蘋果的芯事:iPhone6s為何有兩個版本CPU?

在過去的9月份科技界發生了很多的事情，但似乎蘋果新iPhone永遠都是9月秀場的主角，今年也不例外，兩款新iPhone僅僅開售三天就已經銷售出 1300萬台，這數字對於不少手機廠商來說可能一整年的銷售目標，蘋果依然顯示出霸氣和任性。iPhone 6s和iPhone 6s Plus的市場表現持續一路高歌，但對於已經購買了新iPhone的消費者來說最近又在糾結起A9處理器版本的問題。

還記得去年iPhone 6/6 Plus上爆出的MLC/TLC記憶體型號引起討論的事情，而今年討論依舊，不過這次主角換成了CPU。

台積電與三星
大家也知道蘋果iPhone由富士康代工生產，而富士康在中國內地以及全球都有不同的工廠，而不同工廠生產的同一型號產品也會有細微的差別，就拿iPhone來說，傳聞說深圳富士康代工的品質方面要優於其他工廠的。與整機代工一樣，蘋果歷代iPhone和iPad上的CPU同樣也是代工生產的。以往，蘋果同一款CPU均由單一個代工廠生產，而在iPhone 6s/6s Plus發佈前，大家也在猜測今年到底是台積電還是三星半導體（以下簡稱三星）負責代工A9 CPU，不過，今年A9上卻是由台積電和三星共同負責代工生產。

關於台積電
台積電（中文全稱：臺灣積體電路製造公司，英文簡稱：TSMC），是臺灣一家半導體製造公司，也是目前全球最大的專業積體電路製造服務（晶圓代工）企業之一。CPU晶片的設計和生產是分開的，現在只有一部分廠商，如Intel、三星和華為有自己的晶片產線外，其他很多廠商都是採用代工的形式生產。除了上面介紹的蘋果外，高通和MTK也是台積電的客戶之一，如今年高通的旗艦產品驍龍810就是由其代工。
此次台積電代工的A9晶片型號為APL1022，面積為104.5平方毫米，三星代工的則為APL0898，面積為96平方毫米。據最新的分佈圖看，三星和台積電代工的A9處理器基本上是混用的，iPhone 6S Plus上三星占到了六成，台積電占到了四成；在iPhone 6S上，台積電則占到了七成，而三星只占三成。總的來說，台積電目前的比例會高一些。

不同版本的區別和原因
一些iPhone 6s/6s Plus用戶也對採用不同版本A9 CPU的手機進行了對比測試，結果表明在高強度使用下，台積電版本在發熱和功耗上均優於三星的，最終表現上續航方面，台積電版本的要好6%-22%。大家如此熱烈的討論，蘋果也有點按捺不住了，近日表示官方對兩個版本A9的測試結果顯示差距只有2%-3%。由於民間使用者測試樣本數量的限制以及方法的不同，因此筆者更加偏向于蘋果官方的資料。

制程工藝與功耗、性能的關係
從本質上來說，一顆CPU（處理器）就是由採用不同材料製成的許多“層”堆疊起來的電路，裡面包含了電晶體、電阻器、以及電容器等微小元件。他們的間距越小，可以排布在晶片上的元器件就可以更多，電晶體之間的電容也會更低，從而提升它們的開關頻率。那麼，由於電晶體在切換電子信號時的動態功率消耗與電容成正比，因此，它們才可以在速度更快的同時，做到更加省電。詳細請查看此文章介紹。

儘管蘋果選擇分別由台積電和三星代工，但兩個版本的A9晶片在設計上應該是基本相同的，那為什麼採用14nm FitFET工藝的三星版本反而在功耗上會不如台積電的16nm FitFET工藝呢？

外媒AnandTech對於兩個版本晶片功耗差別的的解釋（原文連結）：
由於台積電版本蘋果A9的晶片面積相對較大，所以如果兩者的發熱量相同，那麼顯然三星版本A9的溫度上升會更快。從半導體的物理屬性來講，一般工作溫度越高其漏電流的數值也會提高，所以三星版A9會相對台積電版更耗電。這也就是為什麼高負載情況下三星版A9的功耗問題會更加嚴重（因為溫度上升得越快，功耗也會急劇上升）。
當然，這也只是其中一個角度。按照常識，一般工藝的納米數越小，其功耗表現應該越好，但顯然這次的蘋果A9顛覆了我們的想法，各家代工廠的晶片製造工藝不能僅僅用納米數來分高下，特別是三星14nm工藝和台積電16nm工藝這種接近的。

台積電版本A9處理器的續航表現相對更加優秀

消費者該如何選？
無論是台積電還是三星代工的A9處理器在性能和功耗等方面的表現均會達到蘋果官方的標準，消費者無須為此而煩惱，更加沒必要專門找某一個版本的購買，也不可能提前選擇購買。因為想要知道機器是哪個版本就得在機器啟動後安裝協力廠商工具來查看，全新未拆包裝的機器目前是不可能知道是哪個版本的A9處理器。同時已經購買了新iPhone的用戶也不用糾結於這個事情，因為糾結也沒用。

為什麼要由兩家工廠生產？
蘋果今年新推的iPhone 6s/6s Plus在電池方面不升反降，加上不少新功能的加入，對電池的壓力理論上應該大於以往的機型，但蘋果官方給到的續航資料顯示與上一代的iPhone 6/6 Plus持平，而實現這一表現的關鍵就是耗電大戶CPU的功耗下降，去年20nm的A8上功耗表現已經十分出色，而今年無論是台積電的16nm FitFET還是三星的14nm FitFET，帶來的好處之一就是功耗的下降，這對於手機這類移動設備來說顯得尤為重要。

雖然三星的14nm FitFET工藝早已經在自家的Exynos 7420上採用，但產能依然無法完全滿足自家產品和蘋果的巨大需求。而台積電的16nm FitFET更是首次應用於大規模生產，在良品率和產能上的壓力都要大於三星，同時台積電還要繼續生產上一代的A8晶片和其他客戶的需求，所以無論是三星還是台積電都無法獨力接下A9的大訂單，蘋果也不可能A9的生產訂單交接一個生產商，因為風險過高。前些年泰國水災導致全球硬碟供應緊張而漲價的事情依然記憶猶新，蘋果不可能把自己置於如此高風險的境地中，因為如果iPhone出現這類問題對於蘋果來說將會是致命的。

總結：三家公司的博弈
未來一年，iPhone 6s/6s Plus兩款產品的銷量將會過億台，這也意味著A9晶片的需求也是過億片（這裡還不包括iPad Pro上的），哪怕只負責其中一半的訂單，這對於台積電和三星來說都是一塊肥肉，蘋果都是一個絕對的大客戶。兩家代工廠為了滿足蘋果的需求，要不斷推進提高工藝和提升產能，甚至在企業的盈利結構上也會對蘋果形成一定的依賴性。

如果明年蘋果的A10晶片不再給其中一家代工，那麼對這家代工廠必然會造成巨大的打擊。所以大家為了能搶到蘋果的大訂單，哪怕是犧牲一定的利潤（降低代工費用）也在所不惜。反過來看，隨著蘋果晶片的不斷提高，目前也只有台積電和三星在工藝和產能上可以滿足蘋果的需求，蘋果不會輕易破壞與他們的合作的關係。台積電和三星與蘋果三者處於一個商業的博弈關係中，如何才能維持均衡的狀態以實現共贏，這裡考驗著三家公司領導層的默契和智慧。