Welkom bij het derde deel van Science met iFixit. Deze keer krijgen we een helpende hand van onze vrienden bij Chipworks.

Disclaimer: in deze Demontage zal veel technisch jargon worden gebruikt. We zullen proberen wat we kunnen beknopt uit te leggen, maar verwacht veel links naar het goede oude Wikipedia te zien.

Spring er dus op en doe met ons mee terwijl we uitzoeken waarom de A6 zo verdomd cool is.

Maar eerst wat meer over de apparatuur van Chipworks die dit allemaal mogelijk maakt.

Chipworks heeft een authentieke ionenstraler, liefkozend Ibe genoemd (afkorting voor "ionenstraaletsen").

Ibe wordt gebruikt om lagen van semigeleiders op een gecontroleerde en selectieve manier te verwijderen, met zeer nauwkeurige en vlakke resultaten.

In feite is ionenstraaletsen als het zandstralen van een chip om specifieke lagen te verwijderen. In plaats van zand gebruikt Ibe echter atomen in een ionenstraal om het vuile werk op te knappen.

De huidige semigeleiders zijn opgebouwd uit verschillende materialen, zoals de Apple A6 die is gefabriceerd met het Samsung 32 nm HKMG (High-k diëlektricum, Metal Gate) CMOS-proces, wat dit tot een onmisbaar gereedschap maakt.

tl;dr het is een ionenstraler.

Een lid van het ontwikkelingsteam van Chipworks stelt parameters in op de Ibe voor het verwijderen van de diëlektrica op een chip met een geavanceerde node (zoals de A6), waar maximaal 9 koperlagen en 1 aluminiumlaag aanwezig kunnen zijn, evenals polysilicium- en substraatlagen.

Onlangs heeft Chipworks een uitbreiding van hun de-layering-lab voltooid, waarbij diverse extra natte werktafels, afzuigkappen en polijststations zijn toegevoegd.

Dopingprofielen voor semigeleiders zijn uiterst belangrijk om te begrijpen hoe de geavanceerde apparaten van tegenwoordig presteren en zijn geconstrueerd.

Chipworks heeft onlangs een nieuwe scanning capaciteitsmicroscoop met een hogere resolutie aangeschaft. Met deze nieuwe SCM kunnen ze de dopingprofielen van NMOS- en PMOS-apparaten in de A6 onderzoeken, evenals begrijpen hoe de fotokathodes in de 8-megapixel iSight-camera zijn gedoteerd.

Wetenschap!

Proces- en ontwikkelingstechnici onderzoeken de resultaten na het voorbereiden van de A6 voor verwerking. Tussentijdse beelden via optische microscopen bieden de technici de nodige feedback om aanpassingen in de daaropvolgende verwerking fijn af te stellen en zo de resultaten te maximaliseren.

Vervolgens raakt Chipworks microscopisch vertrouwd met de camera achteraan. Wij (samen met vrijwel iedereen) willen over het algemeen weten wie de iSight-camera produceert, en die informatie zit diep verborgen in het binnenste van de camera.

Verschillende taken vereisen verschillende gereedschappen. Als je wilt kijken naar wat transistor strain, of wat poortoxidediktes, of zelfs kristalrooster-oriëntatie, dan ga je voor het grote geschut…

…het elektronenkanon dat in de nieuwe TEM (transmissie-elektronenmicroscoop) zit!

TEM's halen hun hoge resolutie uit de kleine de Broglie-golflengte van elektronen. Dat is kwantummechanica in actie!

Kortom, een TEM werkt door een bundel elektronen op een stuk materiaal te schieten en vervolgens te kijken hoe de elektronen met dat materiaal reageren.

De mensen bij Chipworks zijn behoorlijk enthousiast over deze telefoon. Direct uit de eerste hand: "Deze telefoon zit vol met gloednieuwe onderdelen… de beste release van Apple sinds de eerste iPhone."

