Las diferencias entre los chips Apple A9 de Samsung y TSMC

Ya desde el verano hubo un pequeño debate entre los analistas de la industria tecnológica, se conocía que Apple dependería de dos fabricantes para que desarrollasen su procesador de aplicaciones móviles ARM A9 y A9X: Samsung y TSMC dos gigantes de la fabricación de semiconductores.

Pero lo que no se esperaba es que el A9 del iPhone 6s/6s+ fuese también fabricado por los dos, dado que Samsung suele tener mayor capacidad industrial en este menester. Dos iPhone 6s idénticos con dos chips diferentes en los que se puede comprobar una diferente numeración del modelo y tamaño para el APL0898 de Samsung y el APL1022 de TSMC.

El grupo Chipworks se encargó de encontrar las diferencias entre los dos chips. El primero, APL0898, tiene un área de 96 milímetros cuadrados y es fabricado por Samsung. El segundo, APL1022 es de 104,5 milímetros cuadrados y fabricado por TSMC. Sabiendo el proceso de fabricación, FinFET, se sabe que a igualdad de transistores el de Samsung está a FinFET de 14nm y el de TSMC a 16nm.

Esta maniobra genera dos puntos muy interesantes. Desde el punto de vista de la industria, Samsung y TSMC tienen un largo historial de disputas a varios niveles (técnico y jurídico) por ser los primeros en conseguir un proceso de fabricación FInFET superior y, por lo tanto, acaparar más demanda por la fabricación de diseños de chips ARM.

Samsung fue el primero en lograr fabricar chips de 14nm a gran nivel con el Exynos 7420 que tan buenos resultados dio en el Galaxy S6 frente a la directa competencia con el Qualcomm Snapdragon 810. En cambio, el primer producto de TSMC de esta generación es el Apple A9 de fabricación FinFET de 16nm, indicando que, por fin, pueden distribuir — fiablemente y a gran nivel — chips de este tipo.

Más importante aún para Apple: este es un movimiento de absoluto poderío. En el pasado — también en el presente, pero más ocasional — era relativamente común depender de varios fabricantes para diseñar el mismo chip, pantalla o pieza. AMD nació por esta necesidad hace muchos años por ejemplo. Pero en los dispositivos móviles, más concreto en los procesadores, es algo inauditohasta donde yo puedo saber, por lo difícil y costoso que es hacerlo.

Tras diseñar el chip tienes que acordar con los dos fabricantes los cómo y los cuándo, requiriendo grandes recursos financieros y de ingeniería por las tres partes. Algo que, en esencia, pocos además de Apple pueden hacer.

El mayor problema es que dos fabricantes diferentes puedan fabricarte un chip lo más idéntico posible y que cumpla con los requisitos exactamente igual. Cada fabricante tiene sus técnicas y pasos a la hora de fabricarlos. El resultado final es que, por muy parecidos y requisitos que cumplan, es imposible que sea exactamente iguales.

En el caso que nos ocupa podemos observar diferencias incluso a nivel físico. Aunque los dos procesos de TSMC y Samsung sean muy parecidos, el chip del segundo es un 8% más pequeño que el primero gracias a una densidad de transistores superior. No obstante, esto no debería ser un problema si los dos llegan a las mismas velocidades, algo que Apple ha comprado y que los benchmarks que ya han podido usarse reportan: misma velocidad y rendimiento.

Pero claro, el problema viene en la eficiencia de los chips, algo mucho más difícil de controlar debido a las diferencias en la fabricación y no es algo que se pueda alterar de la noche a la mañana. Los dos chips han de ser lo más parecidos posible, controlando el voltaje que usa en reposo y a velocidades de reloj altas. Pero estaba claro que habría diferencias, ya que es normal. Ya que no se pueden evitar.

¿Por qué Apple ha decidido invertir más dinero, más recursos en ingeniería y crear posibles problemas contratando a dos fabricantes para desarrollar su Apple A9?

Hay varias posibilidades, aunque sólo puedan ser especulaciones. La primera y más probable es la de no contar exclusivamente en el presente y en el futuro con un sólo fabricante: esto causaría problemas a la larga de volumen y de posibles contratos. Puede ser peligroso para Apple que sólo Samsung pudiese fabricar sus chips. Además teniendo a TSMC también el stock de iPhones puede crecer más rápido y abastecer la creciente demanda año a año que disfrutan los iPhone. Si Apple ha decidido invertir mucho más recursos para hacer esto ha de ser por algo.

Diferencias entre TSMC y Samsung

Los consumidores ya han podido realizar los primeros test. Todo comenzó con este hilo de Reddit donde dos iPhone 6s Plus con diferentes chips fueron comparados por el benchmark de batería Geekbench. Según él y sus capturas de pantalla el chip fabricado por TSMC era más eficiente, otorgando casi 2 horas más de batería en la prueba.

Test de batería. iPhone 6s Plus con chip TSMC a la izquierda, chip Samsung a la derecha.

Se esperaba que los chips de Samsung — al ser de 14nm — fuesen más eficientes. Lo que causó sorpresa, además la diferencia no era tan leve como cabría esperar. Diferencia que, como he recalcado antes, sólo se puede minimizar, no eliminar.

Un sólo usuario realizando un test sintético no es prueba suficiente, peroMyDrivers hizo una serie de test más esclarecedores.

Poniendo los chip a renderizar javascript, con el mismo brillo y ajustes en los dos iPhone, se observó lo siguiente:

• A los 45 minutos el iPhone con el A9 de TSMC (APL1022) contaba con el 89% de batería, el iPhone con el chip de Samsung (APL0898) un 82%.
• A los 75 minutos los resultados eran de 74% para el de TSMC y 59% para el de Samsung.

Aun así, y aunque la diferencia es bastante grande, sólo se está poniendo a prueba el chip en una situación que difícilmente se dan tan continuamente en la vida real y cuyo único parámetro es una CPU trabajando a más del 60% de su capacidad. Un voltaje ligeramente más alto a esa velocidad podría ser el responsable.