Введение
Гики ликуют! Мы сотрудничаем с компанией Chipworks, чтобы сделать вдвойне интересный разбор нового процессора A6 от Apple. По слухам, в A6 используются два пользовательских процессора с тактовой частотой 1 ГГц, работающих на наборе инструкций ARMv7s. Во время нашего путешествия к A6 мы также познакомим вас с некоторыми забавными игрушками, созданными в Chipworks.
Если вам нравится заниматься наукой вместе с нами или просто смотреть на внутренности новейших продуктов, обязательно следите за нами @iFixit в Twitter и заходите на нашу страницу на The Book, чтобы быть в курсе последних событий iFixit!
Шаг 1 Разборка Apple A6
Добро пожаловать в третий выпуск «Науки с iFixit». На этот раз нам помогают наши друзья из Chipworks.
Отказ от ответственности: в этом разборе будет много технического жаргона. Мы постараемся вкратце объяснить все, что сможем, но ожидайте увидеть множество ссылок на старую добрую Википедию.
Так что прыгайте и присоединяйтесь к нам, пока мы выясняем, почему A6 так чертовски летает.
Но сначала немного об оборудовании Chipworks, которое делает все это возможным.
Шаг 2 Жизнь в Chipworks
У компании Chipworks есть настоящий ионный бластер, ласково называемый Ibe (сокращение от «травление ионным лучом»).
Ibe используется для контролируемого и выборочного удаления слоев полупроводниковых устройств с очень точными и плоскими результатами.
По сути, ионно-лучевое травление напоминает пескоструйную обработку чипа для удаления определенных слоев. Однако вместо песка Ibe использует атомы в ионном пучке для выполнения грязной работы.
Современные полупроводниковые устройства создаются из разнородных материалов, как, например, Apple A6, изготовленный по 32 нм КМОП-процессу HKMG (Hi dielectric K, Metal Gate) компании Samsung, что делает эту технологию бесценным инструментом.
tl;dr Это ионный бластер.
Шаг 3
Член команды разработчиков Chipworks устанавливает на Ibe параметры для удаления диэлектрика на микросхеме с расширенным узлом (например, A6), где может быть до 9 медных слоев и 1 алюминиевый, а также слои поликремния и подложки.
Недавно компания Chipworks расширила свою лабораторию по удалению слоев, добавив еще несколько влажных стендов, вытяжных шкафов и полировальных станций.
Шаг 4
Профили легирования полупроводников чрезвычайно важны для понимания того, как работают и строятся современные передовые устройства.
Компания Chipworks недавно приобрела новый сканирующий емкостной микроскоп с более высоким разрешением. С помощью этого нового SCM они смогут изучить профили легирования NMOS и PMOS устройств в A6, а также понять, как были легированы фотокатоды в 8-мегапиксельной камере iSight.
Шаг 5
Наука!
Специалисты по технологическим процессам и разработкам изучают результаты после подготовки A6 к обработке. Промежуточные просмотры через оптические микроскопы обеспечивают техническим специалистам необходимую обратную связь для точной настройки последующей обработки с целью достижения максимальных результатов.
Далее сотрудники Chipworks микроскопически знакомятся с камерой, расположенной на задней панели. Мы (как и почти все остальные) хотим знать, кто производит камеру iSight, и эта информация спрятана глубоко в ее внутренностях.
Для компании Chipworks нет секретов, спрятанных слишком глубоко. Они разгадали эту тайну в мгновение ока.
Шаг 6
Для разных задач нужны разные инструменты. Если вам нужно посмотреть на деформацию транзистора, толщину оксида затвора или даже ориентацию кристаллической решетки, вы берете большую пушку…
…электронная пушка, которая находится в новом ТЭМ (просвечивающем электронном микроскопе)!
Высокое разрешение ТЭМ достигается за счет малой длины волны де Бройля электронов. Это квантовая механика в действии!
Если вкратце, то TEM работает, направляя пучок электронов на материал, а затем наблюдая за тем, как электроны взаимодействуют с этим материалом.
Это лишь некоторые из техник и механизмов, которые Chipworks использует для создания забавных изображений, которые вы видите на их сайте. Но, как и хороший фокусник, они не могут раскрыть все свои секреты. Так что давайте посмотрим, что скрывается внутри микросхем iPhone 5.
Шаг 7 Внутри iPhone 5
Ребята из Chipworks очень любят этот телефон. Прямо из уст лошади: «В этом телефоне полно совершенно новых компонентов… лучший релиз Apple со времен первого iPhone».
Мы рассмотрим:
процессор приложений Apple A6
Аудиочип Apple 338S1077 Cirrus
Модуль Wi-Fi Murata 339S0171
LTE-модем Qualcomm MDM9615
Многодиапазонный/режимный радиочастотный приемопередатчик Qualcomm RTR8600
Шаг 8 Процессор A6
Давайте начнем с того, что вскроем A6 и посмотрим, что же им управляет.
Как выглядит верхняя часть металлической матрицы процессора A6? На наш взгляд, она похожа на пшеничный тортик.
Как же были созданы эти фотографии, спросите вы? Ну, мы сфотографировали пшеничный торт. Компания Chipworks решила пойти длинным путем:
A6 сначала декапсулируется в растворе плавиковой серной кислоты, нагретой до температуры, необходимой для достижения наилучших результатов.
Затем инженеры Chipworks с помощью микроскопа делают снимки матрицы. Штамп загружается на стол X-Y с сервоуправлением, фокус устанавливается и поддерживается с помощью лазерного контроля.
Координаты изображения программируются в системе. Микроскоп автоматически перемещает штамп и делает несколько снимков, которые сшиваются вместе для создания полной фотографии штампа.
Одна из машин, используемых для этого процесса, показана на третьем снимке.
