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深度剖析:iPhone 6s 处理器、内存与无线通信芯片

发布时间:2015-09-22 责任编辑:sherry

【导读】Apple 在近期的新品发布会上发布了 iPhone、iPad Pro、Apple TV 与新一代 Apple Watch 操作系统,可谓历年来产品最丰富的一次,本文主要将对占苹果营收 6 成以上之 iPhone 产品内部核心主要芯片做些讨论,包含处理器、内存与无线通信芯片等。
 
本代 iPhone 延续过去传统命名为iPhone 6s,在外型上维持与 iPhone 6 相同之 4.7 寸与 5.5 寸,分辨率也不变,故屏幕PPI也相同。iPhone 6s 最大的特色为增加了 3D Touch,此源自 Apple Watch 所使用的 Force Touch 功能经持续改良,增加使用者体验(User Experience)效果,在外观颜色方面,除了原本 iPhone 6 颜色外,另外增加了与过去传闻相同的玫瑰金色。主要相机模块分辨率也大幅增至主相机 1,200 万像素,前置相机也同步增至 500 万像素。而扮演 iPhone 内部核心主要运算功能的芯片部分,以下将讨论与前一代 iPhone 6 最大差异。
 
A9 采用新晶体管架构
 
iPhone 6s 内新一代 A9 应用处理器(Application Processor/AP)采用新晶体管架构(New Transistor Architecture),由于 iPhone 6 内 A8 处理器为使用台积电之 20 nm bulk 晶体管工艺,所谓新晶体管架构很可能为鳍式晶体管(FinFET),可能代工厂商为台积电之16 nm或是三星之 14 nm 工艺。随着晶体管工艺持续微缩,闸级氧化层(Gate Oxide)厚度越来越薄,从闸级漏出的电流将越来越大,对于个人行动装置的待机(Standby)时间造成严重威胁,FinFET 利用多维(multi)或三维闸级去控制(Control)电流。Intel 在 2X nm 已开始使用 FinFET,目前已全面商业化至其微处理器产品中。台积电与三星则在 1X nm 全面导入 FinFET。
 
A9 效能全面升级
A9 效能全面升级
Apple 表示 A9 的中央处理单元(Central Processing Unit/CPU)将较 A8 快 70%,由于 A9 应该还是与 A8 采用相同 ARM v8 指令级架构,A9 很有可能使用与 iPad Air 2 的 A8X 相同的 3 核心。而 A9 之图形处理单元(Graphic Processing Unit/GPU),根据 Apple 宣称效能将比 A8 增加 90%,故应该可能也与 A8X 相同采用 8 核心客制化(Customization)之 PowerVR 架构,A9 此次主要特色为透过 FinFET 的导入降低面积与改善散热,再加上电路优化来达到全面效能升级的效果。
 
内存加大、支持 4K 录像
内存加大、支持 4K 录像
iPhone 6s 后制主镜头可支持 4K 录像。4K 分辨率为 Full HD 的 4 倍(2×2),像素(Pixel)可达 800 万。由于手机储存容量不若大型录像或是单眼器材,通常在录像时会先经过基本压缩处理,如DCT等,再加上原本 AP 内通常整合 CPU 与 GPU,手机内 DRAM 需要共享传统主存储器与 Frame Buffer,再加上操作系统传统运作需要,iPhone 6s 对整体手机易失存储器需求大增,故 iPhone 6s 内部 DRAM 使用量很可能从原本 iPhone 6 之1GB LPDDR3 增加至 2GB LPDDR4。
 
可能首次运作在 iPhone 的 LPDDR4,估计速度为 3200 Mbps。LPDDR 与传统 DDR 最大差别为低功耗,由于功耗与电压平方成正比,LPDDR4 使用 1.1 V 较 LPDDR2/LPDDR3(1.2V)为低,故可以提升 iPhone 6s 待机时间。LPDDR4 另外一个重要新改变为在 Die 上使用双通道(Dual Channel)。
 
