Apple Silicon

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Apple Silicon[1][2]是對蘋果公司使用ARM架構設計的单片系统(SoC)和封裝體系(SiP)处理器之总称。它廣泛運用在iPhoneiPadMacApple Watch以及HomePodApple TV等蘋果公司产品。

苹果公司不具有生产芯片的业务,所有Apple芯片均由其他芯片代工企业,如三星台积电进行制造。第一款苹果公司自行设计的芯片是应用在iPhone 4上的Apple A4。苹果的后续新产品线,包括AirPodsApple WatchHomePod,从一开始均使用Apple芯片。在2020年6月的苹果全球开发者大会上,苹果公司首席执行官Tim Cook正式宣布,Mac电脑系列将在两年内从Intel公司的CPU迁移至自行设计的Apple芯片[3],截至2022年4月,除Mac Pro外,其他所有蘋果產品皆搭載Apple Silicon架構晶片。

考虑到不同类型设备的应用场景,苹果公司设计的芯片也分为不同系列。通常每款芯片以大写字母搭配数字的方式命名,其中字母表示所属系列,数字代表第几代。部分产品还会带上字母后缀,表示在该架构上的加强款。

A系列[编辑]

A 系列晶片基于ARM架构,包括了CPUGPU快取等器件。使用于iPhoneiPadiPod touchApple TVStudio Display 產品上。自2015年發佈的iPad Pro(第一代)開始,所有 A 系列晶片均由台積電 代工。

S系列 [编辑]

S系列芯片是整合了隨機存取記憶體儲存裝置和無線連結處理器的客製系統單晶片,用于Apple WatchHomePod Mini产品线中。

H系列[编辑]

H系列做為藍牙無線音訊的晶片,用于第二代及之后的AirPods系列,以及部分Beats系列。

T系列[编辑]

T系列芯片用于Mac产品线的部分产品,做為安全開機、硬體加密等系統安全相關之晶片。該系列現已整合進M系列中。

W系列[编辑]

W系列芯片的主要功能和Wi-Fi以及蓝牙连接相关。

U系列[编辑]

作为超宽频(Ultra Wideband)芯片

M系列[编辑]

M系列芯片是蘋果公司第一款基於ARM架構的自研處理器單晶片系統(SoC),作为Mac向苹果芯片迁移计划的一部分,為麥金塔電腦產品線提供中央處理器。首次亮相于2020年11月的线上发布会,其中发布了首款芯片M1,并用于三款新Mac产品[4]M系列芯片的后续产品,将会继续搭载于使用Apple Silicon的Mac产品上。

A系列芯片的运动协处理器[编辑]

早在iPhone 5S发布时,苹果公司首次发布和A7处理器配合工作的协处理器M7,之后每年iPhone系列换代,M系列协处理器都会伴随着上升一个代数。一直持续到iPhone 8系列和iPhone X发布为止[5]。此后苹果公司不再於官方宣传和规格参数资料中表明M系列协处理器的存在[6],并且在机型比较的页面中将旧产品的这一部分抹去。尽管如此,之后的每一代A系列芯片中都内置有运动协处理器,做為加速度計陀螺儀指南針感測器的資料收集與處理。

苹果芯片列表[编辑]

A 系列[编辑]

