A4 和 A8 —— iPad 大脑的秘密

by Jon Stokes from Ars Technica | Echokou, Logout 译，转载请注明 ifanr.com 译文链接。

绝大多数公司在耗费巨资设计复杂芯片的时候巴不得让每个人都知道。即使是 Sun 或者 IBM 这样只把芯片用在自有产品上的公司，在产品面世前，都要披露其中的最新处理器的细节。游戏芯片厂商、各种 SoC（片上系统）设计公司、PC 芯片公司以及半导体行业的大多数厂商都这么做。然而 Apple 却是例外。

iPad 自上个月发布后，外界了解到的关于这款核心应用处理器的信息只有两个字：A4。其他的细节都是最高机密，却引起了大量猜测，有些猜测有理有据，也有一些根本毫无依据。

Apple 为什么对 A4 如此保密？为什么 Apple 没有在 ISSCC（国际固态电路会议）上发布哪怕一篇有关它的论文，也没有发布技术白皮书？

我不知道答案，但据我对 A4 的了解，我怀疑保密的原因有两个：其一纯属猜测，乔布斯喜欢秘密。A4 让他有了“我有了自己的定制 SoC，你们对此一无所知”的感觉，扪心自问，我们不是都喜欢这样的感觉吗？反正我是。

其二， Apple 缄默不语的真实原因，很可能是因为 A4 并不值得大书特书——就这点来说，我略知一二。如果苹果告诉你 A4 的到底是什么，关注的重点就变成了这款芯片而非 iPad 本身。

译注：接下来一段是技术细节，如果你对这些没什么兴趣的话，这里有个简化版本：作者 100% 肯定 A4 的主 CPU 并非自行设计，而是采用与 3GS 等产品相同的 Cortex-A8 CPU，但运行频率更高。 图形处理器也是 SGX。相比传统的芯片，A4 有可能精简了一些硬件接口，比如内置摄像头接口（因为它只用于少数 Apple 产品）。

关于 A4

当我看完 iPad 发布会的视频和报道后，我曾坚信这款产品采用了 Cortex-A9 内核的，很可能还是 A9 的双核版本。但事实上 A4 是一款 1GHz 的定制 SoC，集成了单核的 Cortex A8 和 PowerVR SGX GPU。A4 采用 A8 内核的消息并未公开，但我从很多渠道得到的消息都表明，采用 Cortex A8 是事实（出于不同的理由，这些渠道对此非常肯定，我希望能说的更详细，但是不行）。

总的来说，A4 和另外一款即将面市、采用 Cortex A8 的 SoC 具有相当的可比性，除了 A4 的硬件组成可能精简。iPad 的 I/O（输入/输出）接口并不多，因此A4 也不需要多少 I/O。相比较而言，典型的 Cortex A8 内核 SoC 有更多的硬件 I/O，超出了一部手机应用所需，因为你永远都不知道订购芯片的生产厂商到底要什么类型的接口。（译注：Cortex-A8 内核的 SoC 广泛应用于各种产品，比如机顶盒、汽车电子之类）

Freescale i.MX515

比如上图所示的 Freescale i.MX51 系列就是基于 A8 的 SoC，有三个用于串行通信（RS232 之类）的 UART 接口，四个 USB 口，一个键盘控制器等等。当然 iPad 可能只需要一个 USB 口和一个 UART 串口，这两个口都是30 管脚的连线（iPhone 可能也是同样的 30 管脚）。多点触摸输入控制器和芯片通过 USB 口或者串口连接（我看过 STM32TS60 的数据表，支持 USB 或串口），因此可能有另外的接口实现这个功能。

Apple 的 30管脚连接器支持电视输出（很明显最新的 SDK 传言暗示有外部显示接口，至少有一家公司宣布了适配器）。另一部分 A4 不包括的常见设计构件是照相/视频摄像头支持。iPad 可能是消费市场上唯一一款采用 Cortex A8 内核，却没有内置摄像头的设备，因此 A4 很可能省去了一部分视频处理的设计构件。

观察 Apple 在 A4 中剥离了什么东西很有意思，最终的重点在于：底部 30 管脚的连接器；没有任何内置摄像头。和智能手机、智能本的芯片相比，A4 在 I/O 支持方面省去了很多。也就是说，A4 只有一个 GPU，一个 CPU，存储接口部件（NAND 和 DDR），安全硬件（可能）、系统硬件 和一些 I/O 控制器。它很可能不是现成的 SoC。

P.A. Semi 扮演的角色？

如果 Apple 直接使用了 A8 的授权，没有自行设计 CPU 内核，那它收购 P.A. Semi 有何意义？问题答案尚不可知。

Apple 在 2008 年 4 月下旬买下 P.A. Semi。一年多点的时间远不足以越过 ARMv7 架构拿出一款新的内核设计。比如高通的 Scorpion 内核，类似 A8，但有着更宽的 SIMD 引擎和更深的流水线，需要花费数年时间。我可以想象 Apple 正在进行类似 Scorpion 的设计，但还需要一段时间才能完成。

现在还不能肯定，但如果 P.A. Semi 参与了 A4 的设计，那他们应该在动态电源管理方面做出了最大的贡献。

P.A. Semi 在 2005 年展示的 PWRficient 芯片通过功率门控和时钟门控实现了奇迹般的能耗效率。功率门控是一种相对直接的技术，可以关闭芯片中不在运行的部分。但这实现起来比听上去难，因为你必须将芯片分为不同的区块，以便单独的睡眠或唤醒。你还必须调整区块的面积和布局，以保证进入、终止睡眠状态造成的延时不会影响整个芯片的节奏。

时钟门控则是另一种被 PWRficient 大量采用的技术，同样有实现难度。时钟分配网络的动态功耗最多可能达到整个 SoC 功耗的一半。门控技术是一种优化时钟树的途径，在不需要的时候关掉芯片的一部分时钟源以节省功耗。

A4 使用这两种技术的具体情况还不清楚，除非 Apple 自己公布。但即使 A4 当前没有被采用，这些技术也将在接下来的处理器上扮演很重要的角色。

说到不确定因素，很有可能 P.A. Semi 的大部分工作都不会在 iPad 芯片上，而是在 iPhone 的 SoC 设计上。因为 iPad 的 LCD 屏幕太大了，带来的功耗远大于其它部件，很难想象 A4 能带来多少续航优势——从平板设备整体来看，Snapdragon 和 i.MX515 这样的芯片比 A4 多出的那部分硬件所带来的功耗并不具有决定性作用。但下功夫为 iPhone 优化的芯片可能会为其带来强大的续航能力和性能优势。

把 iPad 当成 Wii

最后，我认为 Apple 对 A4 闭口不谈是因为 iPad 的任何真正的魔法或“让人尖叫的特性”都将来自软件——操作系统的效率、操作系统的用户界面设计以及程序。一切生机均来自软件团队。

在这方面，iPad 其实很像 Mac。Mac 整合了商品化的硬件、出色的工业设计以及无敌的用户体验。iPad 的目标相同，但它基于一种新的计算形式，通过平板设计替代了过去的键盘/鼠标组合，通过多点触摸替代了基于 WIMP（Windows Icons Menus Pointer）的用户界面。

或许更相似的是任天堂的 Wii，这是另一个仰赖新颖的用户界面和丰富的软件而非处理器性能的产品。我很确信如果 iPad 能够在移动计算领域取得 Wii 在游戏主机市场的成功，定会被 Apple 视为一次巨大的成功。