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蘋果此A9非彼A9,解開三星和台積電A9耗電差異之謎

這陣子如果你買了iPhone 6S,你應該十分緊張電話裏頭的CPU是那個工廠生產,到底是TSMC(台積電)的「正貨」,還是三星的「次貨」呢?早幾天開始,網上不繼流出兩廠A9的跑分,TSMC的A9比三星省電20%。蘋果急忙出來否認三星是次貨,強調正常使用只差2-3%,更把檢查CPU型號的App下架,讓一般用家無從得知手上CPU的型號。到底真相如何?讓我這個半導體業界的行內人為大家解開謎團吧。

說在前頭,蘋果的官方公佈沒有騙大家,跑分不是正常使用。CPU只是電話中眾多元件之一,還有更加耗電的LCD屏幕和無線通訊。在正常使用下,CPU根本沒有多少時間在全力跑,所以就算CPU多耗電20%,平均計對續航力只有2-3%的影響,的確分別不大,大家不用拿三星A9去Apple Store退貨。不過跑分時耗電量的差異同樣是事實,從Geekbench的跑分數據中,很明顯出現兩組不同的耗電量。同一工廠生產CPU總會有些微性能差異,那是半導體生產過程物理上的變數,但三星的CPU很明顯比TSMC的用電,畢竟兩間廠使用完全不同的技術。此外,CPU運作時電力轉化為熱力,中學物理科學過的能量不滅定律,耗電較多CPU自然會較熱,所以三星機在跑分時比TSMC機高出幾度。

在製作晶片上,三星使用14nm技術,而TSMC則使用16nm技術。一般而言,半導體技術越細,運算速度越快,亦越省電。三星明明比TSMC細兩納米(2nm),有相為證,三星的晶片明明比TSMC的細,為什麼技術低更省電?其實什麼14nm或16nm,只是marketing的命名,很久以前半導體業界說是600nm技術,那組成邏輯單元(gate)的電路的而確是600nm寬。現在不論16nm也好14nm,其實都是同一代技術,在數字比上一代的20nm細便行了。在這一代技術上,Intel的邏輯單元明顯比其他廠的細小,它叫自已做14nm,TSMC有點厚道,知道自已的邏輯單元大一截,不好意思跟著叫14nm,所以叫自已的做16nm。三星其實在偷雞,技術上應該是28nm,之後到20nm,再到14nm。他們跳過了20nm,直接叫自已做14nm,讓外界以為他們在技術追上Intel。不過也不能說三星完全講大話,在20nm和14nm之間,邏輯單元其實是同樣大小,最重要的分別是改用FinFET技術,即外界說邏輯單元結構上從平面轉為3D。FinFET與舊平面技術的差異太技術性,我說了也沒有人聽得明白,總之就是更省電,更高速吧。

這次iPhone 6入面的A9,三星用是14nm第一代的14LPE技術,而TSMC則是用16nm第二代的16FF+技術。在半導體業界中,TSMC的16FF+比三星的14LPE省電20%,基本上是公開的秘密。主要是因為TSMC比三星的leakage做得更好,在電路靜止時電力流失較少,畢竟TSMC在晶片上的絕緣體(substrate)製作上,累積了20nm的設計經驗。三星抄捷徑跳過20nm,到最後始終要交學費的。三星第二代的14LPP技術,應該可以與16FF+看齊,不過量產進度出了問題,所以三星只好用14LPE頂硬上。

雖說理論上16FF+比14LPE省電,但從來沒有辨法可以證實。正常公司同一塊晶片,不可能出現兩個不同版本,因為不合成本效益。不同晶片不能直接比較,因為省電與否,還有很多其他設計因素。晶片製作成本十分昂貴,在電路的計設成本之外,製作一個晶片模(mask)要花幾百萬美元,只能在用一間工廠上生產,轉換工廠因為物資規格不同,晶片模要全新重製。只有蘋果這樣有錢的公司,才會把用一塊晶片做兩次,交給兩間不同工廠去生產。A9可以說是半導體行業中,極觸目的技術比拼,相信很快便有更詳細的測試,把TSMC和三星的技術徹底分析。

這次電池門(batterygate) 危機,蘋果很有可能沒有什麼損傷,畢竟買iPhone的人買的是蘋果品牌,不會關心入面用那間工廠的CPU,而實際使用上亦沒有大分別。只是蘋果本來可以很輕易避開這個危機,A9出貨量大要兩間工廠一起生產才足夠供應,但可以iPhone 6S用TSMC,而電池較大的6S Plus用三星。兩台電話組件有太多不同,不可以拿來跑分直接比較,便不會出現「工貨」和「次貨」的形像問題。蘋果自Steve Job教主去世後,其產品質量控制屢次出現的問題,在以前是絕對不會發生的。雖然蘋果iPhone仍然熱買,它仍然是世上最有錢的公司,但感覺已經完全不同,沒有教主年代的霸氣,反而似十年前剛剛開始盛極而衰的微軟。若果我是財經演員,我會建議大家沽蘋果的股票。不過如果蘋果倒頭來狂升,大家千萬不要找我算帳。說到底,蘋果股票該依科技公司來分析,還是依潮流(fashion)公司來分析呢?

申利:我是Andriod用家,沒持有APPL股票。

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