名称 型号 图片 半导体工艺 裸晶尺寸 晶体管数目 CPU ISA CPU CPU缓存 GPU FLOPS FP32/FP16 AI 加速器 内存 推出 應用產品 初始作業系統 最終作業系統
APL0098 S5L8900.jpg 90 nm[7] 72 mm2 [8] ARMv6 412 MHz 單核心 ARM11 L1i: 16 KB
L1d: 16 KB
PowerVR MBX Lite @ 103 MHz 不適用 16-bit 單通道 133 MHz LPDDR (533 MB/s)[9] 2007年6月 iPhone OS 1.0 iOS 4.2.1
APL0278 S5L8720.jpg 65 nm[8] 36 mm2 [8] ARMv6 412–533 MHz 單核心 ARM11 L1i: 16 KB
L1d: 16 KB
PowerVR MBX Lite @ 133 MHz 32-bit 單通道 133 MHz LPDDR (1066 MB/s) 2008年9月 iPhone OS 2.1.1
APL0298 Apple SoC S5L8920.jpg 65 nm[7] 71.8 mm2 [10] ARMv7 600 MHz 單核心 Cortex-A8 L1i: 32 KB
L1d: 32 KB
L2: 256 KB
PowerVR SGX535 32-bit 單通道 200 MHz LPDDR (1.6 GB/s) 2009年6月 iPhone OS 3.0 iOS 6.1.6
APL2298 S5L8922.jpg 45 nm[8] 41.6 mm2 [8] ARMv7 600–800 MHz 單核心 Cortex-A8 L1i: 32 KB
L1d: 32 KB
L2: 256 KB
PowerVR SGX535 @ 200 MHz 32-bit 單通道 200 MHz LPDDR (1.6 GB/s) 2009年9月 iPhone OS 3.1.1 iOS 5.1.1
A4 APL0398 Apple A4 Chip.jpg 45 nm[8][10] 53.3 mm2 [8][10] ARMv7 0.8–1.0 GHz 單核心 Cortex-A8 L1i: 32 KB
L1d: 32 KB
L2: 512 KB
PowerVR SGX535[11] 32-bit 雙通道 200 MHz LPDDR (3.2 GB/s) 2010年3月 iPhone OS 3.2 iOS 5.1.1
iOS 6.1.6
iOS 7.1.2
A5 APL0498 Apple A5 Chip.jpg 45 nm[12] 122.2 mm2 [12] ARMv7 0.8–1.0 GHz 雙核心 Cortex-A9 L1i: 32 KB
L1d: 32 KB
L2: 1 MB
PowerVR SGX543MP2 (雙核心) @ 200 MHz (12.8 GFLOPS)[13] 32-bit 雙通道 400 MHz LPDDR2-800 (6.4 GB/s) 2011年3月 iOS 4.3 iOS 9.3.5
iOS 9.3.6
APL2498 Apple-A5-APL2498.jpg 32 nm HK MG[14] 69.6 mm2 [14] 0.8–1.0 GHz 雙核心 Cortex-A9 (one core locked in Apple TV) L1i: 32 KB
L1d: 32 KB
L2: 1 MB
PowerVR SGX543MP2 (雙核心) @ 200 MHz (12.8 GFLOPS)[13] 32-bit 雙通道 400 MHz LPDDR2-800 (6.4 GB/s) 2012年3月 iOS 5.1
APL7498 Apple-A5-APL7498.jpg 32 nm HKMG[15] 37.8 mm2 [15] 單核心 Cortex-A9 L1i: 32 KB
L1d: 32 KB
L2: 1 MB
PowerVR SGX543MP2 (雙核心) @ 200 MHz (12.8 GFLOPS)[13] 32-bit 雙通道 400 MHz LPDDR2-800 (6.4 GB/s) 2013年3月
A5X APL5498 Apple A5X Chip.jpg 45 nm[16] 165 mm2 [16] ARMv7 1.0 GHz 雙核心 Cortex-A9 L1i: 32 KB
L1d: 32 KB
L2: 1 MB
PowerVR SGX543MP4 (四核心) @ 200 MHz (25 GFLOPS)[13] 32-bit 四通道 400 MHz LPDDR2-800[17] (12.8 GB/s) 2012年3月 iOS 5.1 iOS 9.3.5
iOS 9.3.6
A6 APL0598 Apple A6 Chip.jpg 32 nm HKMG[18][19] 96.71 mm2 [18][19] ARMv7s[20] 1.3 GHz[21] 雙核心 Swift[22] L1i: 32 KB
L1d: 32 KB
L2: 1 MB[23]
PowerVR SGX543MP3 (三核心) @ 266 MHz (25.5 GFLOPS)[24] 32-bit 雙通道 533 MHz LPDDR2-1066[25] (8.528 GB/s) 2012年9月 iOS 6.0 iOS 10.3.3
iOS 10.3.4
A6X APL5598 Apple A6X chip.jpg 32 nm HKMG[26] 123 mm2 [26] ARMv7s[20] 1.4 GHz 雙核心 Swift[27] L1i: 32 KB
L1d: 32 KB
L2: 1 MB
PowerVR SGX554MP4 (四核心) @ 266 MHz (68.1 GFLOPS)[27][28] 32-bit 四通道 533 MHz LPDDR2-1066 (17.1 GB/s)[29] October 2012
A7 APL0698 Apple A7 chip.jpg 28 nm HKMG[30] 102 mm2 [31] 近10億 ARMv8.0-A[32] 1.3 GHz[33] 雙核心 Cyclone[32] L1i: 64 KB
L1d: 64 KB
L2: 1 MB
L3: 4 MB[32] (Inclusive)[34]
PowerVR G6430 (四核心) @ 450 MHz (115.2 GFLOPS)[35][28] 64-bit 單通道 800 MHz LPDDR3-1600[36] (12.8 GB/s)[37] 2013年9月 iOS 7.0 iOS 12.5.1
APL5698 Apple A7 S5L9865 chip.jpg 28 nm HKMG[38] 102 mm2 [31][38] 近10億 1.4 GHz[39] 雙核心 Cyclone[32] L1i: 64 KB
L1d: 64 KB
L2: 1 MB
L3: 4 MB[39] (Inclusive)[34]
PowerVR G6430 (四核心) @ 450 MHz (115.2 GFLOPS)[28] 64-bit 單通道 800 MHz LPDDR3-1600[36] (12.8 GB/s)[37] October 2013 iOS 7.0.3
A8 APL1011 Apple A8 system-on-a-chip.jpg 20 nm (TSMC)[36] 89 mm2 [40] 約20億 ARMv8.0-A[41] 1.1–1.5 GHz 雙核心 Typhoon[41][42] L1i: 64 KB
L1d: 64 KB
L2: 1 MB
L3: 4 MB[41] (Inclusive)[34]
客製化PowerVR GXA6450 (四核心)[43][44][45] @ ~533 MHz (136.5 GFLOPS) 64-bit 單通道 800 MHz LPDDR3-1600[36] (12.8 GB/s)[37] 2014年9月 iOS 8.0

