Apple A14 Bionic: el SoC móvil de mayor rendimiento bajo el microscopio

Apple A14 Bionic es el nuevo SoC móvil que la firma de Cupertino ha creado para los iPhone 12. Apple ha demostrado que sin ser una firma especializada en semiconductores, sus diseños no solo compiten con los de Qualcomm y Samsung, sino que los supera en rendimiento generación a generación.

¿Qué hay dentro de este SoC que lo hace tan rápido? ICmasters, una empresa de servicios IP y de ingeniería inversa de semiconductores, ha decidido averiguarlo poniéndolo bajo el foco de un microscopio electrónico de transmisión (TEM) capaz de aumentar un objeto hasta un millón de veces.

Apple A14 Bionic bajo el microscopio

Este chipset es lo más avanzado diseñado hasta ahora por Apple. Seguro que ha tenido que ver que además de motorizar su nueva generación de móviles es que sea la base del A14X, el motor principal de la plataforma Apple Silicon con la que el gigante de Cupertino quiere revolucionar la industria al reemplazar el hardware x86 de Intel que lleva usando en sus ordenadores personales Mac desde que éstos sustituyeron a los Power PC.

El primer apartado técnico a destacar llega de su proceso de fabricación de 5 nanómetros. Es el primer SoC que alcanza este nivel de integración en una producción bajo la responsabilidad de la foundrie TSMC. Bajo una arquitectura licenciada a ARM Holdings la die incluye bastantes componentes, los principales:

• Una CPU de seis núcleos que pueden escalar hasta cotas cercanas a los 3 GHz.
• Una GPU con cuatro núcleos gráficos.
• Chip de seguridad para enclave seguro.
• Un procesador de señales digitales (DSP).
• Una unidad de procesamiento neural de 16 núcleos.
• Otros co-procesadores.

Visto al microscopio, el tamaño de la matriz es de 88 milímetros cuadrados, tremendamente pequeña teniendo en cuenta que incluye 11.800 millones de transistores. Sin embargo, la métrica de densidad no se corresponde con la de TSMC. En lugar de 171,3 millones de transistores por mm2, los ICmasters midieron 134,09 millones de transistores por mm2.

Esta es una gran diferencia, aunque cada diseño es diferente debido a una lógica y un diseño de caché diferentes. Históricamente, los chips de Apple han alcanzado el 90% de la densidad teórica del nodo de proceso en sus procesadores. Esta generación se destaca por perder esa marca en gran medida.

El Apple A14 Bionic tiene una densidad de transistores efectiva del 78% en comparación con la densidad teórica. Hay bastante margen para incluir más transistores si como se sospecha esta matriz será utilizada en el A14X para los Mac.

Otro detalle de este desarrollo llega del menor espacio ocupado por la SRAM. Un SoC móvil típico consistía hasta ahora en un 60% de lógica, un 30% de SRAM y un 10% de componentes analógicos, explican desde TSMC. La tecnología de SRAM apilada en 3D ayudará a aliviar el problema de la densidad y dejará espacio para otros componentes.

En cuanto a los costes, el cálculo realizado por TSMC indica que el precio por transistor no habría disminuido en el paso a N5 desde N7, como sí habría ocurrido desde los anteriores nodos. Está claro que en procesos tecnológicos de fabricación tan avanzados como los 5 nanómetros, el margen es mucho más estrecho en cualquier parámetro.

La imagen al microscopio muestra el detalle de los núcleos de procesamiento. Los dos ‘FireStorm’ de alto rendimiento junto a su caché usan 9,1 mm2, mientras que los otros cuatro núcleos ‘IceStorm’ dedicados a tareas livianas y contención del consumo ocupan 6,44 mm2. El grupo de la GPU y sus cuatro núcleos utilizan aproximadamente 11,65 mm2. Hay una caché unificada que -dicen- ni se puede encontrar al microscopio.

Interesante este Apple A14 Bionic que confirma la capacidad de la firma de Cupertino en el diseño de sus chips y también la de TSMC como productora. El gran resultado de rendimiento en los iPhone 12 apunta que Apple lo puede hacer muy bien cuando lleve la arquitectura ARM a los Mac.