这几年，几乎每一代iPhone诞生之后，苹果都会在CPU、GPU处理器方面带来惊喜，进步之大往往令人难以想象，比如今年的iPhone 6S A9，就率先整合了新一代六核GPU PowerVR GT7600。

CPU方面，苹果对核心数量极为保守，iPhone仍然坚守双核，iPad才进入到三核，但这并不代表苹果不想进步，因为苹果更关注的是架构效率。当然，多核是大势所趋，苹果下一步也会调整战略，甚至考虑六核。

A9处理器已经进步到了第三代64位架构，而且每一代都是苹果自主设计的，已经足以让其他芯片厂商汗颜。

A9处理器

苹果A系列处理器频率变化

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【两种工艺之争：不要在意细节】

它还率先采用了台积电16nm、三星14nm联合制造，但也因此造成了两种芯片之间存在一些差异，一度引发很大争议，不过最终看来都在可控范围内，不同样本会有些许不同但完全可以接受。

台积电、三星两个版本的核心面积截然不同，前者有104.5平方毫米，而后者控制在了96平方毫米，差了约9％。

不过，它们的内部结构是一样的，都有相同的CPU、GPU、内存控制器、协处理器等等，只不过在不同的工艺条件下，具体布局、细节略有差异。

说起核心面积，苹果A系列处理器一直控制在100平方毫米上下，不过随着每一代都升级新工艺，也有明显的起伏波动。45nm A5是近来最大的，达到了122平方毫米；20nm A8则是最小的，只有89平方毫米。20多亿个晶体管的A9其实不大不小。

A9内部结构简图

A9内部结构简图

【A9 CPU架构探寻：进化而非革命】

A9 CPU架构的内部代号为“Twister”。A7上的第一代64位架构叫Cyclone，去年的A8上是Typhoon，属于小幅升级版，不过因为20nn工艺的局限频率只有1.4GHz。

A9按理说应该在架构上有大幅度的改进，同时得益于全新的FinFET工艺频率也大幅提升到了1.85GHz，所以性能提升十分明显，只不过受限于两个核心，多线程性能一般般。

经过这几个月的研究，现在我们终于摸清了A9 CPU的一些基本情况，但也承认只是触到了表面，太多深入的东西几乎没办法获得，不再可能像当初对A6那样知根知底了，甚至不可能达到A7的层次。

好了，还是来看看我们已经知道的吧(注意都是非官方数字)：

最核心的六发射宽度、192指令记录器缓冲都没有变，看来苹果认为这样的64位架构是非常稳妥高效的。

最有趣的是分支预测延迟，从上代的平均16个周期降低到了只有9个，但没有更多架构细节不太好评价。可能是流水线更短了，但至少在分支预测错误的时候，A9的效率大大提高了。

FP/NEON单元、整数单元、载入/存储单元数量都没变，但是性能均得到了提升，包括整数和浮点性能，比如FP32加法(每周期还是三个)的延迟从四个周期缩短到了三个，再结合频率提升就相当于实时延迟从2.9纳秒缩短到了1.6纳秒。

FP32乘法延迟也从五个周期缩短到了四个，因此有能力每周期执行三个FP乘法，因此浮点密集型负载的表现将会大大提高。

整数方面是另一个样子，整数乘法延迟反而从三个周期增加到四个，回到了A7的水平，但还是每周期两个，所以整数乘法性能实际是下降的，可能是高频率的牺牲品。

缓存方面，一级还是64KB数据、64KB指令，而二级从1MB大幅增至3MB，能存储更多数据和指令，但访问时间一般会增大

三级也从4MB翻番至8MB，而且它是CPU、GPU共享的，更大了都有好处，不过苹果的缓存设计有个特点，下一级会完全复制一份上一级的数据，所以实际有效的三级缓存容量其实是6MB。 

惊喜的是，延迟方面也有了大幅度的改进，相比于A8缩短了30-40％，尤其是在1-3MB范围内，A8耗尽了二级缓存，A9却可以维持稳定。

【A9 CPU理论性能测试：完爆A8】

首先祭出SPECint2000，权威的整数性能测试工具，包含12个子项目。

A9相比于A8简直是翻天覆地的提升，最少的一个也有24％，大部分都在70％上下，最高的甚至到了120％。

即便排除450MHz(31％)的频率之差，A9依然能普遍提升40％左右，平均约为30％。

作为对比，A8相比于A7即便算上100MHz的频率提升，性能平均提升幅度也不过大约20％。

接下来转向Geekbencfh 3，先看整数部分：

A9依然有出色的发挥，只不过因为测试方法不同， 幅度没那么大了而已，但也普遍在30-70％，当然排除频率之后就小多了，甚至还有倒退的，符合之前的分析。

再看浮点部分：

至少也有44％，最多超过70％，排除频率之差后依然没有个位数，这与之前对FP32浮点设计变化的分析也是相符的。

再来说说内存带宽，A9首次使用了2GB LPDDR4，相比于A8 LPDDR3理论上带宽翻番，实际上不会那么大但依然很可观：

50-80％的提升，已经很猛了。

【A9 CPU性能实测：傲视群雄】

最后是一些常见的测试项目，iPhone 6S A9几乎横扫天下，就像GPU那样。看似简单的架构优化加频率提升就能带来这么大的变化，实在黑科技。