三星真冤:A9芯片表现不一都怪苹果自己

前阵子苹果iPhone 6S/Plus续航力表现与温度落差都被归咎于三星的工艺技术问题，但事实上似乎不是如此。

工艺是影响芯片性能与功耗表现的重要因素，对苹果最新版本的iPhone 6S而言，似乎重要性要更高。

我们都知道，新版iPhone的A9芯片分别以台积电的16nm与三星电子14nm制造。在部分用户发现利用Geekbench这套测速程序在非常高压的测试情境之下，使用不同来源芯片的iPhone有着截然不同的表现，使用台积电16nm工艺A9的iPhone电池寿命明显比使用三星电子14nm工艺的A9要来得长，同时温度也要更低。

所以三星电子的14nm工艺远比台积电的16nm工艺糟糕?这结论，可能下的太早了。

根据Chipworks的芯片解析，三星确定使用较早的14nm LPE(low-power early)工艺，而台积电则是有很大的机率使用其最新的16nm FinFET+。

我们相当清楚，16nm FinFET+是台积电为了对抗三星在14nm工艺的功耗与面积优势而紧急提出来的方案，取代原本在性能与面积偏弱势的16nm FinFET，由于只是工艺部分的小调整，既有的芯片设计很容易就可以从16nm FinFET升级到16nm FinFET+，当然，如果是像海思这类客户已经开光罩投产，要用FinFET+可能还是要重新投片。

三星也提出14nm LPP(low-power plus)反制，在性能与功耗上都会比原本的LPE更好。

目前三星电子14nm LPP还未正式量产，最快导入该工艺的将是高通骁龙820及自家的Exynos M1，投产时间预计在2015年第四季。

从Chopworks的解析中可以发现，三星14nm LPE工艺在芯片面积方面要比台积电的16nm更小，当然，这也符合业界的预期以及台积电之前在法说会的说法。在面积上大约有10%的落差，这会许也是苹果会选择三星电子作为A9的主要代工伙伴的原因之一。

目前三星电子和台积电在14nm与16nm之间的晶圆报价差距约在3成，如果加上面积的差异，且不计算良率的话，那么单位芯片的成本差距可能就会达到约4成，面对这么庞大的成本差距，即便二者在工艺性能上有差距，苹果会如何取舍其实不言可喻。

当然16nm FinFET+的确有其性能优势，但不同工艺的A9在CPU的性能极端测试表现落差如此之大，真的只是单纯工艺的因素吗?

我们可以看看更多的测试细节，可以发现如果是测试GPU高负载运算，二者在功耗表现方面其实差距微乎其微，如果单纯只是因为工艺的因素，不会CPU落差这么大，GPU却几乎没有落差。

另外，在多数情况之下，基于不同工艺A9的手机在性能与功耗上其实没有太大的不同，因此我们可以大胆推论CPU部分的设计可能出了问题。

从Chipworks的芯片照片也可以发现，不同工艺的A9在芯片布局方面也不一样，当然，这是因为三星和台积电在周边的IP方案也不同，必须根据不同的工艺设计与优化，但是不是因为这些搭配的差别，使得芯片上的布局出了问题，才是导致CPU在功耗方面落差如此大的元凶?

在极端情况之下的CPU负载测试虽然对于芯片体质是一大考验，但对于判断芯片的日常应用体验其实一点帮助也没有，跑3D游戏，大部分的功耗落在GPU上，看网页与传输数据，基频与Wi-Fi芯片功耗也要考虑进来，甚至屏幕也是功耗大户。

另外，所有ARM架构高端处理器在高压负载之下，温度要是上升到一定程度就会强制降频，换句话说CPU的高压负载测试情况下，从满电到没电，应该有99%的时间都是在6成，甚至一半的频率限制下运作，加上整个系统也有功耗预算限制，某些评论说三星电子工艺耗电的问题可能是因为比较不耐高频运作，其实也无法反映CPU高压测试的结果。

三星自己的14nm LPE工艺方案Exynos 7420早期曾有因为工艺质量不稳定，导致不同批次在CPU电压的需求有落差，因而功耗与温度，甚至性能不同的问题发生，但从不同工艺A9的CPU高压测试观察，所有基于三星电子14nm LPP工艺的A9在电池寿命和温度都有一致的结果，并没有表现特别好、或者是接近台积电版本测试结果的状况，所以也可以排除可能是工艺质量不稳定的推论，也证明三星电子14nm LPE虽然弱于台积电，但质量应该算稳定。毕竟客户是苹果，他们可不会接受质量落差太大的状况。

另外，传闻苹果也要为了功耗落差的问题重新修改在三星电子投产的A9，如果该传闻为真，也等同苹果承认是自己设计的问题，加上三星电子在这阵风波中完全不吭声，更可能落实了以上的推论。