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Ipad air 2 smart cover Apple’s First 20nm SoC-sonyxa-vaderg

Comme d’habitude pour chaque lancement d’iPhone depuis que l’entreprise a commencé à nommer publiquement ses SoC, Apple a de nouveau déployé un nouveau SoC pour sa dernière ligne de téléphones. Avec le lancement de la série iPhone 6, Apple est maintenant à la hauteur de leur SoC de huit générations, le A8 nommé de manière appropriée.

Après une période de changements rapides avec les SoC A6 et A7 qui ont introduit le premier design de CPU personnalisé d’Apple (Swift) et le premier design ARMv8 AArch64 (Cyclone) respectivement A8 est une évolution plus structurée et directe des conceptions SoC d’Apple. Ce qui ne veut pas dire qu’Apple n’a pas été très occupée à peaufiner ses designs samsung coque pour en extraire des performances et une efficacité énergétique améliorées, comme nous le voyons, mais notre examen de A8 n’a pas révélé le même genre de changements radicaux définissant A6 et A7.

En s’éloignant du GPU et du CPU pour le moment, le plus gros changement à propos de A8 est qu’il est plus petit. Comme l’a découvert Chipworks, A8 est fabriqué sur le nouveau processus 20nm de TSMC, faisant de l’iPhone 6 l’un des premiers smartphones à être livré avec un SoC 20nm.

Ce passage à 20nm n’est pas inattendu, mais il est néanmoins considérable pour plusieurs raisons. La première est que cela signifie qu’Apple a déplacé la production vers le processus HKMG Planar de TSMC 20nm, ce qui en fait la samsung coque pas cher première fois qu’un Apple SoC a été fabriqué ailleurs que dans une usine de Samsung. Il y a de nombreuses raisons possibles à cela et toutes les raisons ne doivent pas être techniques, mais il est important de noter qu’au cours des dernières générations, TSMC a Coque iPhone Pas Cher été le leader des fonderies sous contrat, étant le premier à mettre en place de nouveaux processus. pour la production en volume.

Ce mouvement est également très important car cela signifie pour la première fois qu’Apple fabrique ses SoC sur un processus de fabrication à la pointe de la technologie. Avant cela, Apple a mis du temps à utiliser de nouveaux processus de fabrication, n’utilisant finalement un processus de 28nm à la fin de 2013 pour A7 plus d’un an après 28nm premier est devenu disponible. Le fait que nous voyons un SoC 20nm d’Apple à un moment où presque tout le monde est encore sur 28nm indique à quel point le marché a changé au cours des dernières années, et comment le développement d’Apple SoC est maintenant synchronisé avec la pointe des semi-conducteurs technologie de fabrication.

Enfin, le passage à 20nm est intéressant car après les deux dernières générations, le saut de nœuds 45nm à 40nm à 32nm à 28nm, le saut de 28nm à 20nm est un saut de nœud complet (notez que Apple n’a jamais utilisé 40nm, cependant). Cela signifie que nous constatons une augmentation plus importante de la densité des transistors par rapport aux générations précédentes et, idéalement, une diminution plus importante de la consommation d’énergie.

Dans la pratique TSMC 20nm processus va être un sac mélangé; il peut offrir des vitesses supérieures de 30%, une densité de 1.9x ou une consommation électrique inférieure de 25% à celle de leur procédé 28nm, mais pas tous les trois à la fois. En particulier, la consommation d’énergie et les vitesses seront directement opposées, de sorte que toute utilisation de vitesses d’horloge plus élevées aura des répercussions sur la consommation d’énergie. Cela devient bien sûr plus flou une fois que nous comparons TSMC à Samsung, mais le principe des compromis vitesse d’horloge / puissance reste le même.

Ne tenant pas compte des différences mineures entre TSMC et Samsung, dans un cas idéal Apple envisage une mise à l’échelle de 51% (le même dessin sur 20nm ne peut pas être inférieur à 51% de la surface de la matrice à 28nm). En réalité, rien ne s’équilibre parfaitement, de sorte que les gains de densité dépendront du type d’I / C établi (logique, SRAM, etc.). Pour l’ensemble de la puce, un facteur de mise à l’échelle de 60% va être une meilleure approximation, ce qui signifie qu’Apple a beaucoup investi dans de nouvelles fonctionnalités et réduit sa taille globale.

Pendant ce temps encore cette année Apple a ouvert sur la taille des matrices et des transistors. A8 pèse environ 2 milliards de transistors, contre 1 milliard de transistors trouvés sur A7. Nous avons également la taille de matrice pour A8 89mm2 qui est environ 13% plus petite que la matrice A7 102mm2. Cela montre clairement que Apple a choisi de diviser leurs améliorations de densité de transistor entre l’ajout de fonctionnalités / performance et la réduction de leur taille, plutôt que d’aller dans tous les sens.

