細(xì)述：蘋果的“孤狼硅”

在最近的春季發(fā)布會(huì)特別活動(dòng)上，蘋果公司為我們帶來了基于 M1 的 iMac。繼去年秋季推出 MacBook Air 和 13 英寸的 MacBook Pro 之后，今年這款iMac 是蘋果公司第三款放棄英特爾處理器改用自家處理器的 Mac 電腦。可以這么說，隨著這種轉(zhuǎn)變的不斷推進(jìn)，蘋果 的 T2 芯片正慢慢走向其生命的終點(diǎn)。 T2 的命運(yùn)已經(jīng)沒有了神秘的色彩，留給它的時(shí)間已經(jīng)不多了。

我們知道T2可以在 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。這篇 2019 年 AppleInsider 文章測試了兩臺(tái) Mac 的編碼時(shí)間，這兩臺(tái) Mac 電腦裝載了相同的處理器，其中一臺(tái)配備了 T2 這顆協(xié)處理器，另一臺(tái)則沒有配備 T2 。測試結(jié)果表明，帶有 T2 的 Mac 的編碼時(shí)間少了足足一半。

盡管我們知道 T2 有所有這些功能，但我們對 T2 本身仍然知之甚少。網(wǎng)絡(luò)上根本沒有太多關(guān)于它的信息。維基百科甚至沒有報(bào)告這顆芯片的尺寸或工藝節(jié)點(diǎn)。它是不是蘋果設(shè)計(jì)的全新的芯片？它從A系列家族處理器中借鑒了多少？新設(shè)計(jì)添加了多少？ 蘋果公司投入了多少資金來實(shí)現(xiàn) Mac 所需的功能？是時(shí)候看看 T2 的樣子了，看看蘋果公司為基于英特爾主處理器的 Mac 打造的這款協(xié)處理器中實(shí)現(xiàn)了什么。

封裝和內(nèi)存

本文研究的這款 T2 來自 2019 年上市的 13 英寸 MacBook Air 邏輯板。與周圍的其他 IC 相比，T2 的封裝是相當(dāng)顯眼。給個(gè)對比大家感受一下，T2 右側(cè)四個(gè)安裝座之間那顆較大的、閃閃發(fā)亮的芯片是英特爾的 i5。根據(jù)封裝比對，可以認(rèn)為， T2 具有和英特爾 i5 類似的尺寸。封裝上有一個(gè)“1847”的日期代碼，表示這顆芯片是 2018 年末封裝好的。

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2019 年 13 英寸 MacBook Air 邏輯板

對 2018 年末 MacBook Air 的拆解發(fā)現(xiàn)，里面只是列出了 T2 的部件號。然而，對 2019 年 15 英寸 MacBook Pro 的拆解表明 T2 “是在 1 GB 的美光 D9VLN LPDDR4 內(nèi)存上分層構(gòu)建的”。封裝上還有一個(gè)“D9VLN”標(biāo)記。美光的解碼器指向 1GB LPDDR4。 T2 和內(nèi)存可能采用層疊封裝 (PoP) 排列。

在拆開封裝后，實(shí)際上發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)硅片。頂部金屬上可見的標(biāo)記標(biāo)志著美光。對于配套 IC 或協(xié)處理器而言，封裝內(nèi)包含 DRAM 是一個(gè)很有趣的事情，更不用說成本高了。然而，考慮到 T2 源自長期以來具有封裝內(nèi) DRAM 的 A 系列處理器，這并不是一件多么奇怪的事情。

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T2 封裝中第二個(gè)芯片的頂部金屬芯片標(biāo)記。

裸片照片和“PU”

現(xiàn)在是重頭戲的時(shí)候了。對多個(gè)線間距和 6T SRAM 單元尺寸的 SEM 分析證實(shí)， T2 是采用臺(tái)積電的 16 nm 工藝制造的。這是與 A10 處理器相同的工藝節(jié)點(diǎn)，因此可以將 A10 作為參考性的 A 系列處理器，與 T2 進(jìn)行比較。

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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 模具照片。資料來源：Chipworks

