苹果A4芯片采用Cortex A8核心

苹果A4芯片采用Cortex A8核心

　美国科技博客Ars Technica联合创始人乔恩·斯图克斯(Jon Stokes)今天撰文，对苹果iPad所采用的A4处理器的内核、配置以及所采用的技术进行了分析。他认为，苹果之所以对A4的细节信息保持沉默，是不想让外界将过多的注意力放在这款芯片产品上，避免A4喧宾夺主，从而突出iPad的软件优势。以下为文章全文：

　　沉默的苹果

　　多数企业在耗费巨资设计复杂芯片时，都会大肆宣扬。Sun或IBM等公司所生产的芯片只被用于其自身的系统，尽管如 此，他们还是在搭配新款处理器的产品面市前就将该处理器的细节信息公布于众。包括游戏机厂商、SoC(片上系统)厂商以及PC芯片厂商在内，几乎所有的半 导体厂商都是如此。但只有苹果是个例外。

　　自从上月发布iPad平板电脑后，媒体对于该产品使用的处理器所知道的所有信息只有两个字母：A4。其他的信息都被视为最高机密，这种保密策略也引发了大量的猜测，有些比较合理，有些则完全是捕风捉影。

　　苹果为何对A4如此保密?苹果为何没有向ISSCC(IEEE International Solid-State Circuits Conference，译注：是美国电气和电子工程师学会(IEEE)主办的国际电子电路研讨会，有半导体领域的奥林匹克之称) 提交论文，或者发表白皮书?

　　我并不知道这些问题的答案，但综合我对A4的了解，我怀疑有两种可能。首先，这只是因为苹果CEO史蒂 夫·乔布斯(Steve Jobs)喜欢保密。当然，这完全是我的推测。A4毫无疑问能够让他获得这样一种特别的感觉：“我有自己特制的SoC，而你们却对其一无所知。”说实在 的，我们难道不想知道这是一种什么感觉吗?至少我想。

　　第二种可能是A4并不值得过分宣传。这或许也是最为可能的一种原因。如果苹果告诉我们A4的细节信息，多数人的注意力或许就会转向A4的缺陷，而不是iPad的优点。

　　透析A4配置

　　当我在发布会上看到iPad视频并看到有关该产品的使用报道时，我坚定地相信，这款产品采用的是ARM Cortex A9处理器核心，甚至有可能是双核版。但最终的结果是，A4是一款以Cortex A8为核心、主频为1GHz的SoC，并且搭配了PwerVR SGX图形处理器。A4采用单核Cortex A8核心的消息并未被公布，但多方消息人士向我透露了这一确切消息，尽管他们的理由各不相同。我曾经希望对此加以怀疑，但却无法做到。

　　总之，A4与其他即将上市的采用Cortex A8核心的SoC有着很强的可比性，A4甚至有可能采用了更少的硬件。iPad本身并不需要太多的I/O处理，因此A4本身也就可以舍弃一些没有必要的I /O元件。与之相比，基于Cortex A8的常规SoC则拥有更多的I/O硬件，因为你永远不知道用户究竟需要那一种连接方式。

　　例 如，像飞思卡尔i.MX51这样一款基于Cortex A8的SoC就拥有1个红外模块、3个用于串行通信(RS232接口等)的UART(通用异步接收/发送装置)模块、4个USB模块以及1个键盘控制器， 这还只是一小部分。当然，iPad很可能只需要1个USB接口和1个UART来进行串行连接，而且这两个接口都与30针的连接器相连(假设与 iPhone(手机上网)所采用的30针连接器相同)。由于多点触控输入控制器将通过USB接口或串口与芯片相连，而且只能二选其一(我查阅了意法半导体 出品的STM32TS60多点触感控制器的介绍，该产品只能支持USB接口或串口中的一个)，因此可能还有另外一个用于这一目的的接口。

　苹果的30针插头能够支持电视输出。最近有传言称，iPad的SDK(软件开发套件)显示，该产品支持外接显示器，而且至少已经有一家公司发布了一款适配器。

　　在SoC常见的模块中，A4很可能还缺乏另外一种与拍照和视频摄像头相关的硬件。苹果iPad有可能是唯一一款没有内置摄像头的Cortex A8设备，因此苹果有可能会去掉一些专门用于处理图片的模块。

