Разборка Apple A4

Введение

Разборка процессоров, подобных A4, обычно происходит за закрытыми дверями всего нескольких компаний. Эти глобальные фирмы, занимающиеся реверс-инжинирингом, - следственная рука рынка электроники. Они проводят исследования для тех, кому нужно узнать, кто производит те или иные схемы, а также какой производственный процесс они для этого используют. Именно они глубоко вникают в процессоры, аудиоконтроллеры и все остальные детали, которые можно найти внутри мобильного телефона или iPad, выясняя слой за слоем точный состав каждой упаковки.

Мы сотрудничаем с лучшей компанией в области реверс-инжиниринга полупроводников, Компания Chipworksчтобы поближе познакомить вас с тем, как проводится разборка полупроводников, а также заглянуть внутрь микросхем iPad. Инженеры Chipworks - это замечательные люди, которые так же заинтересованы современной электроникой, как и мы.

Их анализ корпусов iPad позволит вам лучше понять, как на самом деле работает новый планшет - почти на молекулярном уровне.

Шаг 1 Основы процессора A4

• Микропроцессор A4 от Apple - это мозг iPad.

• A4 - это ARM процессор, построенный по принципу 'пакет на пакете' для повышения скорости и эффективности внутренних процессов.

• Шелкография на A4 гласит: N26CGM0T APL0398 339S0084 YNL215X0. Но это не очень интересно - для нас эти цифры тоже мало что значат. Давайте посмотрим, что мы можем найти внутри.

Комментарии к шагу

Крутой разбор!

Там есть 8-мегабитный флеш-чип Atmel, который Chipworks так и не смог разгадать:

https://www.atmel.com/dyn/products/produc...

Похоже, это официально, iPad - это просто гигантский iPod Touch. Ничего особенного, идем дальше.

Но вы отлично поработали над этим разбором, было здорово посмотреть, как делаются эти 'микроразборы'.

APL0398 - это внутреннее обозначение Apple нового SoC A4, его можно найти на матрице и в маркировке на упаковке.

Предшественник A4 в iPhone 3GS обозначается как APL0298, так что A4 может быть просто следующей, оптимизированной, версией APL0298 :-)

Я хочу получить этот неисправный iPad.

Скорее всего, он вам не нужен.

Я понимаю, что это не основано на ремонте.

Шаг 2 Как вскрыть процессор

• Когда вышел оригинальный iPhone, мы вместе с друзьями из Кремниевой долины препарировали процессор. Оборудование, которое мы использовали, было не таким передовым, как у Chipworks, но оно справлялось с работой.

• Это кремниевая пластина. Каждый маленький квадратик - это чип, называемый матрицей. Процессорная матрица в A4 имеет размер 7,3 мм с каждой стороны, что составляет 53 кв. мм общей площади. Процент рабочих матриц, которые можно получить с такой пластины, называется выходом.

• На самом деле A4 - это гораздо больше, чем просто процессор, это пакет на пакете, или PoP. Фактически, внутри A4 находятся три кремниевые матрицы!

Шаг 3

• Наш выдающийся лидер готовится войти в чистую комнату для проведения операции с кремнием на оригинальном iPhone.

Шаг 4

• Перед тем как разбирать процессор, его нужно сначала снять с основной платы.

• Существует только два способа извлечь процессор из печатной платы: экстремальное усилие и экстремальный нагрев. Угадайте, какой способ мы использовали?

Шаг 5

• Затем разрежьте процессор пополам, чтобы сделать фотографию поперечного сечения.

• Ленточные пилы слишком грубы для этого, поэтому мы медленно шлифуем процессор, снимая по мере продвижения очень небольшое количество материала.

• Вы видите, почему бывает трудно сделать четкую, цельную фотографию поперечного сечения упаковки. Процессор - один из самых больших корпусов в iPhone, и все равно он очень сложен в обращении. Представьте себе, что вы пытаетесь сделать это с упаковкой, размер которой составляет десятую часть от ее размера.

Шаг 6

• Так что же такое упаковка? Вы смотрите на один из них.

