Apple Silicon (ранее Apple Ax) — серия систем на кристалле (СнК, SoC), используемых в компьютерных устройствах компании Apple: мобильных (iPhone, iPad, iPod, Apple Watch), телевизионной приставке Apple TV и компактном компьютере Mac mini. В этих системах используются микропроцессорные ядра с архитектурой ARM. Старший вице-президент Apple Inc по аппаратным технологиям Джони Сруджи с 2008 года возглавляет разработку и проектирование микропроцессоров серии Apple Ax[1].

Apple A4

Основная статья: Apple A4

Apple A4 является микросборкой типа package on package (PoP), разработанной Apple и производящейся компанией Samsung[2]. В основе чипа лежит микропроцессорное ядро общего назначения ARM Cortex-A8[3] и графический сопроцессор PowerVR[4]. A4 был представлен публике в 2010 году как основной процессор планшетного компьютера Apple iPad[5]; позже также был использован в смартфоне iPhone 4[6], четвёртом поколении музыкальных плееров iPod Touch и во втором поколении Apple TV. Во втором поколении планшетов iPad, выпущенных в следующем году, чип был заменен на Apple A5.

Первая версия работала на частоте 1 ГГц (в iPad) и содержала ядро ARM Cortex-A8 вместе с GPU PowerVR SGX 535[5][7][8][9], изготовлялась на 45-нм техпроцессе Samsung[10]. При установке в iPhone 4 и iPod Touch (четвертого поколения) тактовая частота была снижена до 800 МГц; тактовая частота чипа, использованного в Apple TV не уточнялась.

Считается, что производительность ядра Cortex-A8, примененного в A4, была увеличена компанией Intrinsity (которая в апреле 2010 года была приобретена Apple за 120 миллионов долларов США)[11][12] в сотрудничестве с Samsung[13]. Полученное ядро, названное «Samsung Hummingbird», может работать на значительно более высоких тактовых частотах, чем другие реализации Cortex-A8, оставаясь при этом полностью совместимым[14]. Среди других улучшений стоит отметить увеличенный кэш L2. Такое же ядро Cortex-A8 использовалось в СнК Samsung S5PC110A01[15][16]. Видеоускоритель SGX535 в A4 потенциально может обрабатывать 35 миллионов полигонов в секунду и 500 миллионов пикселей в секунду[17].

Кристалл процессора A4 не содержит оперативной памяти, но может использоваться в микросборках PoP. В iPad и iPod Touch 4го поколения[18] и в Apple TV[19] 2го поколения на процессор установлено два кристалла памяти DDR SDRAM с малым энергопотреблением объёмом в 128 мегабайт каждый (256 мегабайт всего). В iPhone 4 использовалось два кристалла по 256 МБ (всего 512 МБ)[20][21][22]. Оперативная память подключалась к процессору по 64-разрядной шине ARM AMBA 3 AXI. Новая шина имеет в два раза большую ширину, чем шины, использовавшиеся ранее в основанных на ARM 11 и ARM 9 устройствах Apple. Это потребовалось из-за более высоких требований графики в iPad[23].

Apple A5

Основная статья: Apple A5

Apple A5 представляет собой микросборку package on package (PoP), разработанную Apple и производимую Samsung[24]. Процессор был представлен как часть планшетного компьютера iPad 2 в марте 2011 года[25], а затем смартфона iPhone 4S. (Последовательность обновлений совпала с таковой для A4: сначала в iPad, затем в iPhone 4 и потом в iPod touch[26]).

Процессор A5 содержит два ядра ARM Cortex-A9[27] с поддержкой SIMD-расширений NEON, и двухъядерный графический ускоритель PowerVR SGX543MP2, с производительностью 70-80 миллионов полигонов в секунду и темпом заливки пикселей в 2 миллиарда в секунду. Apple указала тактовую частоту A5 в 1 ГГц на странице технических спецификаций iPad 2[28], хотя возможная динамическая подстройка частоты для экономии заряда батареи[27][29]. Процессор, использованный в iPhone 4S работает на частоте 800 МГц.

Apple объявила, что процессор A5 в два раза более производителен чем A4, и что встроенный графический ускоритель имеет до 9 раз более высокую производительность. Микросборка A5 содержит 512 мегабайт оперативной памяти LPDDR2.[30] Стоимость процессоров A5 на момент начала производства оценивается на 75 % выше стоимости A4[31].

