蘋果“孤狼硅”，T2芯片拆解事

在最近的春季發(fā)布會特別活動上，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。

圖源 | Htxt.Africa

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、存儲控制和內(nèi)務(wù)管理。

這篇 2019 年 AppleInsider 文章測試了兩臺 Mac 的編碼時(shí)間，這兩臺 Mac 電腦裝載了相同的處理器，其中一臺配備了 T2 這顆協(xié)處理器，另一臺則沒有配備 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。

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****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。

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。

帶有 CPU 和 GPU 注釋的 T2 芯片照片

帶有原始注釋的 A10 模具照片

圖源 | 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。”好吧，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。

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)立存儲控制器（見幻燈片 11）。

控制器變成了 T2 上的一個(gè)模塊。今天，它將成為 M1 上的一個(gè)模塊。

寫在最后

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。