解密蘋(píng)果的神秘芯片

與非網(wǎng)訊? Apple 在最近的Spring Loaded Event為我們帶來(lái)了基于 M1 的 iMac。繼秋季推出的 MacBook Air 和 13 英寸 MacBook Pro 之后，iMac 是第三款放棄英特爾處理器的 Mac。

可以說(shuō)，隨著這種轉(zhuǎn)變，Apple 的 T2 芯片進(jìn)入了生命周期終結(jié)狀態(tài)。T2 有點(diǎn)像一個(gè)謎，現(xiàn)在剩下的時(shí)間不多了。

我們知道它在 Mac 上執(zhí)行廣泛的任務(wù)，包括安全、加密、視頻處理、存儲(chǔ)控制和內(nèi)務(wù)管理。在 Apple Insider 2019年的一篇文章中國(guó)，測(cè)試了具有相同處理器的 Mac 的編碼時(shí)間，其中一個(gè)有 T2，另一個(gè)沒(méi)有。結(jié)果顯示，帶有 T2 的 Mac 以 1/2 的時(shí)間執(zhí)行編碼。

盡管有所有這些功能，但我們對(duì) T2 知之甚少。根本沒(méi)有太多信息四處。維基百科甚至沒(méi)有報(bào)告芯片尺寸或工藝節(jié)點(diǎn)。蘋(píng)果是否設(shè)計(jì)了全新的芯片？從A系列家族參考了多少？新設(shè)計(jì)多少錢？Apple 投入多少資金來(lái)實(shí)現(xiàn) Mac 所需的功能？

蘋(píng)果的芯片為自己的產(chǎn)品量身定制，并為機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行了專門的優(yōu)化。我們知道機(jī)器學(xué)習(xí)能夠?yàn)橛脩籼峁└鼮楠?dú)特的體驗(yàn)，因此很早就開(kāi)始研發(fā)能在設(shè)備端有效運(yùn)行復(fù)雜機(jī)器學(xué)習(xí)算法的芯片。10 多年前 Apple 就開(kāi)始了這一工作，Apple 幾乎所有產(chǎn)品都搭載了 自己的芯片。

蘋(píng)果的硬件技術(shù)團(tuán)隊(duì)采用了可擴(kuò)展的芯片架構(gòu)，同樣的模塊可適用于多個(gè)系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）。芯片設(shè)計(jì)過(guò)程中，蘋(píng)果的工程師擁有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：他們?cè)O(shè)計(jì)的芯片不是用來(lái)出售給其他公司，而是專門為 Apple 特定的產(chǎn)品，甚至是為了特定功能而專門設(shè)計(jì)的。這種優(yōu)化貫穿于 CPU、GPU、圖像信號(hào)處理器及更多組件。也正是這種不斷優(yōu)化卓越用戶體驗(yàn)的愿望，推動(dòng)開(kāi)發(fā)出 Apple 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎。

是時(shí)候看看 T2 并找出 Apple 為其基于 Intel 的 Mac 協(xié)處理器創(chuàng)造了什么。

封裝和內(nèi)存提示

正在研究的 T2 來(lái)自 2019 年的 13 英寸 MacBook Air 邏輯板。與周圍的其他 IC 相比，T2 的封裝具有不錯(cuò)的占用空間。相比之下，T2 右側(cè)四個(gè)安裝座之間較大的閃亮芯片是英特爾 i5。根據(jù)包裝，可以設(shè)想 T2 具有類似的尺寸。包裝上有一個(gè)“1847”日期代碼，表示 2018 年末組裝。

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2019 年 13 英寸 MacBook Air 邏輯板

一個(gè)在2018后期的MacBook Air拆解中只是列出了T2編號(hào)。然而，在2019年的一個(gè)15 英寸 MacBook Pro的拆解表明 T2 “分層在 1 GB 美光 D9VLN LPDDR4 內(nèi)存上”。我們的封裝還包括“D9VLN”標(biāo)記。美光的解碼器指向 1GB LPDDR4。T2 和內(nèi)存可能采用封裝上封裝 (PoP) 的排列。

在拆開(kāi)封裝后，發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)die。頂部金屬上可見(jiàn)的標(biāo)記是 Micron 的。對(duì)于配套 IC 或協(xié)處理器而言，在封裝內(nèi)包含DRAM 很有趣，更不用說(shuō)成本高了。然而，考慮到 T2 源自長(zhǎng)期以來(lái)具有DRAM 的 A 系列，這并不奇怪。

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T2 封裝中第二個(gè)芯片的頂部金屬芯片標(biāo)記。

Die照片 和“PU”

現(xiàn)在是重頭戲的時(shí)候了。 幾個(gè)線間距和 6T SRAM 單元尺寸的 SEM 分析證實(shí) ，T2 是在 TSMC16 nm 工藝中制造的。這是與 A10 相同的節(jié)點(diǎn)，因此后者將作為參考 A 系列處理器，可以與 T2 進(jìn)行比較。

帶有 CPU 和 GPU 注釋的 T2 芯片照片。

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帶有原始注釋的 A10 ?die照片。資料來(lái)源：Chipworks