Изначально производился по техпроцессу 45 нм (модель S5L8940). Объявленные 7 марта 2012 года Apple TV третьего поколения и обновленная версия iPad 2 (обозначаемая iPad2,4) содержат более новую 32 нм модель процессора A5. Одно из ядер чипа отключено в Apple TV[32][33]. На корпусе процессора имеется метка APL2498, в программном обеспечении чип имеет обозначение S5L8942. Вариант на 32 нм позволяет на 15 % дольше использовать веб-браузер, на 30 % дольше играть в 3D игры и примерно на 20 % дольше просматривать видео от одного заряда батареи, по сравнению с 45-нм моделью[34].

Apple A5X

Основная статья: Apple A5X

Apple A5X был анонсирован 7 марта 2012, вместе с 3-м поколением планшетных компьютеров iPad 3. Данная система на кристалле имеет четырёхъядерный графический ускоритель PowerVR SGX543MP4 вместо ранее использовавшегося двухъядерного. Также используется четырёхканальный контроллер оперативной памяти, который предоставляет пропускную способность до 12.8 ГБ/с, примерно в три раза более высокую чем в A5. Из-за новых ядер графики и каналов памяти кристалл имеет очень большую площадь, 163 mm², что, к примеру, в два раза больше чем у Nvidia Tegra 3[35]. Большую часть площади занимает графический сопроцессор. Тактовые частоты двух ядер ARM Cortex-A9 остались на уровне в 1 ГГц, как и в A5[36]. В отличие от предыдущих процессоров, оперативная память в системах на базе A5X устанавливается в виде отдельных микросхем, а не как часть микросборки PoP[37].

Apple A6

Основная статья: Apple A6

Процессор Apple A6 был анонсирован 12 сентября 2012 года, одновременно с iPhone 5. Он имеет на 22 % меньшую площадь кристалла, в два раза более быстрый графический ускоритель и потребляет меньше энергии, чем 45-нм Apple A5[38].

Процессор использует модифицированный набор команд ARMv7s[39], и это означает, что процессорное ядро является не лицензируемым ядром ARM, а собственной разработкой, сходной с ARM Cortex; аналогичные ядра проектирует Qualcomm (СнК Snapdragon, ядро Krait). Поддержка расширений VFPv4 позволяет предположить что процессорное ядро относится к классу Cortex-A15. Графический ускоритель — трёхъядерный PowerVR SGX543MP3 на частоте 266 МГц.

Apple A6X

Основная статья: Apple A6X

Процессор Apple A6X был представлен в октябре 2012 года, вместе с iPad 4. Он имеет два ядра Swift, как и A6, но, в отличие от него работает на более высоких тактовых частотах — до 1,4 ГГц и имеет 4-ядерный графический ускоритель модели PowerVR SGX554MP4[40].

Apple A7

Основная статья: Apple A7

Процессор Apple A7 был представлен 10 сентября 2013, вместе с iPhone 5S и является первым 64-битным мобильным процессором на ARM архитектуре. Система команд ARMv8.

Apple A8

Основная статья: Apple A8

Процессор Apple A8 был представлен 9 сентября 2014, вместе с iPhone 6 и является очередным 64-битным мобильным процессором на ARM архитектуре. Система команд ARMv8.

Apple A8X

Основная статья: Apple A8X

Процессор Apple A8X был представлен 16 октября 2014 года, вместе с iPad Air 2[41][42]. Система команд — ARMv8.

Apple A9

Основная статья: Apple A9

Процессор Apple A9 был представлен в сентябре 2015 года вместе с iPhone 6s/iPhone 6s Plus. Позже использовался в iPad (5-го поколения) и iPhone SE. Производился в двух вариантах — по техпроцессу 14 нм FinFET Samsung и 16 нм FinFET TSMC[43]. Содержит 2 процессорных ядра с 64-битной архитектурой ARMv8-A, микроархитектурой Twister.

Apple A9X

Основная статья: Apple A9X

Процессор Apple A9X был представлен в ноябре 2015 года вместе с iPad Pro c 12,9-дюймовым экраном[44].

Содержит 2 процессорных ядра с 64-битной архитектурой ARMv8-A, микроархитектурой Twister.

Apple A10

Основная статья: Apple A10

Процессор Apple A10 был представлен 7 сентября 2016 года вместе с iPhone 7/iPhone 7 Plus. Также позже начал использоваться в iPad (6-го поколения) и iPad (7-го поколения). В нём используется 4 процессорных ядра, два из которых являются высокопроизводительными, другие два — энергоэффективными. Содержит порядка 3.3 млрд транзисторов[45].

