縮小有所不同。儘管邏輯上完全遵循微縮，但SRAM仍是1.35倍的收縮。其實這個數字也被誇大了，因為一旦考慮其他輔助電路，它將最終變得更低。

因此，TSMC的指導方針是使用N5將芯片面積減少35％-40％。SemiAnalysis預計，這將是新節點將持續的趨勢。台積電和三星已經在演示3D堆疊SRAM，這將有助於緩解密度問題。

但是，3D堆疊不是靈丹妙藥。因為成本調整已開始急劇放緩。據之前的報道，台積電N5晶圓的價格在1.7萬美元左右，顯然每個晶體管的成本並沒有下降。那就意味着即使SRAM的比例不斷提高，但從N7到N5的每個晶體管成本仍將保持不變。

同樣，芯片的某些部分必須以更高的時鐘頻率運行（例如，通用內核）。通過使用通常更大的高性能電池，這些零件可能會犧牲性能密度。實際上，考慮到蘋果公司對最終性能的關注，其SoC通常具有大容量緩存以及可能進行其他性能優化。

A14 在Speedometer 2.0中獲得的早期性能數據是一個瀏覽器基準，它通過模擬相當原始的用户操作來測量Web應用程序的響應速度，測試表明，蘋果A14 SoC可以比Intel的八核Core i9高54％的速度。Speedometer2.0中的性能數字無法提供有關針對現代x86 CPU優化的複雜應用程序中的性能的任何信息。儘管如此，它仍然給出了有關SoC可以達到的最大理論性能的想法。在某種程度上，該測試可以視為現代計算機的一場阻力賽。

Speculations：A14 Bionic是否能為蘋果Mac的SoC提供想法？

十多年來，蘋果一直在為智能手機，平板電腦，智能手錶以及可穿戴設備和智能耳機開發SoC。當需要為其iPad Air和iPad Pro平板電腦使用性能更好的SoC時，他們通常會添加CPU內核和更好的GPU，提供具有更寬接口的更多封裝內存儲器和散熱器以實現更好的散熱來實現。儘管目前僅是一種推測，但我們可以期望該公司在開發用於筆記本電腦和台式機的SoC時採用類似的策略。

從Apple的FireStorm內核和新的GPU的尺寸來看，該公司可以在不顯著增加A14 Bionic的芯片尺寸的情況下將高性能內核和GPU集羣的數量加倍。當然，它必須改進其內存子系統（可能涉及額外的64位內存通道和擴大的系統緩存）。但是，即使進行了所有“升級”，其PC SoC的芯片尺寸也將與英特爾高端版本的Ice Lake-U CPU相似，而後者比英特爾最新的Tiger Lake-U處理器要小。

蘋果尚未透露有關PC SoC的許多細節，只是説它們將使用與所有設備相同的通用架構。同時，該公司特意將這些處理器稱為“ Apple Silicon”，而不是“適用於Mac的A系列”。

在這一點上，蘋果似乎可以通過增加CPU內核和GPU功能來擴展其A14 Bionic設計，而不必冒太大的風險。但是，蘋果公司從未證實過，其PC SoC確實會使用其高性能智能手機內核，為此，目前人們智能猜測它們的使用情況。