We gaan kijken naar de:

Apple A6-applicatieprocessor

Apple 338S1077 Cirrus-audiochip

Murata 339S0171 wifi-module

Qualcomm MDM9615 LTE-modem

Qualcomm RTR8600 multiband/mode RF-chip

Laten we beginnen door de A6 open te snijden om te zien wat hem aandrijft.

Hoe ziet de bovenkant van een metalen chip van de A6-processor eruit? Voor ons ziet het eruit als een Wheat Thin-cracker.

Hoe zijn deze foto's gemaakt, vraag je je misschien af? Nou, we hebben een foto gemaakt van een Wheat Thin. Chipworks koos voor de lange route:

De A6 wordt eerst ontdaan van zijn behuizing in een oplossing van rokend zwavelzuur, verhit tot een temperatuur die is ontworpen om de beste resultaten te behalen.

Vervolgens gebruiken de technici van Chipworks een microscoop om beelden van de chip te maken. De chip wordt op een servogestuurde X-Y-tafel geplaatst, en de scherpstelling wordt ingesteld en behouden door lasermonitoring.

Beeldcoördinaten worden in het systeem geprogrammeerd. De microscoop beweegt de chip automatisch en maakt verschillende beelden, die aan elkaar worden geplakt om de volledige foto van de chip te maken.

Een van de machines die voor dit proces wordt gebruikt, is te zien in de derde afbeelding.

Tijdens de iPhone 5 demontage hebben we verwezen naar het B8164B3PM silkscreen-label, dat 1 GB aan Elpida LP DDR2 SDRAM aanduidde.

De chipmarkering (eerste afbeelding) en de chipfoto (tweede afbeelding) bevestigen het sterke vermoeden dat het 1 GB LP DDR2 SDRAM van de A6 geleverd wordt door Elpida.

Samsung is echter niet volledig afwezig in de A6. De Apple A6—gemarkeerd met APL0598 op de verpakking en APL0589B01 aan de binnenzijde—wordt door Samsung geproduceerd via hun 32 nm CMOS-proces en meet 9,70 mm x 9,97 mm.

Hoewel de A6 door Samsung werd vervaardigd, betekent dit niet dat hij door Samsung werd ontworpen. De Apple A6-processor is de eerste door Apple zelf ontworpen processor. Deze is gebaseerd op de ARMv7s-instructieset.

Omdat Apple volledige controle had over het ontwerp van de processor, konden ze de prestaties naar eigen inzicht aanpassen en verfijnen.

Met een chipoppervlak van 96,71 mm² is de chip aanzienlijk groter dan de variant van de vorige generatie, de Apple A5 (~70 mm²), die door Samsung werd gefabriceerd met gebruik van hun 32 nm HKMG-proces; ervan uitgaande dat de A6 ook 32 nm is, bevat het nieuwe onderdeel dus aanzienlijk meer functionaliteit.

Reis naar het middelpunt van de A6. De meest opvallende kenmerken aan de binnenkant zijn de dual-core processor ARM-kernen en de drie PowerVR grafische kernen.

Wanneer je dit vergelijkt met de strakke, efficiënte lay-out van de GPU-kernen die er direct onder liggen, ziet de lay-out van de ARM-kernen er in eerste instantie een beetje huisgemaakt uit.

Over het algemeen worden logische blokken automatisch ingedeeld met behulp van geavanceerde computersoftware. Het lijkt er echter op dat de ARM-kernblokken handmatig zijn ingedeeld—oftewel: met de hand.

Een handmatige lay-out resulteert meestal in hogere verwerkingssnelheden, maar is veel duurder en tijdrovender.

De handmatige lay-out van de ARM-processors geeft veel geloofwaardigheid aan het gerucht dat Apple een aangepaste processor heeft ontworpen van hetzelfde kaliber als de gloednieuwe Cortex-A15, en het zou zomaar de enige handmatige lay-out in een chip kunnen zijn die in jaren op de markt is verschenen.