從視覺上看，CPU 是最先出現(xiàn)在您面前的東西。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)硬宏被丟棄了。記住它是一個(gè) 4 核 CPU！有兩種高性能的大型 Hurricane 內(nèi)核和兩種高效率的小型 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。

人們可以想象一下蘋果內(nèi)部研發(fā) T2 時(shí)的對話。 “你有準(zhǔn)備好可以運(yùn)行的 CPU 嗎？” “是的……那邊架子上只有剛問世幾個(gè)月的 4 核 17.4 mm2 設(shè)計(jì)?！?“太好了，我要拿一個(gè)來用用?！焙冒?，也許它的技術(shù)性更強(qiáng)。

GPU 沒有效仿這個(gè)做法。 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。我們沒有發(fā)現(xiàn)這些塊內(nèi)的對稱性，這表明有 3 個(gè)內(nèi)核。 GPU 邏輯可能位于內(nèi)核正上方的塊中，其中散列線包圍了它的一個(gè)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 的要小。這里需要更多的分析來確認(rèn) GPU 配置，但有人認(rèn)為 GPU 的邏輯和內(nèi)核都比 A10 上的要小。

其他的塊級分析正在進(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，折合芯片面積為 104 平方毫米。從尺寸上來看，這可不是一個(gè)小芯片！ T2 是一款正兒八經(jīng)的處理器，它的面積大約是 A10的125 平方毫米的 80%。

正如預(yù)期的那樣，CPU 在這兩個(gè)芯片上的面積約為 17.4 平方毫米。這使得 T2 中 CPU 在總芯片上的占比更高。 另外， T2 的 GPU 比 A10 小得多。GPU 每個(gè)內(nèi)核的尺寸為 1.2 平方毫米，而在 A10 中，每個(gè)內(nèi)核尺寸為 5.3 平方毫米。從功能上講，這是說得過去的，因?yàn)?T2 上 GPU 的任務(wù)量大大小于 A10 ，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。

總結(jié)

通過逆向工程，還可以提取更多的東西，但本文上述的片段已經(jīng)給我們了解蘋果的思維和想法提供了足夠的視角。

剛開始，蘋果著眼于為用戶提供哪些功能。在此之后，蘋果會(huì)給自己拋出一個(gè)持續(xù)性的問題：“我們希望用戶能從蘋果的產(chǎn)品中體驗(yàn)到什么？”然后他們根據(jù)這種用戶體驗(yàn)打磨自己的產(chǎn)品。 T2 是蘋果對基于英特爾處理器的Mac電腦提升用戶體驗(yàn)的一種解答，但是請記住，在 T1 之前，Mac電腦中的英特爾處理器可沒有蘋果的協(xié)處理器，而且當(dāng)時(shí)的 Mac 仍然可以工作。

T2 利用了 A 系列處理器的設(shè)計(jì)，如上述 CPU 章節(jié)中所表示的那樣。至少可以說，它的 4 核 CPU 很大，很難不認(rèn)為它對 T2 來說是壓倒性的。也就是說，蘋果會(huì)考慮重新設(shè)計(jì)的成本，以及降低可能大于真正需要的硅成本。后者可能更有吸引力，因?yàn)?T2 的硅片剛開始時(shí)與 A10 或任何 A 系列處理器相距甚遠(yuǎn)。此外，額外的性能將提供更好的體驗(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。蘋果于 2011 年收購了以色列的 Anobit。2016 年的 13 英寸 MacBook Pro（帶功能鍵）包括一個(gè)蘋果的獨(dú)立存儲(chǔ)控制器（見幻燈片 11）?？刂破髯兂闪?T2 上的一個(gè)模塊。今天，它將成為 M1 上的一個(gè)模塊。

結(jié)論

我們將繼續(xù)深入研究 T2，并專注于已知的模塊功能，將之與 A10 進(jìn)行比較并展望未來。當(dāng)然，和當(dāng)下的M1相比， T2 和 A10 都是舊設(shè)計(jì)，但對它們的比較給出了有關(guān)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的信息，以及蘋果為提供所需的用戶體驗(yàn)付出了哪些努力。
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