tvOS 9.0

iOS 12.5.1


Current

A8X APL1012 Apple A8X system-on-a-chip.jpg 20 nm (TSMC)[46][47] 128 mm2 [46] 約30億 ARMv8.0-A 1.5 GHz 三核心 Typhoon[46][42] L1i: 64 KB
L1d: 64 KB
L2: 2 MB
L3: 4 MB[46] (Inclusive)[34]
客製化PowerVR GXA6850 (十核心)[43][46][47] @ ~450 MHz (230.4 GFLOPS) 64-bit 雙通道 800 MHz LPDDR3-1600[46] (25.6 GB/s)[37] October 2014 iOS 8.1 Current
A9 APL0898 Apple A9 APL0898.jpg 14 nm FinFET (Samsung)[48] 96 mm2 [49] 大於20億 ARMv8.0-A 1.85 GHz 雙核心 Twister[50][51] L1i: 64 KB
L1d: 64 KB
L2: 3 MB
L3: 4 MB (Victim)[34][52]
客製化PowerVR GT7600 (六核心)[43][53] @ 650 MHz (249.6 GFLOPS) 64-bit 單通道 1600 MHz LPDDR4-3200[51][52] (25.6 GB/s)[51] 2015年9月 iOS 9.0 Current
APL1022 Apple A9 APL1022.jpg 16 nm FinFET (TSMC)[49] 104.5 mm2 [49]
A9X APL1021 Apple A9X.jpg 16 nm FinFET (TSMC)[54] 143.9 mm2 [54][55] 大於30億 ARMv8.0-A 2.16–2.26 GHz 雙核心 Twister[56][57] L1i: 64 KB
L1d: 64 KB
L2: 3 MB
L3: none[34][54]
客製化PowerVR GTA7850 (十二核心)[43][54] @ 650 MHz (499.2 GFLOPS) 64-bit 雙通道 1600 MHz LPDDR4-3200 (51.2 GB/s) November 2015 iOS 9.1 Current
A10 Fusion APL1W24 Apple A10 Fusion APL1W24.jpg 16 nm FinFET (TSMC)[58] 125 mm2 [58] 33億 ARMv8.1-A 2.34 GHz 四核心 (2× Hurricane + 2× Zephyr)[59] L1i: 64 KB
L1d: 64 KB
L2: 3 MB
L3: 4 MB
客製化PowerVR GT7600 Plus (六核心)[43][60][61] @ 900 MHz (345.6 GFLOPS[62]) 64-bit 單通道 1600 MHz LPDDR4 (25.6 GB/s) 2016年9月 iOS 10.0 Current
A10X Fusion APL1071[63] Apple A10X Fusion.jpg 10 nm FinFET (TSMC)[55] 96.4 mm2 [55] 大於40億 ARMv8.1-A 2.36 GHz 六核心 (3× Hurricane + 3× Zephyr)[64] L1i: 64 KB
L1d: 64 KB
L2: 8 MB
L3: none[64]
客製化PowerVR GT7600 Plus (十二核心)[43][65] ~@ 1000 MHz (~768 GFLOPS) 64-bit 雙通道 1600 MHz LPDDR4[64][63] (51.2 GB/s) 2017年6月 iOS 10.3.2

