【導讀】Apple Watch搭載的是S1芯片，在這款尺寸為 26 毫米×28 毫米的芯片內(nèi)有 30 個獨立的組件，這絕對稱得上“讓人驚嘆”。今天我們一起從更專業(yè)的角度來了解這款芯片。
Apple Watch搭載的是S1芯片，在這款尺寸為 26 毫米×28 毫米的芯片內(nèi)有 30 個獨立的組件，這絕對稱得上“讓人驚嘆”。其中還包括了 NXP 的 NFC 芯片、AMS 的 NFC 信號放大器及Maxin的音頻放大器。今天外媒與我們一起從更專業(yè)的角度來了解這款芯片。目前開發(fā)和銷售智能手表的 OEM 很多都是智能手機廠商，所以我們會看到這些廠商通常都是直接將智能手機的部件“塞到”智能手表里面。
很多Android Wear 手表使用的都是調(diào)制解調(diào)器的高通 Snapdragon 400 芯片。而 A7 芯片從散熱設(shè)計功耗的角度來說是適合智能手表的。Android Wear 手表的電池容量大約為 400 mAh，可續(xù)航 1-2 天，但是對于市場來說這些手表太大，這種時候就需要特別針對智能手表的外形和大小設(shè)計的 SoC 片上系統(tǒng)。
對于 Apple Watch S1 芯片，目前還沒有合適的跑分測試工具，但是從這款設(shè)備的拆解我們可以看到，該 SoC 使用的是三星 28nm LP 制程，使用的只可能是 HKMG 或 poly SiON 柵極結(jié)構(gòu)。選擇不同的結(jié)構(gòu)功率效率也會不同，因為 HKMG 制程的漏泄功率更小。和使用 20/14nm 制程的成本相比，這兩種制程的成本差異并不大，另外參考 TSMC 在 Snapdragon 600 和 800 芯片上從 28LP 制程換成 28HPm 后對電池續(xù)航的影響，基本可以確定蘋果的這款芯片使用的是 HKMG 制程。
我們也已經(jīng)知道二進制文件是為手表的 ARMv7k 處理器進行編譯，可惜目前關(guān)于該指令集架構(gòu)并沒有相關(guān)記錄。watchOS 是在 iOS/Darwin 的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，也就是說為了獲得存儲保護和關(guān)鍵抽象，比如虛擬內(nèi)存，它需要內(nèi)存管理單元MMU，這就排除了使用像 ARMv7m 這樣的 MCU ISA 的可能性，我們猜測蘋果使用的可能是衍生的 ARMv7-A，精簡掉不必要的指令，以減小功率消耗。
至于設(shè)備的 GPU 就不那么神秘了，從出現(xiàn)在 Apple Watch 中的 PowerVR 驅(qū)動器來看，S1使用的可能是 PowerVR Series 5 GPU，具體哪款尚未清楚，有可能是 PowerVR SGX543MP1。不過我更傾向于 PowerVR GX5300，因為它是特別針對穿戴設(shè)備優(yōu)化的 GPU，使用的驅(qū)動器也一樣。但是不管怎樣，在 watchOS 2 到來之前 Apple Watch 都無法原生運行應(yīng)用這一點來看，我們目前能夠深入挖掘的東西很少，而且即使 watchOS 2 發(fā)布，圖形跑分可能還是不好測試。
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接下來我們可以來了解一下 CPU 的分級存儲器體系，對于需要優(yōu)化以確保代碼能有足夠時間和/或空間局部性來保證代碼性能的應(yīng)用來說，這是一項非常重要的信息。
如圖所示， 在 DRAM 28KB 和 64KB 之間有一個非常大的波動變化，因為我們已經(jīng)清除了 L1 數(shù)據(jù)緩存的本地最大值，我們基本可以確定 L1 數(shù)據(jù)緩存大小為32KB，目前市場上很多產(chǎn)品的 L1 數(shù)據(jù)緩存也在 32 和 64KB 之間。而在 224KB 左右的地方再次出現(xiàn)大變化，我們也可以確定 L2 的數(shù)據(jù)緩存為 256KB，和目前大型智能手機 CPU 的 1-2MB 共享緩存相比小了很多，但是和 A5 或者 A7 相比則恰好合適。
Apple Watch 的 CPU 最大頻率是520 MHz。我們接下來看看它的架構(gòu)。在關(guān)于整數(shù)運算這方面，整數(shù)添加延遲是一個循環(huán)，而整數(shù)乘法延遲則是三個循環(huán)。但是因為流水線整數(shù)乘法的吞吐量能輸出一個時鐘周期結(jié)果。同樣的比特移位需要兩個周期來完成，而吞吐只需要一個時鐘周期。乘法和加法交錯吞吐量將只有一半。我們可以猜測這是因為整數(shù)加法 block 和整數(shù)乘法 block 相同，然而這并沒有什么意義，因為從邏輯層面來說，加法和乘法區(qū)別太大了。
從數(shù)據(jù)類型的角度來說，整數(shù)只是一個因素，還有布爾值、字符、字符串和不同大小的整數(shù)，但是說到十進制，應(yīng)用程序仍然使用浮點來編譯。像這款低功率 CPU，浮點通常比整數(shù)慢，因為浮點運算的相關(guān)法則比較復(fù)雜。
如果你打開的網(wǎng)頁的延遲和吞吐時間是針對 Cortex A7 的，你可能猜測它是 Cortex A7，那你可能就猜對了。同時加載存儲意味著這些是 XOR 運算，不能以平行方式執(zhí)行。乘法運算和加法運算也是一樣。雖然 Cortex A7 和 Cortex A5 有相同點，但也不能說明為什么可以每時鐘周期可增加兩次立即值/恒定值和累加寄存器。
從這些數(shù)據(jù)我們可以確定它就是單核 Cortex A7。雖然只是 Cortex A7 但是最大時鐘速度較低，也就是說邏輯設(shè)計上相比性能他更重視功率效率。標準電池可以利用某些技術(shù)和風格，這些技術(shù)實際會影響 2+ GHz 芯片的性能，但是卻非常適合使用在 520 MHz 芯片中、從衡量能源效率與性能的角度來說，Cortex A7 是一個有利于 perf/W（Performance per Watt，每瓦性能）的設(shè)計，因此我認為未來關(guān)鍵的不同點將在于執(zhí)行方法，而不是架構(gòu)。雖然我也希望 Apple Watch 能夠使用更為先進的制程，比如 14LPP/16FF+，但是在 Apple Watch 第二代或者第三代出來之前基本都沒有這種可能。