Шаг 9
Во время разбора iPhone 5 мы ссылались на шелкографию B8164B3PM, которая обозначала 1 ГБ памяти Elpida LP DDR2 SDRAM.
Маркировка (первое изображение) и фотография матрицы (второе изображение) подтверждают догадку о том, что 1 ГБ LP DDR2 SDRAM в A6 поставляется компанией Elpida.
По данным Chipworks, Elpida EDB8164B3 также была найдена в Motorola Droid RAZR Maxx.
Шаг 10
Однако Samsung не полностью отсутствует в A6. Apple A6 — с маркировкой APL0598 на упаковке и APL0589B01 внутри — изготовлен Samsung по 32 нм КМОП-технологии и имеет размеры 9,70 мм x 9,97 мм.
Несмотря на то, что A6 был произведен Samsung, это не означает, что он был разработан Samsung. Процессор Apple A6 — это первый процессор Apple, разработанный на заказ. Он основан на наборе инструкций ARMv7s.
Поскольку Apple полностью контролировала дизайн процессора, они смогли настроить его производительность по своему вкусу.
Площадь кристалла составляет 96,71 мм2, что значительно больше, чем у предыдущего поколения Apple A5 (~70 кв. мм), который был изготовлен Samsung по 32 нм техпроцессу HKMG; так что если предположить, что A6 также изготовлен по 32 нм техпроцессу, то в новой части будет значительно больше функциональности.
Шаг 11
Путешествие к центру A6. Наиболее заметными элементами внутри являются два ядра ARM и три графических ядра PowerVR.
По сравнению с жесткой и эффективной компоновкой ядер GPU, расположенных непосредственно под ним, компоновка ARM-ядер выглядит немного кустарно — поначалу.
Как правило, логические блоки располагаются автоматически с помощью современного компьютерного программного обеспечения. Однако похоже, что блоки ARM-ядер были разложены вручную — то есть, вручную.
Ручная компоновка обычно обеспечивает более высокую скорость обработки данных, но она гораздо дороже и требует больше времени.
Ручная компоновка процессоров ARM подтверждает слухи о том, что Apple разработала собственный процессор такого же уровня, как и новый Cortex-A15, и, возможно, это будет единственный чип с ручной компоновкой, который появится на рынке за последние несколько лет.
Шаг 12
Приподнятые формы, похожие на мезы, на увеличенном поперечном разрезе (второе изображение) — это структуры транзисторов, а маленькие штырьки, проходящие между ними, — контакты между слоями.
Мы не можем не думать, что схема транзистора очень похожа на римский акведук.
Эта очень тонкая линия подтверждает, что речь идет о 32 нм техпроцессе HKMG (Hi-K metal gate).
Техпроцесс 32 HKMG в A6 аналогичен тому, который используется в Apple TV 3-го поколения (APL2498 на Chipworks).
В полевых транзисторах (FET) K — это диэлектрическая проницаемость слоя между электродом затвора и кремнием. Это физический параметр материала, который помогает контролировать напряжение включения транзистора.
Шаг 13 Другие примечательные микросхемы
Это может быть разборка A6, но в новом iPhone полно новых чипов, которые стоит изучить — вы же не думали, что A6 управляет устройством в одиночку?
Chipworks вскрыла Apple 338S1077 и подтвердила, что на самом деле это аудиоусилитель класса D Cirrus CS35L19.
На втором изображении — матрица Cirrus CS35L19. Судя по надписи, этот корпус, похоже, относится к семейству CS35L, хотя на сайте Cirrus оно не указано.
Шаг 14
Модуль Murata Wi-Fi SoC на самом деле состоит из корпуса Broadcom BCM4334, а также осциллятора, конденсаторов, резисторов и т.д. Все компоненты можно увидеть на рентгеновском снимке (третье изображение).
Murata собирает все компоненты вместе и отправляет их в Foxconn, где они в конечном итоге оказываются на логической плате iPhone. Компания Chipworks сказала об этом лучше всего: «Murata делает дом, который полон чужой мебели».
Вот изображения матрицы Broadcom BCM4334, изготовленной на Тайване в TSMC по 40 нм КМОП-технологии. Его ключевые характеристики:
Wi-Fi (802.11 a/b/g/n)
Bluetooth 4.0 + HS
FM-приемник
Шаг 15
Переходим к комплектам LTE-модема Qualcomm MDM9615 и многодиапазонного/режимного радиочастотного трансивера RTR8600. Мы подробно рассказывали о MDM9615 в разборе iPhone 5, но вот краткое описание:
MDM9615 обеспечивает поддержку нескольких спектров и режимов LTE. Он отвечает за одновременную передачу голоса и данных в сетях LTE (при условии, что оператор имеет инфраструктуру для одновременной передачи голоса и данных).
Qualcomm RTR8600 — это многодиапазонный/режимный радиочастотный трансивер. RTR8600 используется в паре с MDM9615 для поддержки различных диапазонов, включая 5 диапазонов UMTS, а также более 5 диапазонов LTE и 4 диапазона EDGE.
Итак, что же изображено на этой ступеньке?
На первом изображении представлена матрица HG11-N3877 LTE Baseband.
На втором изображении — матрица памяти Samsung 1G-F-MC 128 МБ, которая также используется в MDM9615.
На третьем изображении показана матрица RTR8600.
Шаг 16
Большое спасибо компании Chipworks за то, что она предоставила нам возможность заглянуть в свои лаборатории и узнать о внутреннем устройстве удивительно ремонтопригодного iPhone 5.
Они проводят еще больший анализ корпусов iPhone 5. Как ни странно, несмотря на то, что внешне все выглядит довольно похоже, они утверждают, что «iPhone 5 — это не эволюция дизайна, а, вполне возможно, совершенно новый дизайн».
