Actualización: Comunicado emitido a varios medios de comunicación por parte de Apple:

Con el chip A9 diseñado por Apple en tu iPhone 6s o iPhone 6s Plus, consigues el chip para smartphones más avanzado del mundo. Cada chip que vendemos alcanza los estándares más altos para Apple, ofreciendo increíble rendimiento y otorgando gran duración de batería, indiferentemente de la capacidad, color o modelo de iPhone 6s.

Ciertas pruebas de laboratorio que se ejecutan en los procesadores una carga de trabajo continua hasta que la batería se vacía no son representativos del uso del mundo real, pues pasa una cantidad de tiempo no realista con la CPU a máximo rendimiento. Es una forma engañosa de medir la duración de batería en el mundo real. Nuestras pruebas y datos de clientes muestran que la duración de batería del iPhone 6s y iPhone 6s Plus, incluso teniendo en cuenta los diferentes componentes, varía sólo entre 2 y 3% entre modelos.

El debate comienza hace meses, cuando los analistas de la industria de tecnología comienzan a hacerse eco de los dos proveedores de los que Apple dispondrá para fabricar el procesador móviles ARM A9 y A9X. Lo que no se esperaba es que el A9 del iPhone 6s/6s+ fuese también fabricado por ambas compañías, dado que Samsung suele tener mayor capacidad industrial en este menester. Ahora tenemos 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. Conocido el proceso de fabricación FinFET, sabemos que a igualdad de transistores el de Samsung está a FinFET de 14nm y el de TSMC a 16nm.

ChipworksA9

Esta maniobra nos deja puntos muy interesantes. Desde el punto de vista de la industria, Samsung y TSMC tienen un largo historial de disputas a varios niveles técnicos y jurídicos por ser los primeros en conseguir un proceso de fabricación FInFET superior y, por lo tanto, acaparar más demanda en 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 inaudito hasta 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.

iPhone 6S

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.
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, pero MyDrivers 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.

Varios equipos han realizado test con usos más parecidos a la vida real, aunque sin ser pruebas controladas de laboratorio, y encontrados las mismas y evidentes diferencias entre los dos chips:

¿Por qué ocurre esto?

Porque son dos fabricantes diferentes, con dos procesos de fabricación y técnicas industriales diferentes. Implementar un procesador es una tarea muy compleja y el objetivo es que cumplan los requisitos previamente estipulados. Dentro de esos requisitos hay rangos de voltajes para el nivel de reposo absoluto o el de más alto consumo, por poner un ejemplo.

Es imposible que un chip de Samsung y un chip de TSMC puedan tener consistentemente la misma eficiencia en las diferentes frecuencias de reloj y carga del procesamiento que realiza.

Para los aficionados al hardware de PC esto no es ninguna novedad. Incluso en los procesadores Intel, dependiendo de la fecha de fabricación impresa en la caja un procesador puede tener una identificación de voltaje (VID) diferente al que salió de la fabrica la semana anterior. Para los que a través de la BIOS aumentan la frecuencia de bus y multiplicador de los procesadores es algo muy importante ya que si un procesador logra una frecuencia a un voltaje menor la temperatura disipada también lo será y, por ende, el margen de aumento mediante overclock será superior.

Samsung_semiconductor

Para los demás esto nunca ha sido un problema, son márgenes estipulados empleados desde hace muchos años y que no sólo se usan en la industria del semiconductor. No obstante son dos iPhone idénticos y es Apple y la repercusión de cualquier diferencia es algo siempre mediático.

Como lecturas técnicas se pueden observar las diferencias en voltaje nominal y resto de parámetros de cada proceso que afectan a esa diferencia final: el de 14nm de Samsung y el de 16nm de TSMC.

¿Me debería preocupar tener un chip Samsung?

No. Todavía no hay pruebas con un gran número de chips y tandas para saber el impacto de la diferencia en eficiencia de los dos chips. Además los dos son muy eficientes y sólo será apreciable la diferencia en los test. Lo que consume en un smartphone es sobre todo la pantalla y despertar el procesador continuamente con notificaciones y actualizaciones de aplicación en segundo plano.

Tal vez grabando en 4K y jugando los usuarios puedan notar ese extra de batería que el chip de Samsung gasta, pero es algo que entra dentro de las horas de autonomía que marca Apple y un riesgo mediático que seguramente ya sabían que iban a sufrir al contratar a dos fabricantes para su Apple A9 y no poder, porque es físicamente imposible, igualar velocidades, arquitectura y rendimiento si dependes de dos procesos diferentes.

  • Los interesados pueden descargar la aplicación Lirum Device Info de la App Store para comprobarlo. El chip de Samsung tendrá el código N66AP o N71AP y el de TSMC el N66mAP o el N71mAP.