Inleiding
Het uit elkaar halen van processors zoals de A4 gebeurt meestal achter gesloten deuren bij slechts een handvol bedrijven. Deze wereldwijde reverse-engineeringfirma's vormen de onderzoeksafdeling van de elektronica-markt; rechercheurs die onderzoek doen voor mensen die willen weten wie welke circuits maakt, en welk productieproces ze daarvoor gebruiken. Zij zijn degenen die diep in processors, audiocontrollers en elk ander onderdeel dat je in een mobiele telefoon of iPad vindt, duiken om laag voor laag de exacte samenstelling van elk pakket te achterhalen.
We zijn een samenwerking aangegaan met het beste bedrijf in de wereld van semigeleider-reverse-engineering, Chipworks, om je een beter beeld te geven van hoe de demontage van semigeleiders wordt uitgevoerd, en om een kijkje te nemen in de chips van de iPad. De technici bij Chipworks zijn een geweldige groep mensen die net zo geïnteresseerd zijn in de elektronica van vandaag als wij.
Hun analyse van de pakketten van de iPad zal je een beter inzicht geven in hoe de nieuwe tablet echt werkt—op bijna moleculair niveau.
-
-
-
De A4-microprocessor van Apple is het brein van de iPad.
-
De A4 is een ARM-processor met een 'package-on-package'-constructie om de snelheid en efficiëntie van interne processen te verbeteren.
-
Op de silkscreen van de A4 staat N26CGM0T APL0398 339S0084 YNL215X0. Maar dat is niet erg interessant—die nummers zeggen ons ook niet veel. Laten we kijken wat we binnenin kunnen vinden.
Vraag FixBot
-
-
-
Toen de originele iPhone uitkwam, werkten we samen met enkele vrienden uit Silicon Valley om de processor te ontleden. De apparatuur die we gebruikten was lang niet zo geavanceerd als die van Chipworks, maar het klaarde de klus.
-
Dit is een siliciumwafer. Elk klein vierkantje is een chip, een 'die' genoemd. De processor-die in de A4 is 7,3 mm aan elke zijde, voor een totale oppervlakte van 53 vierkante millimeter. Het percentage werkende dies dat je uit een wafer als deze kunt halen, wordt de opbrengst genoemd.
-
De A4 is eigenlijk veel meer dan alleen een processor—het is een Package on Package, of PoP. Sterker nog, er zitten drie silicium-dies in de A4!
-
-
-
Onze illustere leider bereidt zich voor om een cleanroom binnen te gaan voor wat silicium-chirurgie aan de originele iPhone.
-
-
-
Je moet eerst de processor van de printplaat verwijderen voordat je hem uit elkaar haalt.
-
Er zijn slechts twee manieren om een processor van een printplaat te verwijderen: extreme kracht en extreme hitte. Raad eens welke aanpak we hebben gebruikt?
-
-
-
Snijd vervolgens de processor doormidden om een foto van de dwarsdoorsnede te maken.
-
Lintzagen zijn hier veel te grof voor; we slijpen daarom langzaam door de processor heen en verwijderen telkens zeer kleine hoeveelheden materiaal.
-
Je begrijpt nu waarom het lastig kan zijn om een duidelijke, solide foto van de dwarsdoorsnede van een behuizing te maken. De processor is in feite een van de grotere behuizingen in de iPhone, en nog steeds erg lastig om te hanteren. Stel je voor dat je dit probeert te doen met een behuizing die een tiende van dat formaat is.
-
-
-
Wat is een package precies? Je kijkt er nu naar.
-
Dit is een dwarsdoorsnede van de ARM-processor + RAM-package van de iPhone. Klik hier om het in zijn volledige glorie van 2854x313 te bekijken.
-
De processor zelf is de rechthoek in het midden. De zilveren cirkels eronder zijn soldeerbolletjes.
-
De twee rechthoeken boven de processor zijn RAM-dies. Ze zijn versprongen ten opzichte van elkaar om ruimte te maken voor de wirebonds, die je op deze opname niet kunt zien.
-
Doordat het RAM-geheugen zich zo dicht bij de processor bevindt, wordt de latentie verminderd (waardoor RAM-toegang sneller gaat) en het stroomverbruik verlaagd, waardoor je batterij langer meegaat.