Apple A10X

Основная статья: Apple A10X

Apple A11

Основная статья: Apple A11

Процессор Apple A11 был представлен 12 сентября 2017 вместе с iPhone 8, iPhone 8 Plus и iPhone X.

Содержит 6 вычислительных ядер, из которых 2 ядра являются производительными, а 4 — энергоэффективными. Используется 4,3 млрд транзисторов, изготовленных на 10нм техпроцессе FinFET от TSMC.

Впервые используется встроенная графика собственного производства (вместо решений от PowerVR).

Apple A12

Основная статья: Apple A12

Процессор Apple A12 был представлен 13 сентября 2018 вместе с iPhone XS, iPhone XS Max и iPhone XR.

Содержит 6 вычислительных ядер, из которых 2 ядра являются производительными, а 4 — энергоэффективными. Используется 6,9 млрд транзисторов, изготовленных на 7-нм техпроцессе от TSMC.

Apple A12X

Основная статья: Apple A12X

Процессор Apple A12X был представлен 30 октября 2018, вместе с iPad Pro третьего поколения.

Содержит 8 вычислительных ядер, из которых 4 ядра являются производительными и 4 — энергоэффективными. Используется 10 млрд транзисторов[46], изготовленных на 7нм техпроцессе от TSMC.

Apple A12Z

Основная статья: Apple A12Z

8-ядерный ARM-микропроцессор 2018 года, применяется в iPad Pro (2020) и в ARM Mac mini DTK[47].

Apple A13

Основная статья: Apple A13

Apple A13 Bionic — модель осени 2019 года, 6-ядерный процессор ARM, использует 2-й вариант 7-нанометрового техпроцесса TSMC. Содержит 8,5 млрд транзисторов.

Список процессоров Apple Ax

Название Модель Изображение Техпроцесс Площадь кристалла Набор инструкций CPU Кеш процессора GPU Технология памяти Представлен Используется в устройствах
A4 APL0398 Apple A4 Chip.jpg 45 нм
53,3 мм² ARMv7 0,8—1,0 ГГц, одно ядро ARM Cortex-A8 L1 32+32 КБ

L2: 512 КБ

PowerVR SGX535, 200—250 МГц (1,6—3,2 GFLOPS[48])[49] 32-разрядная двухканальная LPDDR, 200 МГц (3,2 ГБ/с) март 2010
A5 APL0498 Apple A5 Chip.jpg 45 нм
122,2 мм² 0,8—1,0 ГГц, два ядра ARM Cortex-A9 L1: 32+32 КБ

L2: 1 МБ[50]

PowerVR SGX543MP2, два ядра, 200—250 МГц (12,8—16 GFLOPS[48])[49] 32-разрядная двухканальная LPDDR2, 400 МГц (6,4 ГБ/с) март 2011
APL2498 Apple-A5-APL2498.jpg 32 нм HKMG
69,6 мм² 0,8—1,0 ГГц, два ядра ARM Cortex-A9 (одно ядро отключено в Apple TV) PowerVR SGX543MP2, два ядра, 200—250 МГц (12,8—16 GFLOPS[48])[49] 32-разрядная двухканальная LPDDR2, 400 МГц (6,4 ГБ/с) март 2012
A5X APL5498 Apple A5X Chip.jpg 45 нм 165 мм²[35] 1,0 ГГц, два ядра ARM Cortex-A9 PowerVR SGX543MP4, 4 ядра, 250 МГц (32 GFLOPS[48])[49] 32-разрядная четырёхканальная LPDDR2, 400 МГц[51] (12,8 ГБ/с) март 2012
  • iPad (3-е поколение)
A6 APL0598 Apple A6 Chip.jpg 32 нм HKMG[52]
96,7 мм²[52] ARMv7s 1,3 ГГц[53], два ядра Apple Swift[39] PowerVR SGX543MP3, три ядра, 266 МГц (25,5 GFLOPS[48])[54] 32-разрядная двухканальная LPDDR2, 533 МГц[55] (более 8,5 ГБ/с) сентябрь 2012
A6X APL5598 Apple A6X chip.jpg 32 нм HKMG[56] 123 мм²[56] 1,4 ГГц[40], два ядра Apple Swift[57] PowerVR SGX554MP4, 4 ядра, более 280 МГц (76,8 GFLOPS[48])[40] 32-разрядная четырёхканальная LPDDR2[56] октябрь 2012
A7 APL0698 Apple A7 chip.jpg 28 нм HKMG[58] 102 мм² ARMv8 (64bit) 1,3 ГГц[59]; 2 ядра Cyclone[60] L1 64+64 КБ