传统双信道早期使用在系统上,由 DRAM 控制器掌控,LPDDR4 在 Die 上使用两侧 Pad 运用双通道存取,将原本储存数组(Array)至Pad之关键路径(Critical Path)理论上缩短一半,可以提升 LPDDR4 的速度,并改善讯号完整性(Signal Integrity)。目前拥有 LPDDR4 产品的厂商中,最大单一 Die 容量为 8Gb,以 iPhone 6s 所使用 2GB 为例,由于其Form Factor 较 iPad Air 2 等平板计算机为小,推测应该堆栈两颗Die还是以传统 PoP(Package on Package)方式在封装于 A9 处理器上,而非如 iPad Air 2 独立(Discrete)在外面。
 
更快的 LTE 速度
更快的 LTE 速度
iPhone 6s 发表会提到更快的 LTE-Advanced(LTE-A),由于 iPhone 6 已经使用高通(Qualcomm)公司的 MDM 9625M,其已经支持 Category 4(Cat. 4),日常生活使用中,人们通常注重下载(Download)大于上传(Upload)速度,在 3GPP Specification 当中,比 Cat.4 更快的下载速度为 Cat.6,故 iPhone 6s 可能使用 MDM 9635M。Cat.6 支持两个载波单位(Carrier Component/CC)之载波聚合 (Carrier Aggregation),每个 CC 最大为 20MHz 带宽,较前一代 iPhone 6 速度 150Mbps 增加为 300Mbps。(MDM 9625M 支援 Cat.4 单一 CC 最大 20MHz,或者可聚合 2 个各最大 10MHz 之载波)。
 
许多国家 LTE-A 网络已陆续开台
 
iPhone 6s 开始支持 300Mbps 之 LTE-A 网络原因为许多国家电信商已经陆续开台。根据全球行动供货商协会(Global mobile Suppliers Association/GSA)统计,目前已经有超过 15个 国家包含德国、芬兰、日本等超过 20 多个电信营运商发表 Cat.6 网络,例如日本第一大电信 DoCoMo 在今年 2 月宣布正式 LTE-A(Cat.6)网络开台,最大下载速度为 225Mbps。
 
Wi-Fi 首次使用 MIMO
 
在 iPhone 6 首次进入 IEEE 802.11ac 之后,Wi-Fi 速度已经较前一代 iPhone 5s 所使用 的 IEEE 802.11n 多出不少,可达 433Mbps,iPhone 则首次使用 2×2 之 MIMO (Multiple Input Multiple Output)技术,其利用空间多任务原理,在 iPhone 6s 多增加 1 根 Wi-Fi 天线,可以达到 2 倍最大传输速度 866Mbps。由于材料成本(BOM)以及天线干扰因素,MIMO 在手机上设计较为困难,通常会以 OFDM 中常见增加可用频谱等载波聚合方式增加传输速度,Apple 在 iPhone 金属外壳与天线效应的取舍(Trade Off)有其独到之处。至于其他近场通讯技术(NFC)与蓝牙(Bluetooth)则维持不变。
 
传统用户体验大于硬件效能追求
 
此次 iPhone 6s 所新增加的功能还是维持 Apple 传统,不过度追求新技术,而较重视使用者体验。例如早已有许多竞争对手如 Sony 在 Z2 时即以支持 4K2K 录像,而几乎所有竞争对手都早已使用 2GB DRAM,甚至 3GB。采用高通 810 芯片组之手机甚至已经支持到 Cat.9,而新增速度的 iPhone 6s还在 Cat.6。屏幕分辨率方面也是落后对手一大截,前阵子 Sony 发表的 Z5 Premium 更是在同样 5.5 吋大小装进了 4K2K 的屏幕,PPI 整整较 iPhone 6s Plus 高出一倍。即使如此,Apple还是按其重视使用者体验的策略对于软硬件整合的流畅度以及纳入 3D touch 的使用者体验来服务消费者,维持其传统步调。
 
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