Der 28-nm-Anwendungsprozessor der Apple Watch wird von Samsung hergestellt, der S1-Chip steckt voller Überraschungen

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Das Herzstück der Apple Watch ist die von Apple selbst entwickelte „S1“-Komponente, die buchstäblich eine gesamte Computerarchitektur auf einen einzigen Chip bringt – ein Branchenbegriff, nach dem Sie suchen, ist System-in-Package (SiP)-Design.

Eine aktuelle Teardown-Analyse von ABI Research hat es geschafft, sich zu identifizieren 512 MB RAM, eine ARM-basierte CPU, ein Broadcom Wi-Fi-Modul, ein Beschleunigungsmesser und ein Gyroskop sowie einige andere Komponenten, die im Inneren des S1 verpackt sind.

Heute haben Halbleiterexperten bei Chipworks Aktualisiert ihren Teardown des S1-Pakets mit ein paar interessanten Leckerbissen in Bezug auf die Art der verwendeten Prozesstechnologie, während einige ziemlich einzigartige Designlösungen enthüllt werden, die ein so kleines, aber leistungsstarkes Paket ermöglichen.

Der S1 enthält bis zu dreißig einzelne Komponenten, die auf einzigartige Weise kombiniert und in einem winzigen Gehäuse mit den Maßen von nur 26 mm x 28 mm versiegelt sind.

„Das ist eine ziemliche Leistung“, bemerkte Chipworks.

Wie sich herausstellt, hat sich Apple erneut an Samsungs Komponentenhersteller gewandt, um den Anwendungsprozessor (AP) für die Apple Watch herzustellen. Anwendungsprozessoren sind normalerweise CPUs, die Code in einer mobilen Betriebssystemumgebung ausführen können.

Der AP im Inneren des S1 trägt die Kennzeichnung „APL0778“. Es kombiniert die Central Processing Unit (CPU) mit einer integrierten PowerVR SGX543 Graphics Processing Unit (GPU) von Imagination Technologies.

Es basiert auf der stromsparenden 28-Nanometer (nm)-Prozesstechnologie von Samsung.

Im Vergleich dazu verwendet Motorolas Moto 360 Smartwatch einen OMAP 3630-Prozessor von Texas Instruments, der auf einem älteren 45-nm-Prozess basiert, den Apples A5-Chip im iPhone 4s verwendet. Das iPhone 6 und das iPhone 6 Plus verwenden 20-Nanometer-Anwendungsprozessoren, die unter dem Namen „A8“ vermarktet werden.

28 nm ist auch die gleiche Prozesstechnologie, die zur Herstellung des A7-Chips von Apple verwendet wird, der im iPhone 5s und iPad Air zu finden ist. Die Qualcomm Snapdragon 801-805-Chips wurden bis vor einigen Monaten im 28-nm-Prozess gebaut, ebenso wie die K1-Prozessoren von Nvidia.

Samsung wechselt jetzt zu einem 14-Nanometer-Prozess, und Apple soll ihn angeblich für einen kommenden „A9“-Chip verwenden, der 2015 iPads und iPhones antreiben soll. Allerdings muss man kein Genie sein, um herauszufinden, dass die nächste Apple Watch wahrscheinlich einen noch kompakteren „S2“-Chip enthalten wird.

Wenn es auf einer Prozesstechnologie kleiner als 28 nm aufgebaut wäre, würde es eine schnellere Leistung, einen geringeren Stromverbrauch und eine kleinere Chipgröße ermöglichen und möglicherweise Platz für einige der Gesundheitssensoren schaffen, die es Berichten zufolge nicht in die aktuelle Version von geschafft haben Uhr.

Unten zu sehen: das versiegelte S1-Paket.

Bemerkenswerterweise misst der neue Anwendungsprozessor nur 5,2 mm x 6,2 mm.

Ähnlich wie frühere Versionen der Mobilprozessoren von Apple, die ältere iPhones und iPads mit Strom versorgen, nutzt der S1 die Vorteile der Package-on-Package (PoP)-Montage, einer Verpackungsmethode für integrierte Schaltkreise, die vertikal diskrete Logik- und Speicherpakete kombiniert.

Im Inneren des S1 enthält die Package-on-Package-Baugruppe den oben genannten von Apple entworfenen Anwendungsprozessor und seinen dynamischen RAM (DRAM)-Die, die übereinander mit einer Standardschnittstelle installiert sind, um Signale zwischen ihnen zu leiten. Dies ermöglicht eine höhere Komponentendichte in einem so winzigen tragbaren Gerät.

