苹果的芯事:iPhone6s为何有两个版本CPU?

在过去的9月份科技界发生了很多的事情，但似乎苹果新iPhone永远都是9月秀场的主角，今年也不例外，两款新iPhone仅仅开售三天就已经销售出1300万台，这数字对于不少手机厂商来说可能一整年的销售目标，苹果依然显示出霸气和任性。iPhone 6s和iPhone 6s Plus的市场表现持续一路高歌，但对于已经购买了新iPhone的消费者来说最近又在纠结起A9处理器版本的问题。还记得去年iPhone 6/6 Plus上爆出的MLC/TLC内存型号引起讨论的事情，而今年讨论依旧，不过这次主角换成了CPU。

台积电与三星

大家也知道苹果iPhone由富士康代工生产，而富士康在中国内地以及全球都有不同的工厂，而不同工厂生产的同一型号产品也会有细微的差别，就拿iPhone来说，传闻说深圳富士康代工的品质方面要优于其他工厂的。与整机代工一样，苹果历代iPhone和iPad上的CPU同样也是代工生产的。以往，苹果同一款CPU均由单一个代工厂生产，而在iPhone 6s/6s Plus发布前，大家也在猜测今年到底是台积电还是三星半导体（以下简称三星）负责代工A9 CPU，不过，今年A9上却是由台积电和三星共同负责代工生产。

关于台积电

台积电（中文全称：台湾积体电路制造公司，英文简称：TSMC），是台湾一家半导体制造公司，也是目前全球最大的专业集成电路制造服务（晶圆代工）企业之一。CPU芯片的设计和生产是分开的，现在只有一部分厂商，如Intel、三星和华为有自己的芯片产线外，其他很多厂商都是采用代工的形式生产。除了上面介绍的苹果外，高通和MTK也是台积电的客户之一，如今年高通的旗舰产品骁龙810就是由其代工。

此次台积电代工的A9芯片型号为APL1022，面积为104.5平方毫米，三星代工的则为APL0898，面积为96平方毫米。据的分布图看，三星和台积电代工的A9处理器基本上是混用的，iPhone 6S Plus上三星占到了六成，台积电占到了四成；在iPhone 6S上，台积电则占到了七成，而三星只占三成。总的来说，台积电目前的比例会高一些。

不同版本的区别和原因

一些iPhone 6s/6s Plus用户也对采用不同版本A9 CPU的手机进行了对比测试，结果表明在高强度使用下，台积电版本在发热和功耗上均优于三星的，最终表现上续航方面，台积电版本的要好6%-22%。大家如此热烈的讨论，苹果也有点按捺不住了，近日表示官方对两个版本A9的测试结果显示差距只有2%-3%。由于民间用户测试样本数量的限制以及方法的不同，因此笔者更加偏向于苹果官方的数据。

制程工艺与功耗、性能的关系

从本质上来说，一颗CPU（处理器）就是由采用不同材料制成的许多“层”堆叠起来的电路，里面包含了晶体管、电阻器、以及电容器等微小元件。他们的间距越小，可以排布在芯片上的元器件就可以更多，晶体管之间的电容也会更低，从而提升它们的开关频率。那么，由于晶体管在切换电子信号时的动态功率消耗与电容成正比，因此，它们才可以在速度更快的同时，做到更加省电。尽管苹果选择分别由台积电和三星代工，但两个版本的A9芯片在设计上应该是基本相同的，那为什么采用14nm FitFET工艺的三星版本反而在功耗上会不如台积电的16nmFitFET工艺呢？

外媒AnandTech对于两个版本芯片功耗差别的的解释（原文链接）：

由于台积电版本苹果A9的芯片面积相对较大，所以如果两者的发热量相同，那么显然三星版本A9的温度上升会更快。从半导体的物理属性来讲，一般工作温度越高其漏电流的数值也会提高，所以三星版A9会相对台积电版更耗电。这也就是为什么高负载情况下三星版A9的功耗问题会更加严重（因为温度上升得越快，功耗也会急剧上升）。

当然，这也只是其中一个角度。按照常识，一般工艺的纳米数越小，其功耗表现应该越好，但显然这次的苹果A9颠覆了我们的想法，各家代工厂的芯片制造工艺不能仅仅用纳米数来分高下，特别是三星14nm工艺和台积电16nm工艺这种接近的。

台积电版本A9处理器的续航表现相对更加优秀

消费者该如何选？

无论是台积电还是三星代工的A9处理器在性能和功耗等方面的表现均会达到苹果官方的标准，消费者无须为此而烦恼，更加没必要专门找某一个版本的购买，也不可能提前选择购买。因为想要知道机器是哪个版本就得在机器激活后安装第三方工具来查看，全新未拆包装的机器目前是不可能知道是哪个版本的A9处理器。同时已经购买了新iPhone的用户也不用纠结于这个事情，因为纠结也没用。

为什么要由两家工厂生产？

苹果今年新推的iPhone 6s/6s Plus在电池方面不升反降，加上不少新功能的加入，对电池的压力理论上应该大于以往的机型，但苹果官方给到的续航数据显示与上一代的iPhone 6/6 Plus持平，而实现这一表现的关键就是耗电大户CPU的功耗下降，去年20nm的A8上功耗表现已经十分出色，而今年无论是台积电的16nmFitFET还是三星的14nmFitFET，带来的好处之一就是功耗的下降，这对于手机这类移动设备来说显得尤为重要。

虽然三星的14nmFitFET工艺早已经在自家的Exynos 7420上采用，但产能依然无法完全满足自家产品和苹果的巨大需求。而台积电的16nmFitFET更是首次应用于大规模生产，在良品率和产能上的压力都要大于三星，同时台积电还要继续生产上一代的A8芯片和其他客户的需求，所以无论是三星还是台积电都无法独力接下A9的大订单，苹果也不可能A9的生产订单交接一个生产商，因为风险过高。前些年泰国水灾导致全球硬盘供应紧张而涨价的事情依然记忆犹新，苹果不可能把自己置于如此高风险的境地中，因为如果iPhone出现这类问题对于苹果来说将会是致命的。

总结：三家公司的博弈

未来一年，iPhone 6s/6s Plus两款产品的销量将会过亿台，这也意味着A9芯片的需求也是过亿片（这里还不包括iPad Pro上的），哪怕只负责其中一半的订单，这对于台积电和三星来说都是一块肥肉，苹果都是一个绝对的大客户。两家代工厂为了满足苹果的需求，要不断推进提高工艺和提升产能，甚至在企业的盈利结构上也会对苹果形成一定的依赖性。

如果明年苹果的A10芯片不再给其中一家代工，那么对这家代工厂必然会造成巨大的打击。所以大家为了能抢到苹果的大订单，哪怕是牺牲一定的利润（降低代工费用）也在所不惜。反过来看，随着苹果芯片的不断提高，目前也只有台积电和三星在工艺和产能上可以满足苹果的需求，苹果不会轻易破坏与他们的合作的关系。台积电和三星与苹果三者处于一个商业的博弈关系中，如何才能维持均衡的状态以实现共赢，这里考验着三家公司领导层的默契和智慧。