tvOS 11.0

Current
A11 Bionic APL1W72 Apple A11.jpg 10 nm FinFET (TSMC) 87.66 mm2 [66] 43億 ARMv8.2-A[67] 2.39 GHz 六核心 (2× Monsoon + 4× Mistral) L1i: 64 KB
L1d: 64 KB
L2: 8 MB
L3: none[68]
蘋果公司自研 (三核心) @ 1066 MHz (~408 GFLOPS) 神經網路引擎 (雙核心) 600 BOPS 64-bit 單通道 2133 MHz LPDDR4X[69][70] (34.1 GB/s) 2017年9月 iOS 11.0 Current
A12 Bionic APL1W81 Apple A12.jpg 7 nm FinFET (TSMC N7) 83.27 mm2 [71] 69億 ARMv8.3-A[72] 2.49 GHz 六核心 (2× Vortex + 4× Tempest)[73] L1i: 128 KB
L1d: 128 KB
L2: 8 MB
L3: none[73]
蘋果公司自研 (四核心) ~@ 1125 MHz (~576 GFLOPS) 神經網路引擎 (八核心) 5 TOPS 64-bit 單通道 2133 MHz LPDDR4X[74][75] (34.1 GB/s) 2018年9月 iOS 12.0 Current
A12X Bionic APL1083 Apple A12X.jpg 7 nm FinFET (TSMC N7) ≈135 mm2 [76] 100億 ARMv8.3-A[72] 2.49 GHz 十核心 (4× Vortex + 4× Tempest) L1i: 128 KB
L1d: 128 KB
L2: 8 MB
L3: none[77]
蘋果公司自研 (七核心) ~@ 1340 MHz (~1200 GFLOPS) 64-bit 雙通道 2133 MHz LPDDR4X (68.2 GB/s) 2018年10月 iOS 12.1 Current
A12Z Bionic Apple A12Z.jpg 蘋果公司自研 (八核心) @ 1266 MHz (~1296 GFLOPS) 2020年3月 iPadOS 13.4 Current
2020年6月 macOS 11 "Big Sur" (Beta) macOS Big Sur 11.3 Beta 2
A13 Bionic APL1W85 Apple A13 Bionic.jpg 7 nm FinFET (TSMC N7P) 98.48 mm2 [78] 85億 ARMv8.4-A[79] 2.65 GHz 六核心 (2× Lightning + 4× Thunder) L1i: 128 KB
L1d: 128 KB
L2: 8 MB
L3: none[80]
蘋果公司自研 (四核心) ~@ 1575 MHz (~806 GFLOPS) 神經網路引擎 (十核心) + AMX blocks (雙核心) 5.5 TOPS 64-bit 單通道 2133 MHz LPDDR4X (34.1 GB/s)[81] 2019年9月 iOS 13.0 Current
A14 Bionic APL1W01 Apple A14.jpg 5 nm FinFET (TSMC N5) 88 mm2 [82] 118億 ARMv8.6-A 2.99 GHz 六核心 (2× Firestorm + 4× Icestorm)

