專業(yè)角度剖析Apple Watch智能手表芯片S1,驚訝原因在哪?
發(fā)布時(shí)間:2015-08-11 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】Apple Watch搭載的是S1芯片,在這款尺寸為 26 毫米×28 毫米的芯片內(nèi)有 30 個(gè)獨(dú)立的組件,這絕對稱得上“讓人驚嘆”。今天我們一起從更專業(yè)的角度來了解這款芯片。
Apple Watch搭載的是S1芯片,在這款尺寸為 26 毫米×28 毫米的芯片內(nèi)有 30 個(gè)獨(dú)立的組件,這絕對稱得上“讓人驚嘆”。其中還包括了 NXP 的 NFC 芯片、AMS 的 NFC 信號(hào)放大器及Maxin的音頻放大器。今天外媒與我們一起從更專業(yè)的角度來了解這款芯片。目前開發(fā)和銷售智能手表的 OEM 很多都是智能手機(jī)廠商,所以我們會(huì)看到這些廠商通常都是直接將智能手機(jī)的部件“塞到”智能手表里面。
很多Android Wear 手表使用的都是調(diào)制解調(diào)器的高通 Snapdragon 400 芯片。而 A7 芯片從散熱設(shè)計(jì)功耗的角度來說是適合智能手表的。Android Wear 手表的電池容量大約為 400 mAh,可續(xù)航 1-2 天,但是對于市場來說這些手表太大,這種時(shí)候就需要特別針對智能手表的外形和大小設(shè)計(jì)的 SoC 片上系統(tǒng)。
對于 Apple Watch S1 芯片,目前還沒有合適的跑分測試工具,但是從這款設(shè)備的拆解我們可以看到,該 SoC 使用的是三星 28nm LP 制程,使用的只可能是 HKMG 或 poly SiON 柵極結(jié)構(gòu)。選擇不同的結(jié)構(gòu)功率效率也會(huì)不同,因?yàn)?HKMG 制程的漏泄功率更小。和使用 20/14nm 制程的成本相比,這兩種制程的成本差異并不大,另外參考 TSMC 在 Snapdragon 600 和 800 芯片上從 28LP 制程換成 28HPm 后對電池續(xù)航的影響,基本可以確定蘋果的這款芯片使用的是 HKMG 制程。
我們也已經(jīng)知道二進(jìn)制文件是為手表的 ARMv7k 處理器進(jìn)行編譯,可惜目前關(guān)于該指令集架構(gòu)并沒有相關(guān)記錄。watchOS 是在 iOS/Darwin 的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的,也就是說為了獲得存儲(chǔ)保護(hù)和關(guān)鍵抽象,比如虛擬內(nèi)存,它需要內(nèi)存管理單元MMU,這就排除了使用像 ARMv7m 這樣的 MCU ISA 的可能性,我們猜測蘋果使用的可能是衍生的 ARMv7-A,精簡掉不必要的指令,以減小功率消耗。
至于設(shè)備的 GPU 就不那么神秘了,從出現(xiàn)在 Apple Watch 中的 PowerVR 驅(qū)動(dòng)器來看,S1使用的可能是 PowerVR Series 5 GPU,具體哪款尚未清楚,有可能是 PowerVR SGX543MP1。不過我更傾向于 PowerVR GX5300,因?yàn)樗翘貏e針對穿戴設(shè)備優(yōu)化的 GPU,使用的驅(qū)動(dòng)器也一樣。但是不管怎樣,在 watchOS 2 到來之前 Apple Watch 都無法原生運(yùn)行應(yīng)用這一點(diǎn)來看,我們目前能夠深入挖掘的東西很少,而且即使 watchOS 2 發(fā)布,圖形跑分可能還是不好測試。
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接下來我們可以來了解一下 CPU 的分級存儲(chǔ)器體系,對于需要優(yōu)化以確保代碼能有足夠時(shí)間和/或空間局部性來保證代碼性能的應(yīng)用來說,這是一項(xiàng)非常重要的信息。
如圖所示, 在 DRAM 28KB 和 64KB 之間有一個(gè)非常大的波動(dòng)變化,因?yàn)槲覀円呀?jīng)清除了 L1 數(shù)據(jù)緩存的本地最大值,我們基本可以確定 L1 數(shù)據(jù)緩存大小為32KB,目前市場上很多產(chǎn)品的 L1 數(shù)據(jù)緩存也在 32 和 64KB 之間。而在 224KB 左右的地方再次出現(xiàn)大變化,我們也可以確定 L2 的數(shù)據(jù)緩存為 256KB,和目前大型智能手機(jī) CPU 的 1-2MB 共享緩存相比小了很多,但是和 A5 或者 A7 相比則恰好合適。
Apple Watch 的 CPU 最大頻率是520 MHz。我們接下來看看它的架構(gòu)。在關(guān)于整數(shù)運(yùn)算這方面,整數(shù)添加延遲是一個(gè)循環(huán),而整數(shù)乘法延遲則是三個(gè)循環(huán)。但是因?yàn)榱魉€整數(shù)乘法的吞吐量能輸出一個(gè)時(shí)鐘周期結(jié)果。同樣的比特移位需要兩個(gè)周期來完成,而吞吐只需要一個(gè)時(shí)鐘周期。乘法和加法交錯(cuò)吞吐量將只有一半。我們可以猜測這是因?yàn)檎麛?shù)加法 block 和整數(shù)乘法 block 相同,然而這并沒有什么意義,因?yàn)閺倪壿媽用鎭碚f,加法和乘法區(qū)別太大了。
從數(shù)據(jù)類型的角度來說,整數(shù)只是一個(gè)因素,還有布爾值、字符、字符串和不同大小的整數(shù),但是說到十進(jìn)制,應(yīng)用程序仍然使用浮點(diǎn)來編譯。像這款低功率 CPU,浮點(diǎn)通常比整數(shù)慢,因?yàn)楦↑c(diǎn)運(yùn)算的相關(guān)法則比較復(fù)雜。
如果你打開的網(wǎng)頁的延遲和吞吐時(shí)間是針對 Cortex A7 的,你可能猜測它是 Cortex A7,那你可能就猜對了。同時(shí)加載存儲(chǔ)意味著這些是 XOR 運(yùn)算,不能以平行方式執(zhí)行。乘法運(yùn)算和加法運(yùn)算也是一樣。雖然 Cortex A7 和 Cortex A5 有相同點(diǎn),但也不能說明為什么可以每時(shí)鐘周期可增加兩次立即值/恒定值和累加寄存器。
從這些數(shù)據(jù)我們可以確定它就是單核 Cortex A7。雖然只是 Cortex A7 但是最大時(shí)鐘速度較低,也就是說邏輯設(shè)計(jì)上相比性能他更重視功率效率。標(biāo)準(zhǔn)電池可以利用某些技術(shù)和風(fēng)格,這些技術(shù)實(shí)際會(huì)影響 2+ GHz 芯片的性能,但是卻非常適合使用在 520 MHz 芯片中、從衡量能源效率與性能的角度來說,Cortex A7 是一個(gè)有利于 perf/W(Performance per Watt,每瓦性能)的設(shè)計(jì),因此我認(rèn)為未來關(guān)鍵的不同點(diǎn)將在于執(zhí)行方法,而不是架構(gòu)。雖然我也希望 Apple Watch 能夠使用更為先進(jìn)的制程,比如 14LPP/16FF+,但是在 Apple Watch 第二代或者第三代出來之前基本都沒有這種可能。
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