　　尽管猜测苹果没有在A4中提供什么模块非常有趣，但最终目的还在于得出一个结论：由于底部配有30针连接器，而且没有内置任何摄像头，因此A4 所需要的I/O支持比同类型的智能手机和智能本芯片少得多。这就意味着A4只包含有一个GPU、一个CPU、内存接口模块(NAND和DDR)，可能还包 含有安全硬件、系统硬件以及几个I/O控制器。也就是说，A4非常精简，以至于无法找到这样一款现成的SoC。

　　P.A.Semi的职责

　　如果苹果只是购买了Cortex A8的授权，并没有自己设计一款CPU的核心，那么收购P.A.Semi的意义又在哪里?这一问题的答案尚不明确。

　　苹果2008年4月刚刚收购了P.A.Semi，想要围绕ARMv7架构设计一款全新的核心，1年多的时间似乎不太够用。高通Scorpion 核心就是一款与Cortex A8类似的处理器核心，但却具备更多的SIMD(单指令多数据流)引擎，并且具备更深的管道，该项目历经数年才开发完成。不难想象，苹果正在开发类似于 Scorpion的产品，但短期内不会面市。

　　目前尚不清楚P.A.Semi是否完全参与到A4的设计过程中，P.A.Semi的团队的最大贡献有可能在于A4的动态功率优化。

　　P.A.Semi公司2005年末推出的PWRficient芯片通过大范围使用功率和时钟门控(power and clock gating)技术实现了超高的能耗效率。功率门控是一种较为易懂的技术，它能够关闭部分未使用的芯片。但说起来容易做起来难，因为需要将芯片分割成为许 多模块，然后独立对其进行睡眠和唤醒操作。除此之外，还要对这些模块的大小和排序进行仔细设计，以免在进入和退出睡眠状态时产生额外的延迟，从而对芯片的 整体响应时间产生影响。这些延迟和响应时间问题会使得功率门控很难被部署在高速处理器上，这也是为什么PWRficient处理器所使用的功率门控数量对 于高性能处理器而言意义非凡的原因。

　　时钟门控则是PWRficient芯片广泛使用的另外一项技术，它同样有着自己的挑战。在一款现代化的SoC上，时钟分配网络最多会耗费半数动态动率。时钟门控则可以在某些不需要的时候将时钟与芯片相隔绝，从而达到削减时钟树的目的。

　　至于A4究竟在多大程度上使用了这两种技术，还要等到苹果公布消息后才能知道，但苹果有可能永远都不会这么做。即使这些技术并没有被广泛应用于现有的A4处理器上，今后的版本或类似的产品却有可能更多地使用这些技术。

　　说到类似的产品，P.A. Semi团队完全有可能并未参与到iPad芯片的设计，而是参与到了iPhone SoC的设计中。由于iPad的屏幕太大，而且与其他与原件相比，其能耗要大得多。因此对于平板电脑这样大个头的设备而言，很难想象A4能够比 Snapdragon等芯片为iPad带来更多的电池续航能力，毕竟Snapdragon和i.MX515比A4多出来的那些硬件所增加的能耗对平板电脑 而言微不足道。但是对iPhone进行努力优化却有可能从根本上提升这款产品的电池续航时间，使之在竞争中有上佳表现。

　iPad与Wii

　　归根结底，我认为苹果之所以对A4的信息保持沉默，原因在于iPad的真正优势在于软件，也就是系统的效率、系统和应用的用户界面设计以及由软件团队创造的优异用户体验。

　　从这方面来看，iPad与Mac很像。Mac采用了较为普通的硬件，但却提供了优秀的工业设计和卓越的用户体验。iPad也希望如此，只不过它同时还希 望以平板电脑的形式替换传统的显示器加键盘的组合，并用多点触控界面代替已经沿用了数十年的WIMP(窗口、图标、目录和指针)界面。

　　或许将iPad比作任天堂Wii更为恰当，后者的成功并非源于处理器，而是凭借着创新的界面和渠道广泛的软件获得的。我相信，如果iPad能够像Wii改变游戏机行业那样改变移动计算行业，苹果一定会将其视为一个巨大的成功。