L2 1 МБ[61]

PowerVR G6430[62], 4 ядра 64-разрядная LPDDR3, один канал[60] сентябрь 2013
A8 APL1011[63][64] Apple A8 system-on-a-chip.jpg 20 нм[65] TSMC 89 мм²[65] ARMv8-A (64bit) 1.4 ГГц (?), два ядра[65] PowerVR GX6450, 4 ядра 1 ГБ LPDDR3[63][64] сентябрь 2014
A8X APL1012 Apple A8X system-on-a-chip.jpg 20 нм TSMC 1.5 ГГц, три ядра PowerVR Series 6 GXA6850, 8 ядер[67] 2 ГБ LPDDR3[68] октябрь 2014
A9 APL0898 (Samsung) AppleA9.jpg 14 нм FinFET (Samsung) 96 мм2[69] 1.8 ГГц, два ядра PowerVR GT7600, 6 ядер (450 MHz) 172.8 GFLOPS 64-разрядная одноканальная
1600 МГц LPDDR4-3200
сентябрь 2015
APL1022 (TSMC)[69] Apple A9 APL1022.jpg 16 нм FinFET (TSMC)[69] 104.5 мм2[69]
A9X APL1021 Apple A9X.jpg 16 нм FinFET[70] 147 мм2[70] два ядра[70], 2.26 ГГц PowerVR GT7800+, 12 ядер (450 MHz) 345.6 GFLOPS 64-разрядная двухканальная
1600 МГц LPDDR4-3200
сентябрь 2015
A10 Fusion APL1W24 Apple A10 Fusion APL1W24.jpg 16 нм FinFET (TSMC)[71] 125 мм2[71] 2.34 ГГц
4 ядра (2x Hurricane + 2x Zephyr cores)[72]
L1i: 64 KB
L1d: 64 KB
L2: 3 MB
L3: 4 MB
PowerVR GT7600 Plus (6 ядер)[73][74] @ > 650 MHz (> 250 GFLOPS) 64-разрядная одноканальная
1600 МГц LPDDR4
сентябрь 2016
A10X Fusion APL1071[75] Apple A10X Fusion.jpg 10 нм FinFET (TSMC)[76][77] 96.4 мм2 2.36 ГГц
6 ядер (3x Hurricane + 3x Zephyr cores)[78]
L1i: 64 KB
L1d: 64 KB
L2: 8 MB
L3: none[78]
PowerVR GT7600 Plus (12 ядер) 64-разрядная двухканальная[78] 1600 МГц LPDDR4[75] июнь 2017
A11 Bionic APL1W72 Apple A11.jpg 10 нм FinFET (TSMC)[79] 87.66 мм2[80] ARMv8.2-A[81] (64bit) 2.40 ГГц
6 ядер (2x Monsoon + 4x Mistral cores)
L1i: 32 KB[82]
L1d: 32 KB
L2: 8 MB
L3: none
Apple Custom GPU (3 ядра) 64-разрядная одноканальная
2133 МГц LPDDR4X
сентябрь 2017
A12 Bionic APL1W81 Apple A12.jpg 7 нм FinFET (TSMC)[83] 83.27 mm2[84] ARMv8.3-A[85] (64bit) 2.49 ГГц
6 ядер (2x Monsoon + 4x Mistral cores)
L1: 256 KB
L2: 8 MB[86]
Apple Custom GPU (4 ядра) 64-разрядная одноканальная
2133 МГц LPDDR4X
сентябрь 2018
Apple A12X Bionic APL1 Apple A12X.jpg 7 нм FinFET (TSMC) 2.49 ГГц
8 ядер (4x Vortex + 4x Tempest)
L1: 256 KB
L2: ? MB
Apple Custom GPU (7 ядер)[46] 64-разрядная двухканальная
2133 МГц LPDDR4X
октябрь 2018
Apple A13 Bionic APL2 Apple A13 Bionic.jpg 7 нм FinFET (TSMC) 2-го поколения 98,48 мм2[87] ARMv8.3-A

(64bit)

2.66 ГГц

6 ядер (2x Lightning + 4x Thunder)[88]

L1: 256 KB

L2: 8 MB

Apple Custom GPU (4 ядра) 64- разрядная двухканальная 2499 МГц LPDDR4X сентябрь 2019