L1i: 192 KB
L1d: 128 KB
L2: 8 MB
L3: none

蘋果公司自研 (四核心) 神經網路引擎 (十六核心) 11 TOPS 64-bit 單通道 2133 MHz LPDDR4X (34.1 GB/s) 2020年9月 iOS 14.0 Current
A15 Bionic APL1W05 Apple A15.jpg 5 nm FinFET (TSMC N5P) 150億 最高2.93~3.23 GHz (2× Avalanche) + 最高1.823 GHz (4× Blizzard) SLC: 32 MB 蘋果公司自研 (四核心/五核心) 神經網路引擎 (十六核心) 11 TOPS (TBC) 2021年9月 iOS 15.0 Current
名称 型号 Image 半导体工艺 裸晶尺寸 晶体管数目 CPU ISA CPU CPU缓存 GPU FLOPS FP32/FP16 AI 加速器 記憶體技術 發表日期 應用產品 初始作業系統 最終作業系統

S 系列[编辑]

名称 型号 图片 半导体工艺 裸晶尺寸 CPU ISA CPU CPU缓存 GPU 内存 基带 發表日期 應用產品 初始作業系統 最終作業系統
S1 APL0778[83] Apple S1 module.png 28 nm HK MG[84][85] 32 mm2 [84] ARMv7k[85][86] 520 MHz 單核心 Cortex-A7[85] L1d: 32 KB[85]
L2: 256 KB[85]
PowerVR Series 5[85][87] LPDDR3[88] 2015年4月 watchOS 1.0 watchOS 4.3.2
S1P TBC Apple S1P module.png TBC TBC ARMv7k[89][90][91] 520 MHz 雙核心 Cortex-A7 without GPS[89] TBC PowerVR Series 6 'Rogue'[89] LPDDR3 2016年9月 watchOS 3.0 watchOS 6.3
S2 TBC Apple S2 module.png TBC TBC ARMv7k[89][90][91] 520 MHz 雙核心 Cortex-A7 with GPS[89] TBC LPDDR3
S3 TBC Apple S3 module.png TBC TBC ARMv7k[92] 雙核心 TBC TBC LPDDR4 Qualcomm MDM9635M (Snapdragon X7 LTE) 2017年9月 watchOS 4.0 Current
S4 TBC Apple S4 module.png TBC TBC ARMv8-A ILP32[93][94] 雙核心 Tempest TBC Apple G11M[94] TBC TBC 2018年9月 watchOS 5.0 Current
S5 TBC Apple S5 module.png TBC TBC ARMv8-A ILP32 雙核心 Tempest TBC Apple G11M TBC TBC 2019年9月 watchOS 6.0 Current
S6 TBC Apple S6 module.png TBC TBC TBC 雙核心 Thunder TBC TBC TBC TBC 2020年9月 watchOS 7.0 Current

T 系列[编辑]

名称 型号 图片 半导体工艺 裸晶尺寸 CPU ISA CPU CPU缓存 GPU 内存 發表日期 應用產品
T1 APL1023[95] Apple T1 Processor ARMv7 TBD 2016年10月
T2 APL1027[96] Apple T2 Processor ARMv8-A TBD LPDDR4 2017年12月

W 系列[编辑]

名称 型号 图片 半导体工艺 裸晶尺寸 CPU ISA CPU CPU缓存 内存 Bluetooth 發表日期 應用產品
W1 343S00130[97]
343S00131[97]
Apple W1 chip TBC 14.3 mm2 [97] TBC TBC TBC TBC 4.2 2016年9月
  • AirPods (第1代)
  • Beats Solo3
  • Beats Studio3
  • Powerbeats3
  • BeatsX
  • Beats Flex
W2 338S00348[98] Apple W2 chip TBC TBC TBC TBC TBC TBC 4.2 2017年9月
W3 338S00464[99] Apple W3 chip TBC TBC TBC TBC TBC TBC 5.0 2018年9月

H 系列[编辑]

名称 型号 图片 Bluetooth 發表日期 應用產品
H1 343S00289 (AirPods (第2代))[100]
343S00290 (AirPods (第2代))[101]
343S00404 (AirPods Max)[102]
H1 SiP (AirPods Pro)[103]
Apple H1 chip Apple H1 chip Apple H1 chip
Apple H1 SiP Apple H! SiP
5.0 2019年3月

U 系列[编辑]

