苹果明知三星版A9功耗高 却为什么还要选它

最近大家应该都听说了苹果(Apple)最新iPhone6s/6sPlus智能手机同时采用两种不同处理器芯片版本(AppleA9SoC)的消息——其中一款A9芯片由三星(Samsung)制造，另一款则来自台积电(TSMC)。A9芯片虽然来自两家不同的代工厂，按理来说执行起来应该是一样的，然而，台积电与三星所采用的工艺却不一样。

    随着Apple采用两家代工厂供货的秘密传开来，科技网站开始测试这款手机，并比较两种版本的A9处理器。结果显示两种版本的效能似乎并非完全相同。这可能会影响到消费者选择哪一个芯片版本的手机，同时也导致一些消费者担心情况可能被一些不实的测试结果夸大了。

    事实上，真正的差别之一就在于SoC的实体尺寸——三星的芯片比台积电的芯片更小8%。芯片尺寸的差别可能是由于晶体管大小的不同。两家公司都采用新的3D晶体管工艺——台积电发布其工艺为16nmFinFET，而三星则称其工艺为14nmFinFET，这表示三星芯片的晶体管应该比台积电的晶体管更小。不过，工艺名称并不见得直接关系到工艺几何尺寸，如今它已经成为一些营销用语。

    采用不同的设计工具库来打造芯片，也可以解释为什么两款芯片的大小不同。即使两款芯片的功能相同，Apple的A9设计团队也必须分别与每一家代工厂专用的设计工具库相互配合。例如，取决于不同标准库的设计，用于实现快取的SRAM单元中晶体管数量与面积可能也有所差异。但无论何，芯片大小的差别应该不至于影响到消费者的体验。

    然而，从一些网站的测试结果显示，还有另外一项差异——采用台积电芯片(至少是至今几款测试结果)的手机显示拥有较三星版本更长的电池续航力。实际的差异程度正是目前一些争执的焦点。包括像GeekBench与AnTuTu等测试结果，都显示出两款芯片版本之间存在明显差异。

    Apple觉得有必要发表评论了。该公司表示，实际情况中应该只有2-3%的差别。Apple的响应点出了问题的核心：现实世界的测试是否足够？这些测试显示在大量密集的CPU处理工作负载下，电池的确消耗得更快。但在实际情况下，一般用户通常是周期性地使用CPU，而不会持续性地使用。不过，两款芯片之间的确存在明显差异，但问题是为什么会有这样的差异存在？

    台积电的芯片之所以能够实现较长的电池续航力，主要的原因在于它比三星的芯片具有较低的漏电流，或是稍低的供电电压。一般来说，更高的漏电流就意味着电池续航力较短，即使是在待机状态下，更高的操作电压效应更可能出现在密集的工作负载中。

    漏电流的原因来自于晶体管未能在逻辑关闭状态下完全关断，导致微量的电流“泄漏”出来。即使是在处理器闲置的状态下，这些漏电流也会持续缓慢、微量地耗用电池电量。

    在这个案例下，电池续航力的差异更可能出在每个组件的工作电压。在智能手机中，电源管理芯片(PMIC)可控制电压，让处理器因应各种不同的作业条件。PMIC用于控制电源管理的细节，在轻负载时降低处理器功耗以及减缓频率速度，从而协助延长电池续航力。为了达到与台积电芯片相同的性能和频率速度，三星的芯片可能必须以稍高的电压作业，因而也从电池中汲取了更多电量。

    测试结果显示最主要的差别就在于电池续航力，这表示为了符合Apple的频率速度要求，三星的芯片必须以稍高的供电电压作业。较高的工作电压可能会导致一些工艺变异的结果，但这样的结果会在低负载时带来更高功耗。因此，为了有效判断三星与台积电工艺中的变异，还需要大量的统计样本，而不是仅比较两款芯片。就算是在同一家代工厂，也可能会发生显著的变异。因此，仅由几个测试网站进行几项受限的测试，并不代表对这种情况的最后结论。

    虽然台积电的芯片更省电，但三星的芯片尺寸较小，可以让Apple更省成本。假设这两家代工厂的良率差不多，芯片面积更小表示相同晶圆中可容纳更多芯片。晶圆的良率高，产出的芯片更多，每颗芯片的固定成本就更低。虽然两款芯片面积的差异仅8%，但却可让每片晶圆产出更多9%的未封装晶粒。

    当分析早期制造良率的影响时，这实际上意味着每晶圆产出更多11%的合格芯片。每片晶圆的合格芯片良率越高，意味着每颗芯片的成本更低。实际的成本当然还取决于封装与测试合格芯片的成本，但光是芯片本身节省8%，对于数千万台的单位来说，已经意味着相当庞大的数字了。

    此外，在相同的量产条件下，每片晶圆产出更多芯片也意味着三星能够提供更多组件。以成本与产量的优势来看，Apple可能就不在意三星芯片稍高一点的功耗，而更着眼于其更低的成本优势。

    对于消费者来说，芯片之间的差异并不容易区别。极端测试放大了芯片之间些微的差异，不过，也很少有产品会像Apple的产品会被这样过度的分析。