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苹果芯片的辉煌,始于这家公司

最新更新时间:2022-06-06
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来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank)编译自cpushack,谢谢。


当苹果在 2008 年收购 PA Semi 时,那是 iPhone 时代的开始,他们对苹果为什么要收购一家生产低功耗高性能 PowerPC 处理器的公司进行了很多猜测。尤其是 iPhone 在 ARM 上运行,而 Mac 已经从 PowerPC 迁移到 x86。



PA Semi 由 Daniel Dobberpuhl(他于 2019 年去世)于 2003 年创立。Dobberpuhl 是微处理器设计的真正伟人之一,他的职业生涯始于 DEC 的 T-11 和 MicroVAX,然后帮助 DEC 过渡到 Alpha RISC 设计 (21064)。正是 Dobberpuhl 在 Pal Alto(PA Semi 后来得名)创建了设计 DEC StrongARM 处理器的设计中心。一种处理器,后来被英特尔购买并成为 ARM 处理器的 XScale 系列。


英特尔收购 StrongARM 产品线后,他帮助创办了 SiByte,制造基于 MIPS 的 RISC CPU,并在 SiByte 被 Broadcom 收购后继续这样做。因此,当他开始 PA Semi 时,与其说是关于 PowerPC,不如说是关于 RISC,PowerPC 恰好是他们选择使用的架构。设计团队在各种 CPU 架构方面拥有丰富的经验,包括 SPARC、Itanium 和早期的 Opterons。由此你可以看到为什么这次收购对苹果如此有吸引力。



从 PA 成立到 Apple 接手这几年(2003-2008 年),他们确实设计、营销和销售了基于他们所谓的 PA6T 内核的 PowerPC 处理器系列,称为 PWRficient。PA6T-1682M 是双核 PowerPC 处理器(13xxM 是单核版本),每个内核运行频率高达 2GHz,具有 64K 的 L1 指令缓存和 64K 的 L1 数据缓存。它们由 TI 采用 65nm 工艺制造,运行电压为 1.1V。L2 缓存是可扩展的,并在内核之间共享。在 1682M 中,这是一个带有 ECC 的 2M 8 路高速缓存。最有用的功能之一是它们的时钟步进。它们可以仅以每核几瓦的功率降至 500MHz,然后在 25us 内恢复到完整的 2GHz。



在苹果以 3 亿美元收购 PA6T 之前,PA6T 只上市了几个月(从 2007 年底到 2008 年 4 月),但在此期间,PA Semi 赢得了无数design win。Amiga 选择它用于 AmigaOne X1000 计算机。AmigaOne 直到 2011 年才上市,这意味着虽然 PA Semi 被收购并完全由 Apple 控制,但他们仍然继续为之前的客户制造、支持和供应 1682M CPU。Amiga 肯定不足以推动苹果继续制造芯片吗?


他们不是,但其他人是,而且 PA6T 是一个非常棒的处理器,它被美国国防承包商选择并设计到许多计算机系统中,如果有人不喜欢改变,它的国防承包商,所以有一些在美国国防部的推动下,Apple 继续生产(或者更确切地说是让 TI 生产)PA6T 处理器。Curtis-Wright 将 PA6T 设计到他们新的 CHAMP-AV5 DSP VME64 板卡中,该板用于在众多军事应用中进行信号处理。他们还在 VPX3-125 SBC 中使用了 PA6T(1.5GHz)。在 PA6T 中设计的 Themis 计算机、NEC、Mercury 和其他计算机。另一家基于 PA6T 的电路板制造商 Extreme Engineering 将该设计称为“开创性”。



如果 PA Semi 没有被 Apple 吞并,那么看看 PA Semi 能取得怎样的成就会很有趣。很明显,我们看到了 PA 团队在 Apple 使用其 A 系列处理器时所取得的成就,但很明显 PA 对 PowerPC 架构也有一些特别之处。


苹果一手建立起芯片帝国


几年来,苹果一直在稳步设计越来越多的处理器芯片。控制处理器是苹果长期垂直整合运动中最新和最大的一步。如今,苹果已经为其iPhone、iPad、Mac和手表生产了许多芯片。

很早之前,乔布斯就认为,苹果就应该拥有其产品内部的技术,而不是依赖多家其他芯片制造商的芯片混搭。所以,2008年,苹果收购了PA Semi,开始了其自研之路。自研芯片是个烧钱的生意,但只要该公司每年销售3亿台设备,苹果进军复杂而昂贵的芯片业务就很有意义。而事实也证明,苹果自研芯片是一项明智的举措。

首先是手机芯片,2010年苹果内部设计出第一款处理器A4。此后的A系列芯片凭借在工艺制程、CPU架构和GPU核心上的代代改进,一直是移动平台上高性能芯片的代表。下图展示了到A11芯片的历年开发时间和主要特点,如今苹果的A系列芯片已经到了A15仿生芯片。

苹果最重要的移动设备芯片一览(图源:Blomberg)

再就是苹果手表芯片S系列,2015年苹果为其手表研发了第一款芯片S1,2016年苹果又相继推出了S1P和S2,2017年发布了S3,如今已到了S7芯片。

然后是苹果的无线芯片W系列和H系列,2016年苹果研发出了第一款无线芯片W1,第一代AirPods用的便是W1芯片,真无线耳机AirPods一经推出,便收到业界广泛的追捧。2017年苹果特意为Apple watch 3 研发了能支持蓝牙的W2芯片。2018年苹果又研发出了W3芯片。2021年,苹果又一款自研芯片H1问世,相比原来的W1主要是加强了无线连接表现。

2019年苹果推出了超宽带技术U1芯片,iPhone 11和Apple Watch S6是首款配备U1的设备。U1中的U是指的UWB技术,因为苹果的加入,UWB技术也引起了业界的广泛关注,笔者在此前的UWB芯片热潮乍起?中介绍了UWB的国内行业玩家积极涌入的动态。

2020年11月,苹果放弃X86架构,推出了基于Arm的Mac电脑芯片M1,M1芯片的推出使得苹果将自己与PC行业的其他公司进一步区分开来。正如iPhone塑造了智能手机市场一样,Apple的新设计自由度可能会对其他PC制造商产生影响。



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