原創蘋果黑科技——解讀A9系列處理器

每次蘋果發布新的設備，新處理器都是其中最吸引人的元素之一，而每一次蘋果新處理器帶來的強悍性能和極為出色的能耗比表現都令人驚訝。

這一次，蘋果又帶來了A9系列處理器：包括使用在iPhone上的A9和iPad上的A9X，那麼它們到底有多強？能否成為了消費者眼中新一代移動設備的性能標杆呢？

蘋果A9系列處理器登場

這次，蘋果A9處理器一如既往的不負眾望，不但工藝升級，整體架構設計也大躍進，堪稱目前最先進的移動處理器。

A9系列處理器分為了兩款，一款是被應用在iPhone 6s和iPhone 6s Plus中的A9，另一款則是用在iPad Pro中的A9X。

不過由於iPadPro要到11月份才會正式推出，因此目前玩家主要的目光都集中在iPhone6s系列的A9處理器上。

蘋果官方對A9處理器的介紹

蘋果宣稱A9是其「第三代」64位移動處理器，擁有的架構屬於「桌上型電腦級」架構，整體性能相比前代產品提升「70%」之多，圖形性能提升高達「90%」。

有關這幾個詞彙的具體含義，我們下文來一一解讀。

「第三代」64位處理器

蘋果是全球第一家發布並實際應用ARM指令集的64位移動處理器的廠商。

第一代的64位移動處理器型號為A7，第二代為A8，而A9就是最新的第三代。

A9處理器的CPU部分基於ARMv8-A架構，ARMv8-A架構是ARM旗下的面向移動計算的64位指令集架構。

這個架構設計靈活而強大，兼容16位、32位和64位指令集，支持64位通用寄存器、SP（堆棧指針）和PC（程序計數器）、支持64位數據處理和擴展的虛擬尋址，是目前最主要的移動計算架構之一。

ARMv8-A架構早在幾年前就已經發布

A9 CPU：性能提升70%

和之前的A7、A8類似，A9處理器依舊採用了雙核心CPU設計，不過主頻被提升到了1.8GHz，主頻的提升和新的架構設計以及新工藝的應用都有一定關係，這也是蘋果近幾代來首次如此大幅度提升處理器主頻，之前的A6、A7和A8的主頻都基本維持在1.3GHz到1.4GHz。

更細節的一些資料顯示，A9的一級緩存非常大，每個核心擁有64KB的一級數據緩存和64KB的一級指令緩存，二級緩存為3MB，三級緩存更是高達8MB。

這基本上和桌面PC相當。

從緩存角度來說，更大的緩存可以提高數據命中率、降低數據延遲甚至提升能耗比等，A9在這方面做得非常大方。

X光下的A9處理器，清晰可見CPU部分和CPU部分，以及超大的緩存。

在CPU架構的具體改進方面，目前只知道是繼續在之前A8的CPU架構上做出了大幅度改進。

之前A8相對於A7改進其實並不大，只是增加了諸如整數乘法單元的數量，改善了浮點加法和整數乘法的延遲，並且調整了分支預測和緩衝等，同頻率整體性能提升大概在15%到20%左右，因此A8的CPU可以稱作是A7的CPU改進增強版。

不過在A9上，全新的FinFET和全代14nm或者16nm工藝的應用，使得蘋果可以大刀闊斧的改進CPU架構，加入更多的執行單元同時大幅度提升處理器內部的執行效率。

因此A9相比A8應該有更為革命性的變化。

目前根據GeekBench的測試來看，A9的CPU部分性能單核心高達2500分左右、多核高達4400分，相比之前A8的1600分和2800分，A9所宣稱的提升70%基本靠譜。