• Это срез пакета ARM-процессора + оперативной памяти iPhone. Нажмите здесь, чтобы увидеть его во всей красе, 2854x313.

• Сам процессор - центральный прямоугольник. Серебристые круги под ним - это шарики припоя.

• Два прямоугольника над процессором - это плашки оперативной памяти. Они смещены друг относительно друга, чтобы освободить место для проволочных соединений, которых на этом снимке не видно.

• Расположение оперативной памяти так близко к процессору уменьшает задержки - доступ к оперативной памяти происходит быстрее - и снижает энергопотребление, помогая батарее работать дольше.

Шаг 7

• Это верстак нашего друга. Мы также являемся большими поклонниками Weller.

• Такими инструментами мог бы гордиться Макгайвер... Хотя мы подозреваем, что для разборки процессора ему понадобится лишь скрепка и две полоски клейкой ленты.

Шаг 8

• Это типичная чистая комната. Обычные люди - возможно, даже покупатели тех же супермаркетов, что и вы, - каждый день одеваются и идут на работу в такие помещения. Очень важно, чтобы пыль, ворсинки и волосы не попадали в помещение, где идет работа.

• Инструменты для работы:

• Сканирующие электронные микроскопы

• Рентгеновские аппараты высокого разрешения

• Очень большие увеличительные стекла и микроскопы

• Ряд других приспособлений, которые вы можете найти в в лаборатории Кью

Шаг 9

• Если бы только все нарушения техники безопасности было так легко исправить!

Комментарии к шагу

Мне кажется, или это система OS/2? Круто! ;)

'Оборудование в Chipworks отличается от того, что можно найти на большинстве полупроводниковых предприятий'

Я работаю в крупной полупроводниковой компании... в которой много умных людей (интересно, расшифровали ли вы мой код), у нас есть все эти инструменты для разборки нашей продукции с целью поиска неисправностей и повышения производительности. Я полагаю, что они есть у большинства, если не у всех полупроводниковых предприятий. Хорошая статья!

Это IRIX? :D

Нет, это определенно пользовательский интерфейс на основе Motif, так что, вероятно, это какая-то разновидность Unix, возможно, даже IRIX, как сказал один из комментаторов. На многих других компьютерах используется только Windows :-)

Шаг 10 Inside Chipworks

• Компания Chipworks находится в Оттава, Онтарио. Там бывает так холодно, что шины могут треснуть, если вы не будете осторожны.

• Оборудование в Chipworks отличается от того, что можно встретить на большинстве полупроводниковых предприятий. Каждая машина здесь работает с одной целью: узнать, что находится внутри новейших чипов.

Комментарии к шагу

Растрескивание шин от сильного мороза... просто миф ;-)

Подскажите, пожалуйста, размеры корпуса и шаг шарика. Я не вижу масштаба ни на одном из изображений (разве что сетка в шаге 15 - 1 мм?).

Пакет, похоже, 14 x 14 мм с шагом BGA 0,5 мм.

Шаг 11

• Микроскопический анализ, как оптический, так и SEM. И то, и другое - это точно не типичная лабораторная работа по биологии в колледже.

• В этом деле важна точность, и Chipworks известна своей точностью.

Шаг 12

• Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) в действии. Это лишь некоторые из трюков в рукаве Chipworks. СЭМ способен увидеть в сотни раз больше деталей, чем оптический микроскоп.

Шаг 13

• Шлифовка упаковки. Очень важно держать деталь ровно во время шлифовки.

• Этот процесс невероятно кропотливый. На самом деле это целое искусство - отшлифовать именно то место, которое нужно для фотографии, и при этом сохранить поверхность идеально ровной.

• Мы (в Делаете.ру) ужасно в этом разбираемся. Именно поэтому мы отправили наш iPad в Chipworks.

Шаг 14

• Следующим шагом будет снятие внешней упаковки.

• Время пить чай? Нет, пора принять кислотную ванну.

• Погружение процессора в кислоту растворяет керамическую упаковку, содержащую кремний. Очень важно использовать соответствующую концентрацию кислоты для типа керамической упаковки.

