苹果A16芯片分析

ittbank 2022-09-28 17:50

TechanaLye 的 Yoji Shimizu 最近上传了一段预告视频,其中展示了最新的 Apple A16 Die。虽然分辨率较低,但 Angstronomics 有足够的可识别特征来捕获帧、编译 Die Shot 并对芯片上的关键特征进行简单注释。


与他们的 M 系列 Apple Silicon 不同,Apple 不发布用于 iPhone 的 A 系列芯片的渲染图。因此,我们将根据相对结构尺寸做出一些假设,看看我们可以从 A16 的第一个公开可用的Die中学到什么。


A16 与 A15对比


A16 与 A15的对比(不按比例)。TechInsights 提供的 A15 图像


首先,我们知道 A16 和 A15 之间的 E-Core Cluster L2 缓存大小保持不变,为4MB。因此,如果我们假设区域之间的缓存阵列区域与历史上的相似,我们可以获得相对区域的粗略比例。


由此我们可以推断,P-Core Cluster 的 L2 Cache 从 A15 的 12MB 增长到 A16 的 16MB,缓存阵列面积大约是 4MB L2 阵列的 4 倍。增加高速缓存大小是一种提高能效的简单架构方法,方法是让更多信息更靠近 CPU,但会占用更多区域。与 A15 相比,缓存增加了 33%,A15 与 A14 相比增加了 50%。显然,随着缓存规模的扩大,收益会递减。


P-Core 集群二级缓存


A14:8MB

A15:12MB

A16:16MB


相反,系统级缓存 (SLC) 的大小似乎有所下降,从 A15 上的 32MB 下降到 A16 上的 24MB(约 4MB L2 阵列的 6 倍区域)。请记住,A15 的 SLC 尺寸是 A14 的两倍,因此降级似乎令人惊讶。但是,我们也注意到 A16 在 LPDDR4X-4266(A11 到 A15)上 5 年后终于转移到 LPDDR5-6400。这 50% 的内存带宽增加可能足以抵消较小的 SLC 容量。


系统级缓存 (SLC)

A14:16MB

A15:32MB

A16:24MB


布局方面,各代之间的格式基本保持不变,内存、NPU、P-Core、SLC 和 GPU 都具有相似的布局。但是,E-Core 集群的位置已更改为位于 P-Core 和 SLC 之间,而不是在其旁边。


A16 面积:稍大


虽然我们无法从视频片段或其他来源准确确定 A16 芯片的面积,但我们可以看到芯片尺寸确实比 A15 略大。我们将不得不等待进一步的信息来确定确切的面积增加。(如果假设 A16 和 A15 上的 4MB L2 阵列占用相同的面积,那么 A16 的芯片尺寸也会更大)


支持这一点的因素是晶体管数量增加了 6%,加上芯片上的密集高速缓存阵列数量减少,导致芯片尺寸更大,以弥补晶体管数量。这可能足以抵消转移到台积电 N4 与 N5 上的 A15 带来的任何晶体管密度优势。A16 的生产成本高于 A15 也是有道理的,因为这是有史以来第一次,最新的芯片仅在高端 Pro iPhone 系列上可用,但成本的主要贡献者将来自更昂贵LPDDR5,由于裸片面积差异不大。


A16 上的 Everest P-Core 似乎是一个新的内核,其内部布局与 A15 上的 Avalanche 不同。面积似乎略大。


A16 上的 Sawtooth E-Cores 似乎也与 A15 上的暴雪有不同的布局,同时也占用了更多的面积。


A16 上的 GPU 核心设计在这里看不出来,但面积和性能似乎与 A15 相同。


A16 的独立测试表明,性能改进一直趋于平稳,这是在类似工艺节点上使用 3 代的直接结果。苹果可以增加芯片尺寸以获得更高的性能,但这会增加成本。因此,随着我们继续等待下一代 3nm 级节点,A16 是摩尔定律放缓的征兆。

来源:半导体行业观察


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