A9的GPU：90%提升可期

A9的CPU信息目前還不是很明確，不過在GPU方面資料就豐富多了。

根據目前的資料和拆解情況來看，A9使用了PowerVR最新的第七代PowerVR GT7600 GPU。

這顆GPU的性能極為強悍，屬於PowerVR7XT家族中的中高端產品。

GT7600擁有6個USC，每個USC有32個ALU，因此總計有192個ALU核心。

相比之下，上一代的A8採用的是PowerVR GX6450，隸屬於PowerVR 6XT家族，擁有4個USC，每個USC還是32個ALU，總計128個ALU。

僅僅看著色器數量，A9就比A8多了50%，再加上GPU頻率提升等因素，A9的具體圖形性能表現值得期待。

拆解得到的蘋果A9處理器和存儲單元封裝真身

PowerVR 7XT家族的產品規格和特色說明

PowerVR 7XT家族的架構簡圖

其他功能方面，PowerVR 7XT增加了「Tessellation Co- Processor」也就是處理曲面細分的相關協處理器，能譜配合VDM（Vertex Data Master，頂點數據管理器）實現完整的硬體曲面細分功能。

此外，幾何前端的頂點數據管理器的幾何性能也翻了一番，計算數據管理器也大幅度提升了速度。

在計算能力方面，SFU和ALU可以並發操作，效率更高。

在GFXBench的Manhattan3.0中，iPhone 6s和iPhone 6s Plus的GPU成績高達39fps左右，基本上達到了iPhone 6系列的20.8fps的一倍，看來蘋果宣稱的提升90%所言不虛。

對比Android機型，目前最強的驍龍810也僅僅只能跑出25fps左右。

總的來看，綜合功能提升、性能提升、USC數量提升等，蘋果A9的GPU又一次拿下了手持移動設備GPU王者之位。

全新工藝：兩種處理器

蘋果在A9上啟用了全新的工藝，並同時選擇了台積電和三星作為代工合作夥伴，因此最終的具體產品型號有所差別。

經過拆解和確認，目前iPhone 6S和6S Plus中存在兩種不同型號的處理器，如果名稱是APL0X98/5X98，那麼說明其來自三星；而如果是APL1022這樣以「1」開頭的處理器編號，則說明來自台積電。

其實，蘋果手機中使用的存儲晶片也往往來自多家供應商，這次處理器來自多家供應商，也並沒有什麼特別值得大驚小怪的。

TSMC的16nm工藝目前良率和性能表現都非常不錯。

晶片面積上，三星代工的A9的封裝面積應該是94平方厘米，相比A8的89平方厘米稍大近10%。

電晶體數量方面，A9的電晶體數量大約在30億到35億左右，相比A8的20億來說是「暴增」，這主要還是拜8MB的三級緩存所賜。

如果用桌面處理器來對比，英特爾Core i7- 6700K處理器同為14nm工藝，核心的封裝面積大概在122平方毫米左右，電晶體數量不詳，而參考Haswell的電晶體數量最高端版本大約在20億左右，可以假設Core i7-6700K的數量應該不會超過35億。

由此可見，蘋果A9的電晶體密度還是相當可觀的。

蘋果歷代A系列處理器回顧

實際上，蘋果並非處理器設計「專業戶」，早前的三款iPhone處理器型號分別是PAL0098、APL0278、APL0298，雖然都出自於蘋果產品，但是架構方面多採用的是ARM官方架構，並且設計也並非蘋果，而是三星和其他公司。

蘋果首款自行設計的處理器為A4，搭配了劃時代的iPhone 4發布。

實際上，A4處理器依舊使用了Cortex-A8架構，只是蘋果做出了深入優化，使得功耗和性能表現更為出色。

在這款處理器上，蘋果首次開始考慮改動核心架構，比如將Cortex-A8的部分處理器接口做出調整，並且將L2緩存從原始設計的512KB增大到640KB。

隨後的蘋果A5處理器採用了雙核心的Cortex-A9方案，這也是蘋果首款雙核處理器。

而其繼任者A6是蘋果首款自行研發核心架構的處理器，被稱為Swift，它和當時市場上所有的基於ARM指令集的CPU在核心架構設計上都存在巨大差異。

Swift的改進相當成功，整體性能相比之前的Cortex-A9提升了大約37%左右，功耗卻沒有明顯增加。

接下來的蘋果A7、A8、A9都採用了64位設計，尤其是A7，是全球首款64位設計的移動處理器產品。

A8則奠定了蘋果在高端移動處理器上的皇者地位。

蘋果的A6處理器標誌著蘋果開始掌控整個移動計算設備全產業鏈

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