• Время от времени при взгляде на матрицу можно обнаружить интересный сюрприз, спрятанный производителями. Увы, в iPad Милхауса не оказалось. Но он был недавно обнаружен внутри чипа Silicon Image!

Шаг 15 Внутри A4

• Хорошо, теперь вы знаете, как мы это сделали. Но как выглядит A4 внутри?

• Фотографии верхней и нижней части упаковки A4.

• Крошечные точки, которые вы видите на нижней стороне, - это шарики припоя, которыми процессор прикреплен к логической плате. Они передают все питание, заземление и информацию от процессора к плате.

Шаг 16

• Перед тем как разобрать процессор, специалисты Chipworks сделали рентгеновский снимок процессора A4, чтобы получить представление о том, как все устроено внутри.

• Если присмотреться, можно увидеть сотни нитевидных соединений (wirebonds), по которым электронные сигналы передаются между матрицами.

• Процессор A4 состоит из трех слоев: два слоя оперативной памяти (Samsung K4X1G323PE) и один слой, содержащий собственно микропроцессор.

• Такая конструкция 'пакет на пакете' дает Apple возможность использовать оперативную память любого производителя - она не привязана к Samsung.

Шаг 17

• Вот два боковых рентгеновских снимка процессора A4.

• Темные точки на внутренней стороне процессора - это шарики припоя, соединяющие матрицы между собой. Они известны как массивы шариковых решеток (или BGA) в промышленности.

• Эти фотографии сделаны в двух фокусных точках по всей ширине процессора. Снимки сделаны на скорую руку, поэтому просим прощения, если они получились немного нечеткими.

• DRAM в A4 изготовлена компанией Samsung, поэтому соединения проводов идут с обеих сторон - в отличие от модулей DRAM других производителей, с которыми сталкивался Chipworks.

Шаг 18

• Это металлический 8 слой матрицы.

• Все процессоры iPhone, которые мы разбирали, имели номер детали Samsung на матрице процессора. Мы не нашли никаких маркировок Samsung на A4 (за пределами DRAM), что, возможно, является самым ярким признаком того, что Apple твердо контролирует дизайн полупроводников.

• Мы не ожидаем найти маркировку от PA Semiнедавно приобретенной Apple, но можно предположить, что они сыграли важную роль в разработке этого корпуса.

Шаг 19

• Это SDRAM внутри A4. Да, это логотип Samsung. Нет, это не значит, что Samsung разработала A4 - только оперативную память.

• Мобильная DDR SDRAM от Samsung объемом 1 Гб (x2)

• Номер детали на каждой плашке - K4X1G323PE.

• Расшифровка этого номера показывает, что внутри находится 2 Гб памяти. Это означает ~128 МБ памяти на плашку, итого 256 МБ.

Комментарии к шагу

Эй, возможно, вы захотите сообщить об этом WSJ, я читал статью, в которой Кайл Виенс давал интервью об A4, и я помню, что в ней четко говорилось, что Samsung сделала/разработала A4. Возможно, стоит поправить их в этом вопросе.

Точная цитата из статьи: 'Близость чипов позволяет предположить, что Samsung также производила A4 для Apple'. Думаю, это справедливая оценка. Надеюсь, завтра мы узнаем это наверняка.

Производство (изготовление) отличается от проектирования. Samsung вполне могла изготовить чип для Apple, поскольку Apple не владеет никакими производственными мощностями. Apple разработала чип, а Samsung изготовила его для них. По-моему, логично.

Ах, хорошо, я неправильно запомнил статью. Спасибо за разъяснение.

Есть еще какая-нибудь информация о производителе SOC?

'Расшифровка номера детали показывает, что внутри находится 2 Гб памяти. Это означает ~128 МБ памяти на плашку, итого 256 МБ'.

Извините, что я новичок, но я не понимаю этого предложения. Если внутри 2 Гб памяти, то откуда взялось 256 Мб?

ГБ - это гигабайт, Gb (нижний регистр b) - это гигабит. 8 бит = 1 байт.

Спасибо. Это имеет смысл. Я благодарен за информацию.

Спасибо. Это имеет смысл. Я благодарен за информацию.

