苹果2nm芯片，深度拆解

自 2026 年秋季以来，苹果公司持续发布新品，包括 iPhone（18 Pro/18 Pro Max/Duo）、Mac（mini/Studio）、Apple Watch（Ultra 4/Series 12）、AirPods 5、Apple TV 4K 和 HomePod mini 2。

随着这些设备发布，苹果A20成为了当中的重点。让我们来对其拆解一下。

图 1展示了 iPhone 18 Pro 的内部电路板以及 A20 Pro 处理器从封装中取出的过程。该电路板配备了众多由苹果公司开发的芯片，不仅包括处理器，还包括电源 IC、“C2”调制解调器芯片、与 C2 配对的收发器、“N2”Wi-Fi 7 网络芯片以及超宽带 (UWB) 芯片。所有通信和数据处理均由苹果公司负责。

A20 Pro 采用 2nm 工艺制造的 SoC（片上系统）和 LPDDR5X 内存，封装在一个芯片内。如图 1右上角所示，封装背面处理器运算单元正上方有焊球和硅电容。封装顶部没有硅电容，但底部有四种类型的硅电容。

图 2显示了去除树脂和焊球后的 A20 Pro 封装。如图 2左侧所示，处理器硅片和存储器硅片在封装内并排排列。如图 2右侧所示，所有硅电容都位于处理器硅片一侧。

图 3显示了移除并分离所有硅片后的 A20 Pro 封装。A20 Pro 封装共包含 14 颗硅芯片。内存芯片由六颗 2GB LPDDR5X 芯片组成，总容量为 12GB。SoC 芯片由一颗 2nm 工艺制造的芯片和七颗不同类型的硅电容组成（尺寸越大，容量越大，效果也越显著）。

图 4展示了苹果公司 2025 年推出的 A19 Pro（台积电 3nm 工艺制造）和 2026 年推出的 A20 Pro 的封装结构差异。A19 Pro 的 SoC 芯片和内存芯片采用垂直堆叠结构，两者均使用 InFO（集成扇出）技术。A20 Pro 的结构则截然不同，其 SoC 芯片和内存芯片排列在同一平面上。

堆叠式布局的优势在于缩小了芯片面积，但同时也存在一些显著的缺点，例如增加芯片厚度和内部散热问题。平面布局虽然增加了芯片面积，但其优势也十分明显，例如缩短了SoC和内存之间的布线长度，以及更容易提升带宽。我们刚刚开始对A20 Pro进行横截面分析。我们计划在适当的时候发布其横截面结构与A19 Pro横截面结构的对比报告。

图 5展示了 A19 Pro 和 A20 Pro 芯片的功能布局。两款芯片的硅面积几乎相同（A19 Pro 为 1.000 平方毫米），A20 Pro 为 1.006 平方毫米（增加了 0.6%），但从 3nm 到 2nm 的微型化效果非常显著。当然，面积的减少部分归功于电路改进和晶体管数量的减少，以及更快晶体管带来的扇出效应的降低，但 2nm 工艺的优势显而易见：即使 GPU 核心数量增加了一个，CPU 核心从 P 核改为 S 核，NPU 的尺寸也增加了一倍，芯片的面积仍然保持不变。

此外，芯片内部布局也发生了显著变化，之前分散在芯片上四个位置的内存接口现在整合到了一个位置。A20 Pro 从核心电路到布局都实现了重大革新。苹果公司不仅对制造工艺进行了重大改进，而且对电路设计也进行了大幅调整，这充分体现了其强大的研发能力。

表 1展示了苹果的第二款自研 5G 调制解调器 C2，它将被安装在 iPhone 18 Pro 中。该调制解调器内部集成了基带处理 SoC 和 DRAM。苹果首次在其自研调制解调器 C1 中亮相是在 2025 年 2 月发布的 iPhone 16e 上。然而，同年 9 月发布的 iPhone 17 系列并没有使用 C1 调制解调器，而是采用了高通的调制解调器。

在iPhone 18 Pro中，部分（美国）机型继续采用高通（Quaocomm）的毫米波调制解调器，而日本机型则全部配备C2调制解调器。C1和C2调制解调器不仅性能不同，芯片面积也不同。具体来说，由于内部电路进行了重大重新设计，C2调制解调器的体积比C1调制解调器小约15%。

图 6将苹果公司首款自主研发的处理器“A4”（2010 年推出）与 2026 年发布的 A20 Pro 进行了比较。图中还包含了与第一代 iPhone“iPhone 2G”中使用的“S5L8900（三星电子采用 90nm 工艺制造）”的比较，但由于这是苹果公司自主研发芯片的比较，因此本文重点关注 A4。

过去16年间，各个方面都取得了创新性的进步。小型化带来了核心数量、比特扩展、内存容量（包括硅内高速缓存、外部存储器带宽、容量和速度）的显著增长，以及封装内硅片面积的大幅增加。虽然这种发展速度可能会有所放缓，但无疑会继续下去。需要注意的是，图6中SoC和DRAM的硅片面积并不代表它们的实际尺寸。