從視覺(jué)上看，CPU 是第一個(gè)跳出來(lái)的東西。它的設(shè)計(jì)和布局與 A10 相同。假設(shè) T2 是在 A10 之后設(shè)計(jì)的，那么 CPU 就作為一個(gè)硬宏（hard macro）被丟棄了。記住它是一個(gè) 4 核 CPU！有兩個(gè)性能，即大型Hurricane內(nèi)核和兩個(gè)效率（即小型 Zephyr ）內(nèi)核。

考慮到主系統(tǒng)處理器已經(jīng)有一個(gè)英特爾 i5，這是相當(dāng)強(qiáng)大的。

人們只能想象 Apple 內(nèi)部的對(duì)話?！澳阌袦?zhǔn)備好運(yùn)行的 CPU 嗎？” “是的……那邊架子上有一個(gè)只有幾個(gè)月大的 4 核 17.4 平方毫米的設(shè)計(jì)?！?“太好了，我要其中之一?！?好吧，也許它更具技術(shù)性。

GPU 沒(méi)有效仿。A10 的 6 核 GPU 被組織為 3 個(gè)核心塊和一個(gè)邏輯塊。T2 的 GPU 似乎位于芯片的下邊緣。同樣，核心被組織為 3 個(gè)塊。我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這些塊內(nèi)的對(duì)稱性，表明有 3 個(gè)核心。GPU 邏輯可能位于內(nèi)核正上方的塊中，其中散列線圍繞它的潛在區(qū)域。即使該區(qū)域內(nèi)的所有 3 個(gè)塊都是 GPU 邏輯，它也會(huì)比為 A10 識(shí)別的要小。這里需要更多的分析來(lái)確認(rèn) GPU 配置，但有人建議 GPU 的邏輯和內(nèi)核都比 A10 上的要小。

其他塊級(jí)分析正在進(jìn)行中。與 A10 相比，我們看到了按原樣使用的塊，它們采用了新的布局，并且采用了全新的設(shè)計(jì)。

早期數(shù)字

T2 尺寸為 9.6 毫米 x 10.8 毫米，芯片尺寸為 104 平方毫米。這不是一個(gè)小die！T2 是一款嚴(yán)肅的處理器。這大約是 A10 的 125 平方毫米的80% 。

正如預(yù)期的那樣，CPU在兩個(gè)芯片上的面積約為 17.4 平方毫米。這在 T2 中專用于 CPU 的總芯片中產(chǎn)生了更高的百分比。T2 的 GPU 比 A10 的要小得多。對(duì)于 A10 的核心，每個(gè)核心的尺寸為 1.2 平方毫米 v. 5.3 平方毫米。從功能上講，這是有道理的，因?yàn)?T2 GPU 的任務(wù)量不應(yīng)與 A10 接近，因?yàn)樗皇侵饕?GPU。同樣，邏輯板上已經(jīng)有英特爾嵌入式圖形或?qū)Ｓ?GPU。

將線（thread）拉在一起

從逆向工程中可以提取出更多內(nèi)容，但是這個(gè)片段提供了 Apple 思想的味道。作為起點(diǎn)，Apple著眼于用戶功能。Apple 的一個(gè)持續(xù)問(wèn)題似乎是“我們希望用戶從 Apple 產(chǎn)品中體驗(yàn)什么？” 然后他們建造它。T2 成為 Apple 對(duì)基于 Intel 的 Mac 的解釋，但請(qǐng)記住，在 T1 之前，Intel 處理器是單飛的，而 Mac 仍然可以工作。

T2 利用了 A 系列處理器的設(shè)計(jì)，如 CPU 中所示。至少可以說(shuō)，它的 4 核 CPU 很大，很難不認(rèn)為它對(duì) T2 來(lái)說(shuō)是壓倒性的。也就是說(shuō)，Apple 會(huì)考慮重新設(shè)計(jì)的成本與與放入可能比真正需要的更大的東西相關(guān)的硅成本。后者可能更有吸引力，因?yàn)?T2 的晶圓開(kāi)始與 A10 或任何 A 系列處理器相距甚遠(yuǎn)。此外，額外的馬力將提供更好的體驗(yàn)。

T2 還整合了 Mac 中的獨(dú)立 IC。存儲(chǔ)或 SSD 控制器就是一個(gè)例子。蘋(píng)果在2011 年收購(gòu)了以色列的 Anobit 。2016 年的 13 英寸 MacBook Pro（帶功能鍵）包含一個(gè) Apple 獨(dú)立存儲(chǔ)控制器（參見(jiàn)幻燈片 11）。控制器變成了 T2 上的一個(gè)塊。今天，它將成為 M1 上的一個(gè)部分。

后續(xù)，我們將繼續(xù)深入研究 T2，專注于已知的塊功能，它與 A10 的比較并展望未來(lái)。是的，T2 和 A10 都是舊設(shè)計(jì)，但比較釋放了有關(guān)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)使用的信息以及 Apple 為提供所需的用戶體驗(yàn)而付出的努力。