台积电的A9比三星优胜得多？不用太在意

    三星和台积电共同代工A9芯片让苹果得以在应用最先进制造工艺的同时，又能保证手机主芯片的庞大供应量，然而芯片的复杂制造技术也让给这种分享代工的模式带来了麻烦。


　　14nm VS 16nm：谁更先进？

　　一直以来，大众对芯片制造工艺的印像都停留在“纳米线宽”的层面上。从上世纪的微米级工艺到现在的接近个位数纳米级工艺，每一代制造工艺进步的最明显特征就是线宽缩小。一般来说，工艺进步一代则线宽缩小为原来的约0.7倍，例如90nm到65nm再到45nm。两代工艺之间还往往存在着半代工艺的过渡，例如90nm到80nm就是进化半代，32nm到28nm也是半代改进。

　　从表面上看，线宽越窄的工艺应该是越先进的，这也符合人们的直觉印象。然而事实情况却要复杂得多。首先，工艺的技术水平评价参数很多，线宽只是其中较为重要的一个指标。比较典型的，影响同晶体管规模下芯片面积的指标就细分为晶体管栅极间距和内部互联最小间距，而不同的芯片工厂的同代工艺在这两个重要指标上一般都不相同；另外，晶体管制造技术不断进化，是否使用最新的晶体管技术(例如FinFET鳍式场效应晶体管)来减少漏电率、增强晶体管性能，也是区分不同代工厂工艺水平的重要因素。综合来说，Intel的制造工艺一直处于业界标杆地位，比台积电、三星等对手的同代工艺通常领先半代之多也就是说，Intel 32nm工艺的综合实力就能达到台积电28nm工艺的层次，甚至可能更强。此外，每家芯片工厂的同代工艺也会细分为几个发展阶段，例如台积电的28nm技术就分为低功耗版和高性能版，后者是在前者发展成熟后才推出，性能也更强一些。



从上图可以看出，Intel 14nm工艺的实现面积是最小的，台积电16nm只比前者的22nm略小。

　　今年三星和台积电先后量产14nm和16nm FinFET工艺，表面上看提前半年量产的三星做到了更小的线宽，技术实力更强，但​​虽然三星的工艺实现的芯片面积会小一些，性能却不见得更好。

　　三星的14nm分为LP​​E低功耗版和LPP性能优化版两个阶段，目前后者尚未大规模量产，因此无论是三星自家的Exynos 7420还是为苹果代工的A9都在使用LPE版本。遗憾的是这个版本的性能(主要是同频率下的功耗或者同功耗下能达到的频率)要比LPP落后接近10%，且良率、稳定性皆没有太好的水平。

　　从7420的情况来看，三星的LPE工艺不同批次之间都有可度量的差异，且批次数量有六七种，实在不值得夸耀。相比之下台积电对自家的技术相当满意，甚至在内部讨论会上明确表示自家16nm工艺比对手三星“最先进的工艺都强10%”。倘若台积电指的是三星尚未规模出货的LPP版本，那就意味着前者的16nm工艺性能要比后者的14nm LPE强近20%，同频率下功耗低10%～15%，已经是很大的差距了。即使考虑到台积电的宣讲有夸大因素，其16nm技术强于现阶段的三星14nm也是几乎可以确定的事实了。

　　不同版本的A9实际表现相差多大？

　　然而，芯片的性能、功耗等指标并不是单由制造工艺来决定的。苹果作为A9芯片的设计方，可以通过一些手段来抚平两种工艺下不同版本芯片的各项指标差异。ChipWorks的拆解测量表明台积电代工的A9芯片面积仅比三星版本多出不足10%，对于手机设计的影响可以忽略。但更令消费者关心的指标是芯片的性能与功耗表现。最近很多用户使用各种手段对比了两个版本iPhone 6s的性能、功耗水平，结果一边倒地有利于台积电。那么，这些民间测试的参考价值有多大呢？



三星和台积电版本A9芯片面积对比，两者差异很小。

　　从目前网络能找到的测试来看，由于结果无一例外倒向台积电版本，按照统计规律可以基本确定现阶段台积电代工的A9的确拥有更好的功耗表现。但是因为测试的样本数量较少，暂时还不能准确判断台积电版本在相同任务负载下相比三星版本的优势幅度。虽然有些测试中，台积电版本在续航力方面比对手多出两个多小时耐久力，但此类测试对芯片的负载不够高，也无法代表所有场景中的性能差异。

　　其实我们可以直接引用台积电自己的宣传​​数据就能得出一个大致的结论：

　　相比三星版本，台积电版本A9芯片在同频率下的功耗要少10%～15%，而目前已有的测试数据也基本能印证这个数据。

　　但是既然差距可以达到这么多，为什么苹果官方却宣称两种版本iPhone的续航能力差异只有3%以下呢？

　　其实答案很简单，手机耗电的部件数量众多，主芯片只是其中之一。目前网络上的测试大都是关闭各种联网功能、后台任务，将屏幕亮度降至最低，运行纯CPU负载程序跑出来的结果，当然无法代表手机的实际使用状况。当其他耗电组件都正常运行时，日常应用下芯片的功耗差异就会被相当程度地掩盖。两种版本的A9或许有15%的差异，可计算整机功耗时这些差异就会减少到只有几个百分点了。



 

　　以上测试中，只有Geekbench测试是纯CPU负载。国外媒体Arstechnica刚刚发布的一篇测试文章印证了苹果的说法。

　　从他们的测试结果来看，只有在纯CPU跑分环节两种版本的iPhone才会表现出明显的续航能力差异，而消费者使用手机显然不会一直跑分。就连GPU测试环节中两种版本的手机续航都没什么区别，说明喜欢玩游戏的用户也无需操心自己买到的iPhone里面究竟是三星还是台积电代工的A9芯片。如果有用户能在日常使用中明显察觉到两种芯片版本的功耗差异，恐怕他需要做的事情是把繁重的计算任务转移到PC上来完成。

　　购买建议：无需太纠结

　　虽然苹果的双代工厂策略最终还是无法避免不同版本A9芯片的功耗表现差异，但是这种差异对于实际使用的影响是足够微小的。一般消费者大可不必为此事头疼，顶多也就是买到三星版本后退换一两次碰碰运气，再去折腾实在没有意义。

　　即便“芯片代工门”成为了热门话题，它对消费者的实际影响远没有少数人预期的那么可怕。每一代iPhone都有各种各样的小毛病，这次的芯片版本差异甚至连“毛病”都称不上。

　　不管怎样，双代工厂策略让A9芯片得以满足庞大需求，苹果的豪赌最终获得了成功，也为后来者树立了良好的榜样。未来，我们或许会见到更多类似的案例出现，届时就不会有人再为芯片版本差异而纠结万分了。