名称 型号 图片 半导体工艺 發表日期 應用產品
U1 TMKA75[105] Apple U1 chip 16 nm FinFET (TSMC 16FF) 2019年9月

M 系列[编辑]

名称 型号 图片 半导体工艺 裸晶尺寸 晶体管数目 CPU ISA CPU CPU快取 GPU AI加速器 記憶體技術 發表日期 應用產品 初始作業系統 最終作業系統
M1 APL

1102

Apple M1 processor 5 nm (TSMC) 119 mm2 [106] 160億 ARMv8.6-A 3.2 GHz 八核心
(4× Firestorm + 4× Icestorm)

高效能核心:
L1i: 192 kB
L1d: 128 kB
L2: 12 MB shared

高節能核心:
L1i: 128 kB
L1d: 64 kB
L2: 4 MB shared

七或八核心
(up to 2.6 TFLOPs)
十六核心

(11 TOPS)

64位元雙通道

4266 MHz LPDDR4X

(68.2 GB/s)[107]

2020年11月 macOS Big Sur / iPadOS 14.5 最新
M1 Pro APL

1103

Apple M1 Pro processor 245 mm2 337亿 2021年10月 MacBook Pro (2021 年末) macOS Monterey
M1 Max APL

1104

Apple M1 Max processor 432 mm2 570亿
M1 Ultra APL

1105

Apple M1 Ultra processor 864 mm2 1140亿 3.23 GHz 20 核 (16x Firestorm) + 2.064 GHz (4x Icestorm) 32核心

(22 TOPS)

LPDDR5 -6400

八通道

128 位

(1024位)

@ 3200 MHz (819.2 GB/s)

2022年3月 Mac Studio (2022 年初) macOS Monterey

其他[编辑]

型号 图片 發表日期 CPU ISA 規格 用途 應用產品 操作系统
339S0196 339S0196 microcontroller 2011年3月 Arm 256 MB RAM Lightning轉換HDMI Apple Digital AV Adapter N/A

参考文献[编辑]

  1. ^ Warren, Tom. Apple is switching Macs to its own processors starting later this year. The Verge. 2020-06-22 [2020-06-22]. (原始内容存档于2020-06-22). 
  2. ^ Krol, Jacob. Here's what Apple Silicon means for you. CNN Underscored. 2020-06-22 [2020-06-22]. (原始内容存档于2020-06-22) (英语). 
  3. ^ Haslam, Karen. Apple Silicon MacBook release date, price & specs for first ARM Mac. Macworld UK. 2020-09-02 [2020-09-18]. (原始内容存档于2020-09-16) (英语). 
  4. ^ Apple unleashes M1. [2020-11-14]. (原始内容存档于2021-01-03). 
  5. ^ iPhone X Specs - Apple. [2017-09-16]. (原始内容存档于2017-11-08). 
  6. ^ iPhone XS Specs - Apple. [2018-09-13]. (原始内容存档于2018-11-06). 
  7. ^ 7.0 7.1 Shimpi, Anand Lal. The iPhone 3GS Hardware Exposed & Analyzed. AnandTech. June 10, 2009 [September 13, 2013]. (原始内容存档于2017-06-14). 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 引用错误:没有为名为EETimes-A4的参考文献提供内容
  9. ^ Shimpi, Anand Lal; Klug, Brian. Apple iPhone 4S: Thoroughly Reviewed - The Memory Interface. AnandTech. October 31, 2011 [September 15, 2013]. (原始内容存档于2013-11-29). 
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  11. ^ Wiens, Kyle. Apple A4 Teardown. iFixit. Step 20. April 5, 2010 [April 15, 2010]. (原始内容存档于2013-08-10). cIt's quite challenging to identify block-level logic inside a processor, so to identify the GPU we're falling back to software: early benchmarks are showing similar 3D performance to the iPhone, so we're guessing that the iPad uses the same PowerVR SGX 535 GPU. 
  12. ^ 12.0 12.1 引用错误:没有为名为Chipworks-A5的参考文献提供内容
  13. ^ 13.0 13.1 13.2 13.3 Shimpi, Anand Lal. The iPhone 5 Performance Preview. AnandTech. Sep 2012 [October 24, 2012]. (原始内容存档于2012-12-29). 
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