-
-
-
Dit is de werkbank van onze vriend. We zijn ook enorme fans van Weller.
-
Dit zijn de soorten gereedschappen waar MacGyver trots op zou zijn... Hoewel we vermoeden dat hij aan een paperclip en twee stroken ducttape genoeg zou hebben om de processor uit elkaar te halen.
-
-
-
Dit is een typische cleanroom. Gewone mensen—mensen die misschien zelfs bij dezelfde supermarkt als jij winkelen—trekken elke dag beschermende kleding aan en gaan aan het werk in ruimtes zoals deze. Het is absoluut noodzakelijk om stof, pluisjes en haar weg te houden bij het werk dat verricht wordt.
-
Gereedschap van het vak:
-
Scanning-elektronenmicroscopen
-
Röntgenapparaten met hoge resolutie
-
Echt grote vergrootglazen en microscopen
-
Een aantal andere gadgets die je misschien zou tegenkomen in het laboratorium van Q
-
-
-
Chipworks is gevestigd in Ottawa, Ontario. Het wordt daar zo koud dat je banden kunnen barsten als je niet voorzichtig bent.
-
De apparatuur bij Chipworks is heel anders dan wat je in de meeste faciliteiten voor semigeleiders aantreft. Elke machine die ze hebben bestaat met één doel voor ogen: ontdekken wat er in de allernieuwste chips zit.
-
-
-
Microscoopanalyse, zowel optisch als SEM. Geen van beide is bepaald het type apparaat dat je in een gemiddeld biologielab op de community college tegenkomt.
-
Precisie is essentieel in deze branche, en Chipworks staat bekend om zijn grote precisie.
-
-
-
-
Een scan-elektronenmicroscoop (SEM) in actie. Dit zijn slechts enkele van de trucs die Chipworks achter de hand heeft. De SEM is in staat om honderden keren meer detail te zien dan een optische microscoop.
-
-
-
Het slijpen van een behuizing. Het is cruciaal om het onderdeel tijdens het slijpen vlak te houden.
-
Dit proces is ongelooflijk secuur werk. Het is eigenlijk een kunst om precies tot het juiste punt te slijpen voor de foto, terwijl het oppervlak perfect vlak blijft.
-
Wij (bij iFixit) zijn hier erg slecht in. Daarom hebben we onze iPad naar Chipworks gestuurd.
-
-
-
De volgende stap is het verwijderen van de buitenverpakking.
-
Theetijd? Nee, gewoon tijd voor een lekker zuurbad.
-
Door de processor in zuur te dopen, lost de keramische verpakking op die het silicium bevat. Het is van cruciaal belang om de juiste zuurconcentratie voor het type keramische verpakking te gebruiken.
-
Zo nu en dan levert het bekijken van een die een leuke verrassing op die door de fabrikanten verborgen was. Helaas werd Milhouse niet gevonden in de iPad. Maar hij werd onlangs ontdekt in een chip van Silicon Image!
-
-
-
Goed, nu weet je hoe we het gedaan hebben. Maar hoe ziet de A4 er van binnen uit?
-
Foto's van de boven- en onderkant van de A4-chip.
-
Die kleine stipjes die je aan de onderkant ziet, zijn soldeerbolletjes waarmee de processor aan het logic board is bevestigd. Ze transporteren alle stroom, aarding en gegevens van en naar de processor en het board.
-
-
-
Voordat ze hem uit elkaar haalden, maakte Chipworks een röntgenfoto van de A4-processor om een beeld te krijgen van hoe de interne componenten zijn geplaatst.
-
Als je goed kijkt, zie je honderden draadachtige verbindingen (wirebonds) die elektronische signalen tussen de dies overbrengen.
-
De A4 heeft drie lagen: twee lagen RAM (Samsung K4X1G323PE) en één laag met de eigenlijke microprocessor.
-
Deze Package-on-Package-constructie geeft Apple de flexibiliteit om het RAM-geheugen bij elke gewenste fabrikant in te kopen; ze zitten niet vast aan Samsung.
-
-
-
Hier zijn twee zijdelingse röntgenfoto's van de A4-processor.
-
De donkere stippen langs de binnenkant van de processor zijn soldeerbolletjes die de dies met elkaar verbinden. In de industrie staan deze bekend als Ball Grid Arrays (of BGA's).
