A5

定义

A5是苹果公司设计的一款32位片上系统芯片，是A4处理器的后继型号，由三星电子制造^[1]。芯片把通用计算、图形渲染、图像信号处理等模块集成在同一块晶片上，作为移动终端的主控芯片使用^[1]。它的产品编号为S5L8940（45纳米版本）、S5L8942（32纳米版本）和S5L8947（原生单核32纳米版本），苹果内部的芯片编号写作APL0498^[1]。

在苹果的产品序列中，A5处在A4与A6之间，是苹果首款在iOS设备上使用双核CPU的芯片。它的后继型号为A6，同期还派生出图形性能更强的A5X^[1][2]。

原理

A5的CPU部分为双核ARM Cortex-A9，含高级SIMD（Neon）扩展，一级缓存由32 KB指令缓存与32 KB数据缓存组成，二级缓存容量为1 MB，支持ARMv7-A指令集^[1]。Cortex-A9支持乱序执行，相较前代Cortex-A8的顺序执行方式，在多任务并行时能更充分地利用流水线^[3]。GPU部分为双核PowerVR SGX543MP2，在200 MHz频率下浮点性能约为12.8 GFLOPS^[4]。

内存方面，A5采用双通道32位LPDDR2-800控制器，理论带宽约6.4 GB/s，编号K4P2G324EC的LPDDR2颗粒来自三星与尔必达两家厂商^[4][5]。初代产品使用PoP堆叠封装，把内存叠放在芯片之上，后期为Apple TV设计的版本改为外置内存。芯片还集成了图像信号处理器，可完成人脸检测、白平衡与自动图像稳定等后期处理，并内置Audience的earSmart通话降噪模块^[1]。

与A4固定1 GHz主频不同，A5可以按应用负载调整运行频率，以控制功耗；iPad 2与第一代iPad mini中的A5主频为1 GHz，iPhone 4S与第五代iPod touch中的A5则降频至800 MHz^[1][5]。苹果在iPad 2发布会上的说法是，CPU性能最高为A4的两倍，GPU图形性能最高为A4的九倍，功耗与A4相当^[1]。

flowchart LR

A["CPU: 双核 Cortex-A9\nL2 1 MB"] --> D["片上互连"]

B["GPU: PowerVR SGX543MP2"] --> D

C["图像信号处理器 ISP"] --> D

E["LPDDR2 内存控制器"] --> D

D --> F["显示、摄像头、无线等外设"]

发展历程

2011年3月2日，苹果在发布会上公布iPad 2，A5随之首次公开亮相，产品于同年3月11日上市^[1]。首批A5由三星以45纳米工艺制造，采用9层铜互连加1层多晶硅的结构，核心面积约122平方毫米，高于A4的53平方毫米^[5]。2011年10月推出的iPhone 4S同样采用A5，其主频被设定为800 MHz^[1]。

此后苹果将A5改用三星32纳米高K金属栅极工艺生产，部分iPad 2批次与第一代iPad mini使用该版本，功耗与发热下降，官方给出的续航提升约为16%^[6]。2012年9月发布的第五代iPod touch也搭载了A5^[1]。2013年，苹果为第三代Apple TV推出原生单核版A5（S5L8947），只保留1个CPU核心与双核GPU，芯片封装尺寸由12×12毫米级别的双核版本进一步缩小，核心面积约37.8平方毫米，待机功耗由1.41 W降至0.7 W^[2]。

搭载A5的移动设备最后一次系统更新为2019年7月22日发布的iOS 9.3.6，2016年iOS 10发布后不再获得支持；采用A5的Apple TV则更新至2022年3月14日发布的Apple TV Software 7.9^[1]。按维基百科的记录，A5于2016年10月4日停产^[1]。

应用

A5最主要的使用场景是苹果的移动终端：iPad 2、iPhone 4S、第五代iPod touch与第一代iPad mini均以它作为主控芯片^[1]。在平板与手机上，它承担界面渲染、游戏图形、拍照后的图像处理以及1080p视频解码等任务。iPhone 4S上的A5配合图像信号处理器，支持人脸检测与自动图像稳定等功能^[1]。

在电视盒子方向，第三代Apple TV最初使用屏蔽一个核心的双核A5（S5L8942），后期换用原生单核A5，以更小的芯片面积降低成本并降低整机功耗^[2]。此外，A5的图形架构也被用于同代的A5X，后者把GPU扩展为四核以驱动视网膜屏幕^[7]。

制造层面，A5由三星代工，2012年8月时在三星位于美国得克萨斯州奥斯汀的工厂生产，三星为该厂投入36亿美元，产能几乎全部供苹果芯片使用，后又追加42亿美元用于向28纳米工艺过渡^[1]。

局限

A5为32位架构，CPU核心数量固定为1个或2个，无法通过增加核心来提升性能，这一代设计也决定了它只能运行到iOS 9系列，2016年iOS 10发布后不再获得系统更新^[1]。GPU为双核PowerVR SGX543MP2，图形能力有限，第一代iPad mini没有采用视网膜屏幕即与图形处理能力与功耗的制约有关^[6]。

工艺上，初代A5的45纳米制程与约122平方毫米的核心面积使其成本高于A4，早期估算芯片成本比A4高出约75%，单颗成本约14美元^[3]。原生单核版本虽降低了面积与功耗，但性能并未提升，主要目的是压缩成本^[2]。此外，A5发布初期曾有传闻称其改由台积电代工，但芯片拆解分析显示仍由三星生产，相关说法与实测结果不符^[8]。

参见

• A4处理器 —— A5的前代芯片，采用单核Cortex-A8架构。

• A6 —— A5的后继芯片。

• A5X —— 与A5同代、图形核心更多的衍生型号。

• ARM Cortex-A9 —— A5所采用的CPU微架构。

• PowerVR —— A5图形处理器所属的GPU系列。

• 片上系统 —— A5所属的芯片集成形态。