De verhoogde, op een mesa lijkende vormen in de uitvergrote dwarsdoorsnede (tweede afbeelding) zijn de structuren van de transistors, en de kleine pinnen die tussen hen door lopen zijn in feite de contacten tussen de lagen.

We kunnen het niet helpen te denken dat de lay-out van de transistor veel weg heeft van een Romeins aquaduct.

Deze zeer dunne lijn bevestigt dat dit een 32 nm HKMG (Hi-K metal gate) proces is.

Het 32 nm HKMG-proces van de A6 is hetzelfde als dat wat wordt gebruikt in de Apple TV 3e generatie (APL2498 volgens Chipworks).

In een veldeffecttransistor is K de diëlektrische constante van de laag tussen de gate-elektrode en het silicium. Dit is een fysische parameter van het materiaal die helpt bij het regelen van de inschakelspanning van de transistor.

Dit is misschien een A6-demontage, maar de nieuwe iPhone zit vol met nieuwe chips om te onderzoeken—je dacht toch niet dat de A6 het apparaat helemaal in zijn eentje aanstuurde?

Chipworks heeft de Apple 338S1077 opengebroken om te bevestigen dat het in feite een Cirrus CS35L19 klasse-D audioversterker is.

De tweede afbeelding is van de Cirrus CS35L19-die. Afgaande op de inscriptie lijkt dit pakket afkomstig uit de CS35L-familie, hoewel het niet specifiek vermeld staat op de site van Cirrus.

De Murata wifi-soc-module bevat in feite een Broadcom BCM4334-pakket, aangevuld met een oscillator, condensatoren, weerstanden, enz. U kunt alle componenten zien op de röntgenfoto (derde afbeelding).

Murata assembleert al deze componenten en stuurt het pakket naar Foxconn, waar het uiteindelijk op het logic board van de iPhone terechtkomt. Chipworks zei het al treffend: "Murata bouwt een huis dat vol staat met de meubels van anderen."

Hier zijn de die-afbeeldingen voor de Broadcom BCM4334, gefabriceerd in Taiwan bij TSMC via een 40 nm CMOS-proces. De belangrijkste kenmerken zijn:

Wifi (802.11 a/b/g/n)

Bluetooth 4.0 + HS

FM-ontvanger

Nu door naar de Qualcomm MDM9615 LTE-modem en RTR8600 multiband/mode RF-transceiverpakketten. We hebben de MDM9615 uitgebreid behandeld in de iPhone 5-demontage, maar hier is een kort overzicht:

De MDM9615 biedt multi-spectrum, multi-mode LTE-ondersteuning. Hij is verantwoordelijk voor het tegelijkertijd verzenden van spraak en data via LTE (mits de provider de infrastructuur heeft om gelijktijdige spraak- en datatransmissie toe te staan).

De Qualcomm RTR8600 is een multiband/mode RF-transceiver. De RTR8600 is gekoppeld aan de MDM9615 om verschillende banden te ondersteunen, waaronder 5 UMTS-banden en meer dan 5 LTE- en 4 EDGE-banden.

Dus wat staat er op deze stap afgebeeld, vraag je?

De eerste afbeelding toont de HG11-N3877 LTE Baseband-die.

De tweede afbeelding is van de Samsung 1G-F-MC 128 MB geheugen-die, die ook in de MDM9615 wordt gevonden.

De derde afbeelding toont de RTR8600-die.

Een grote dank aan Chipworks voor het geven van een kijkje in hun laboratoria en in de interne werking van de verrassend-repareerbare iPhone 5.

Ze voeren nog meer analyses uit op de behuizingen van de iPhone 5. Vreemd genoeg, hoewel de dingen aan de oppervlakte behoorlijk op elkaar lijken, stellen ze dat de "iPhone 5 geen evolutie van het ontwerp is, maar heel goed een volledig nieuw ontwerp kan zijn."