-
Deze foto's zijn gemaakt op twee brandpuntsafstanden over de breedte van de processor. Het waren snelle opnames, dus onze excuses als ze een beetje onscherp zijn.
-
Het DRAM in de A4 wordt door Samsung gemaakt, dus er komen draadverbindingen van beide kanten—in tegenstelling tot andere DRAM-modules die Chipworks van andere fabrikanten heeft gezien.
-
-
-
Dit is een gestanste metalen 8-laags.
-
Elke iPhone-processor die we hebben ontleed, had een Samsung onderdeelnummer op de processor-die. We hebben geen Samsung-markeringen gevonden op de A4 (buiten het DRAM), misschien wel het duidelijkste teken tot nu toe dat Apple de volledige controle heeft over het ontwerp van de semigeleider.
-
We verwachten geen markeringen te vinden van PA Semi, de recente overname door Apple, maar het is veilig om aan te nemen dat zij een grote rol hebben gespeeld bij het ontwerpen van dit pakket.
-
-
-
Dit is de SDRAM in de A4. Ja, dat is een Samsung-logo. Nee, dat betekent niet dat Samsung de A4 heeft ontworpen—alleen het RAM-geheugen.
-
Samsung's 1 Gb mobiele DDR SDRAM (x2)
-
Het onderdeelnummer op elke chip is K4X1G323PE.
-
Het decoderen van dit onderdeelnummer laat zien dat er 2 Gb aan geheugen in zit. Dit vertaalt zich naar ~128 MB geheugen per chip, voor een totaal van 256 MB.
-
-
-
Nu we de binnenkant hebben gezien, wat kunnen we concluderen?
-
Er is hier niet veel revolutionairs. Sterker nog, de A4 lijkt behoorlijk op de Samsung-processor die Apple in de iPhone gebruikt.
-
Uit zowel de hardware als de software blijkt duidelijk dat dit een single-core processor is, dus het moet de ARM Cortex A8 zijn, en NIET de geruchten multicore A9.
-
Het is vrij uitdagend om logica op blokniveau binnen een processor te identificeren, dus om de GPU te identificeren vallen we terug op software: vroege benchmarks laten vergelijkbare 3D-prestaties zien als de iPhone, dus we vermoeden dat de iPad dezelfde PowerVR SGX 535 GPU gebruikt.
-
De iPad heeft 256 MB RAM, hetzelfde als de iPhone.
-
De A4 is zuinig met stroom. In feite is het stroomverbruik waarschijnlijk de reden waarom Apple de prestaties niet veel heeft verhoogd ten opzichte van de iPhone. Om 10 uur batterijduur te behalen, moet de gehele iPad (inclusief het display) gemiddeld minder dan 2,5 watt verbruiken.
-
Dat was het voor de A4. Laten we naar enkele andere chips in de iPad kijken.
-
-
-
Capacitieve touchscreen-controller.
-
Broadcom BCM5974
-
-
-
Broadcoms I/O-microcontroller met NVM (gebruikt voor touchscreen)
-
Broadcom BCM5973KFBGH HS0951P11 952280 B1
-
Apple 343S0446
-
-
-
De Texas Instruments aanraakscherm-schroevendraaier.
-
CD3240A 01D5AKT G1
-
-
-
Broadcom 802.11a/b/g/n wifi + bluetooth 2.1 + EDR en fm.
-
Broadcom BCM4329XKUBG CD1004 P21
-
-
-
Cirrus Logic-apparaat – vermoedelijke audioprocessor.
-
Apple 338S0589 B0 YFSAB0PY1001
-
-
-
Mux/demux-onderdeel voor DisplayPort- en PCIe-verbindingen.
-
NXP L0614 01 37 ZSD950
-
-
-
Versnellingsmeter (bevestigd door chipmarkeringen van ASIC- en MEMS-component) - STM-LIS331DLH.
-
STMicroelectronics 2949 33DH OK2 CL
-
-
-
Dit is wat we tot nu toe hebben. We zullen meer foto's toevoegen zodra Chipworks meer plaatst.
-
We willen onze vrienden van Chipworks bedanken voor hun uitzonderlijke werk.
-
Vergeet niet om een kijkje te nemen bij onze iPad-demontage voor een volledige uit elkaar halen van het apparaat.
-
-