Derselbe PoP-Prozess wird verwendet, um die von NXP bereitgestellte NFC-Schaltung für Apple Pay (Controller und Funkgerät) mit seinem sicheren Element (Secure Enclave in Apples Sprache) zu kombinieren, das die Aufgabe hat, tokenisierte Zahlungsinformationen zu speichern und von anderen Subsystemen zu isolieren.

Das S1-Paket ist auch in Bezug auf die Herstellung ziemlich einzigartig. „Die beiden Schlüsselwörter hier sind System und Paket“, heißt es in der Teardown-Analyse.

Auch hier mussten die Lieferanten von Apple über dreißig bemerkenswerte winzige Siliziumstücke in ein 26 mm x 28 mm großes Paket packen.

Alle diese Komponenten werden auf ein gemeinsames Motherboard gelötet, das dann mit einer Verpackungsmasse umspritzt wird, die Siliziumdioxid- oder Aluminiumoxidkugeln enthält, die in einem Harz suspendiert sind, um die Elektronik zu schützen.

Hier ist ein Überblick über die vielen verschiedenen Komponenten im S1-Paket, wie im Apple Watch-Werbevideo dargestellt.

„Wir sehen dieselbe Art von Material in herkömmlichen IC-Verpackungen, aber wir haben noch nie beobachtet, dass dies über einem 26 mm x 28 mm großen Motherboard verwendet wird“, sagte Chipworks.

Die Teardown-Analyse identifiziert einige interessante Vorteile in Bezug auf Lieferanten. Beispielsweise wird der Sockel für die integrierte Schaltung zur Leistungsverwaltung von Dialog geliefert, während die Codec- und Verstärkersockel von Maxim geliefert werden.

Dies unterscheidet sich von einigen iPhone- und iPad-Modellen, auf denen früher ein Energieverwaltungschip der Marke Cirrus lief. Texas Instruments hat sechs Siege im S1, die vom Batteriemanagement bis zu Opp-Amps reichen. Das Bild unten zeigt deutlich den OPA2376 Precision-Oop-Amp-Chip von Texas Instruments im Inneren des S1.

STMicroelectronics lieferte den sechsachsigen Sensor für Beschleunigung und Roll, Nicken und Gieren (Gyroskop) sowie den ST32 MCU-Flash-Speicher-Mikrocontroller (basierend auf dem ARM Cortex-M-Prozessor) und den optischen Emitter/Sensor-Encoder-Chip unter dem Schaft der digitalen Krone der Uhr.

Sogar der oben erwähnte sechsachsige Sensor ist einzigartig, da er das erste Mal ist, dass ein Apple-Produkt einen integrierten Sensor verwendet, der keinen externen Beschleunigungssensor benötigt. Im Vergleich dazu enthalten sowohl das iPhone 6 als auch das iPhone 6 Plus einen sechsachsigen Sensor von Invensense und einen zusätzlichen dreiachsigen Beschleunigungssensor von Bosch.

Interessanterweise sind der sechsachsige Beschleunigungsmesser der Uhr und der zweite Touch-Controller nicht im S1-Paket enthalten.

Ich bin wirklich beeindruckt von Apples Arbeit hier.

Diese technischen Errungenschaften sind nicht nur angesichts des kompakten Designs der Uhr lobenswert, sondern die meisten anderen Anbieter kümmern sich nicht mehr wirklich um teure Halbleiter-Forschung und -Entwicklung und kaufen stattdessen alle handelsüblichen Komponenten, die auf dem Markt erhältlich sind.

Aber Apple entwirft seit Jahren seine eigene Silizium-Zukunft.

Mit seinem internen Team aus mehr als tausend Siliziumingenieuren konzipiert und entwirft das Unternehmen tatsächlich, wie diese Mikrokomponenten zusammenpassen, und erstellt dann Blaupausen für Chiphersteller wie Samsung, um das S1 in Serie herzustellen.

Ich freue mich sehr darauf, noch mehr über das S1 zu erfahren, während Chipworks und andere Teardown-Zauberer tiefer in dieses bemerkenswerte Stück Silizium eintauchen, von dem ich nicht bezweifle, dass Konkurrenten es dieses Mal wirklich schwer haben werden, es zu replizieren.

Quelle: Chipwerke