Dans le cas de l’utilisation d’un nœud de bord saignant, ceci est généralement un bon appel, car Apple et TSMC devront faire face au fait que les rendements de puce à 20 nm ne seront pas aussi bons qu’ils le sont sur le processus de 28 nm très mature. Avec des rendements de copeaux plus faibles, une matrice plus petite compensera certaines de ces pertes de rendement en réduisant le nombre de défauts de fabrication qu’une matrice donnée touche, améliorant ainsi le rendement global.

En passant, en regardant A8, nous pouvons voir que la conception du sous-système de mémoire Apple n’a pas changé de manière significative de A7. Une fois de plus, Apple a placé un cache SRAM sur la puce pour servir le CPU et le GPU. Sur la base d’un examen du nombre de dé et de latence, ce cache L3 SRAM reste inchangé par rapport à A7 à 4MB. En attendant, nous trouvons également une série d’interfaces SDRAM qui pilotent le paquet A8 sur la mémoire principale du paquet (POP). Basé sur les démontages d’iFixit, Apple utilise 1 Go de LPDDR3 1600, la même vitesse de LPDDR3 et la capacité qu’ils utilisaient pour l’iPhone 5s. iFixit a trouvé à la fois de la mémoire Hynix et Elpida dans leurs téléphones, Apple utilise à nouveau plusieurs sources pour leur RAM.

Quand nous commençons à piquer à la bande passante de la mémoire, nous constatons que les bandes passantes de la mémoire sont toujours plus élevées que sur A7, mais seulement si légèrement. Cela indique qu’Apple a élaboré d’autres optimisations pour mieux utiliser la bande passante mémoire dont il dispose, car comme nous l’avons précédemment déterminé, il utilise encore les vitesses LPDDR3 1600.

Plus intéressant est la latence de la mémoire, qui montre quelques améliorations inattendues une fois que nous sortons des caches L1 et L2. À la fois dans la région 4 Mo de 1 Mo de la SRAM et dans la région principale de 6 Mo de mémoire principale, la latence de la mémoire est systématiquement inférieure sur A8 par rapport à A7. Dans les deux cas, nous observons des latences d’environ 20ns plus rapides que A7. Ce gain de 20ns identique nous indique que Apple effectue toujours des recherches sur la mémoire principale après l’échec de la recherche L3, ce qui signifie que le gain de 20ns que nous voyons est dû aux optimisations de cache L3. Nous avons quelques idées pour savoir comment Apple aurait pu améliorer la latence de L3 de près de 20% de cette manière, mais en même temps qu’Apple reste silencieuse sur leur architecture comme d’habitude, il n’est pas évident de savoir lesquelles sont les bonnes.

En retournant à l’A8 une dernière fois, nous constatons que si le processeur, le GPU et la SRAM occupent une grande partie de l’espace disponible, il y a aussi un peu d’espace occupé par d’autres blocs qu’Apple a intégrés. dans leur conception. Sans savoir déjà ce que vous recherchez, ces blocs sont difficiles à identifier, mais même sans pouvoir le faire, nous avons une idée raisonnable des blocages qu’Apple a intégrés. Parmi ceux-ci, nous trouvons des contrôleurs audio, des contrôleurs USB, des encodeurs / décodeurs vidéo, des contrôleurs de mémoire flash, la caméra ISP, et bien sûr toutes sortes d’interconnexions.

Tous ces blocs sont des matériels à fonction fixe (ou au mieux, des DSP à flexibilité limitée), qui sont tout aussi importants non seulement pour la fonctionnalité A8, mais aussi pour l’efficacité énergétique. En assignant des tâches à un matériel dédié, Apple dépense de l’espace sur ce matériel, mais en retour, ces blocs sont plus efficaces que de faire ces tâches entièrement dans un logiciel. Par conséquent, Apple (et les concepteurs de SoC en général) sont fortement incités à décharger le plus de travail possible pour maîtriser la consommation d’énergie. Cette évolution vers plus de matériel à fonction fixe fait partie d’un cycle général de réincarnation qui a été une constante dans la conception des processeurs au fil des années, qui voit un changement continu entre la fonction fixe et le matériel programmable. Les SoC, pour la plupart, vont toujours vers du matériel à fonctions fixes, et cela devrait continuer encore un peu.

Dans tous les cas, bien que nous puissions identifier des blocs individuels sur A8, nous savons que Apple a ajouté quelques fonctionnalités à A8 qui sont présentes sous une forme ou une autre parmi ces blocs. La nouveauté de A8 est un mélange de matériel H.265 (HEVC), qui serait nécessaire pour activer la fonctionnalité FaceTime sur H.265 introduite sur l’iPhone 6. Scaler de classe Apple qui est utilisé pour gérer les applications de résolution non native et pour l’échantillonnage vers le bas, la résolution de rendu interne de l’iPhone 6 Plus serait également présente ici..

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