iPad的心脏——A4核探秘（中）

配备的CPU是Cortex-A8

　　考虑到工艺为45nm、面积约为53.3mm2，则可推测晶体管数大约有2亿个（注1）。我们的分析合作伙伴评认为：“45nm工艺技术下，每mm2面积的电路约为130万逻辑门。但实际的LSI，其裸片上还需要形成内存、模拟电路、保持缓冲器与测试电路等。因此，其封装效率到不了一半。所以推测A4的逻辑电路大概在1500～2000万门之间。”

注1：根据半导体厂商的资料，可在某种程度上推测晶体管数。如松下在“ISSSC 2009”上公布了以45nm工艺制造的手机用微处理器(CPU核的最大工作频率为486MHz)详情。其裸片面积为65.9mm2,晶体管数约为2亿8000万个。工作频率高于该芯片的A4，被认为封装密度稍小些，因此推测其晶体管数约在2亿个左右。

　　iPhone制品群的处理器与A4的相同之处，是都认为是三星所制（表1）。“A4可看作是此前的iPhone所用处理器的升级版。考虑到过去采用的实际情况和电路规模，CPU核应为英国ARM公司的Cortex-A8，图形处理电路则配备了英国Imagination Technologies的POWERVR SGX系列芯片”（我们的分析合作伙伴）。

以PoP方式与DRAM封装在一起
　　我们仔细观察了芯片封装面上的特征。A4采用了将DRAM层积（package-on-package, PoP）起来的结构，即使安装在印刷线路板（PWB）上，还是可以观察到到封装分为2层。这一点从横截面一看便知（图2）。

图2 采用与DRAM的层叠封装
从某研究机构得到的封装了A4部分的横截面照片。其采用将重叠封装了两个DRAM裸片的封装与封装了A4裸片的封装重叠的PoP结构，封装在印刷底板上。A4裸片有8个铜布线层和1个铝布线层。

　　采用了在PWB上的区域凸点上载有与A4裸片相连接的隔层，隔层上载有DRAM封装的方式。A4的隔层不仅连接着PWB，还与DRAM的封装相连接。

　　DRAM封装有两枚印有型号K4X1G323PE和三星商标的裸片。每个裸片均以金属线与DRAM的隔层相连。 从三星网站可知，K4X1G323PE为支持移动DDR接口的1Gbit产品。因有1Gbit的两枚芯片，故iPad配备的DRAM容量合计为256MB。

从最初的iPhone一直到iPad的处理器裸片看，令人感到iPad配备的A4并没有根本的变化。然而，分析工程师认为“CPU核的部分改头换面了”。于是，我们对CPU核作了仔细分析。

　　苹果公司被认为于2009年开始使用Cortex-A8作为iPhone与iPod touch的处理器。比较采用Cortex-A8之后的三个处理器的CPU核，可以看出其有两个阶段的演进（图3）。

图3 iPhone 3GS以后的CPU核变迁
2009年秋季上市的iPod touch（第三代产品）的处理器，认为采用45nm技术制造。CPU核的面积变小了。A4中除高速缓存所占面积增加外，还发现了处理器核内的电路元件为分散配置等。尺寸为实测值。

　　第一个阶段的演进为制造技术的微细化。iPod touch第三代产品用处理器，被认为是苹果首次在移动产品中使用了45nm工艺技术。CPU核的面积因此几乎缩小一半。然而，1级缓存及2级缓存的电路在裸片上仍为固定配置，缓存以外的逻辑电路部分未见不同，即从RTL描述可推测的单纯逻辑合成等，在第一阶段演进的前后没有变化。

　　接下来在A4上发生了可称是内部结构变化的第二个演进阶段。这时，除2次缓存站整体面积的比例增加外，还观察到了处理器核内的1次缓存呈分散配置状态。并且，处理器核内还可见推测为系特别配置而非完全交由逻辑合成工具处理的演算器块。“这或许是设计手法发生了某些变化。”我们的分析合作者说。