Автор выразился двусмысленно - если ваша единица измерения в 'битах', то она должна быть той же самой единицей во всем тексте (и ее эквивалент в 'байтах', указанный в скобках).

Хорошо известно, что разные вещи измеряются в разных единицах.

Шаг 20

• Итак, теперь, когда мы увидели внутренности, что мы можем заключить?

• Ничего революционного здесь нет. На самом деле, A4 очень похож на процессор Samsung, который Apple использует в iPhone.

• Это ясно как из аппаратной, так и из программного обеспечения что это одноядерный процессор, поэтому это должен быть ARM Cortex A8, а не многоядерный A9, о котором ходят слухи.

• Определить логику на уровне блоков в процессоре довольно сложно, поэтому для определения GPU мы возвращаемся к программному обеспечению: ранние бенчмарки показывают схожую с iPhone 3D-производительность, поэтому мы предполагаем, что в iPad используется тот же GPU PowerVR SGX 535.

• Оперативная память iPad составляет 256 МБ, как и у iPhone.

• A4 потребляет мало энергии. На самом деле, энергопотребление, вероятно, является причиной того, что Apple не сильно увеличила производительность по сравнению с iPhone. Чтобы обеспечить 10 часов автономной работы, весь iPad (включая дисплей) должен потреблять в среднем менее 2,5 Вт.

• Это все для A4. Давайте посмотрим на другие чипы внутри iPad.

Шаг 21 Внутри остальной части iPad

• Контроллер емкостного сенсорного экрана.

• Broadcom BCM5974

Шаг 22

• Микроконтроллер ввода/вывода Broadcom с NVM (используется для сенсорного экрана)

• Broadcom BCM5973KFBGH HS0951P11 952280 B1

• Apple 343S0446

Шаг 23

• Драйвер линии сенсорного экрана Texas Instruments.

• CD3240A 01D5AKT G1

шаг 24

• Broadcom 802.11a/b/g/n WiFi + Bluetooth 2.1 + EDR и FM.

• Broadcom BCM4329XKUBG CD1004 P21

Шаг 25

• Устройство Cirrus Logic - предположительно аудиопроцессор.

• Apple 338S0589 B0 YFSAB0PY1001

Шаг 26

• Подозреваемое управление питанием.

• S6T2MLC N2266XQT U1003 A1

Шаг 27

• Часть Mux/demux для соединений DisplayPort и PCIe.

• NXP L0614 01 37 ZSD950

Шаг 28

• Дисплей.

• LG SW0627B 01SWL-0032C 1003 N23977ON

шаг 29

• Apple 338S0805 A2 e1 10028HBB

Шаг 30

• Акселерометр (подтверждается маркировкой ASIC и MEMS-устройства) - STM-LIS331DLH.

• STMicroelectronics 2949 33DH OK2 CL

Шаг 31

• DC-DC регулятор.

• Linear Technologies 3442 N7667 LT9L

Шаг 32

• Intersil i976 45AIRZ F95OHX

Шаг 33

• Это то, что мы имеем на данный момент. Мы будем добавлять новые фотографии по мере того, как Chipworks публикует новые фотографии.

• Мы хотели бы поблагодарить наших друзей из Chipworks за их исключительную работу.

• Не забудьте заглянуть в наш Разборка iPad для полной разборки.

Комментарии к шагу

За исключением чипа WiFi, все остальные чипы выпущены в 2007 году (или раньше), так что у Apple это было уже давно.

Вероятно, нет, эти чипы, скорее всего, использовались в старых моделях iPod и обеспечивали поддержку устаревших технологий (поскольку кодирование AAC не претерпело значительных изменений за последние 5-7 лет), а драйверы для сенсорных устройств, скорее всего, были предназначены для старых iPod и iPhone, с немного другими инструкциями.

Да, возможно, они уже давно думают об iPad, но я не думаю, что используемые чипы устарели из-за этого. Если чипы выполняют свою работу, то с точки зрения затрат имеет смысл использовать компоненты, которые уже давно производятся, а значит, стоят дешевле. Особенно если учесть, что разработка и производство A4 наверняка обошлись Apple в кругленькую сумму.