iPhone 6s: dwa różne procesory A9

22
Mateusz Brzostek
iPhone 6s: dwa różne procesory A9

Procesory A9 do smartfonów iPhone 6s i 6s Plus są zamawiane u dwóch dostawców: koreańskiego Samsunga i tajwańskiego TSMC. To kolejna bezprecedensowa decyzja biznesowa Apple, tym razem dotyczącą produkcji i łańcucha dostaw. Dwa rodzaje procesorów znaleźli specjaliści od inżynierii odwrotnej, firma Chipworks. Jedna wersja, o oznaczeniu APL0898 jest produkowana w koreańskich fabrykach Samsunga. Druga, APL1022, jest produkowana na Tajwanie w TSMC.

 Apple A9 z fabryk Samsunga i TSMC

Procesor A9 z TSMC jest większy o niecałe 10% od wersji z fabryk Samsunga. Różnica dotyczy tylko jądra CPU. Obie wersje są pakowane w taką samą obudowę, z taką samą pamięcią w formie PoP (Package-on-Package).

Dwa projekty - dwa razy więcej kosztów

Choć schemat logiczny obu wersji A9 jest ten sam, nie można go po prostu wysłać do dwóch różnych fabryk. Schemat logiczny trzeba odwzorować w formie zestawu masek, które określają kształty na powierzchni krzemu, które będą selektywnie poddawane różnym etapom litografii (więcej informacji zapewne pamiętacie z felietonu o bezpieczeństwie sprzętu). Nie można tego zrobić zupełnie ignorując specyfikę procesu technologicznego. Layout i maski zawsze przygotowuje się we współpracy z wykonawcą, pomagając sobie regułami projektowymi ustalonymi przez wykonawcę czipu.

Problem w tym, że Samsung i TSMC produkują w dwóch bardzo różnych procesach technologicznych. Reguły projektowe nie są takie same, nawet gęstość upakowania obwodów się różni. Żeby produkować ten sam procesor dla iPhone 6s i 6s Plus w dwóch miejscach, Apple musiało przygotować dwa oddzielne projekty, dwa zestawy masek... wszystko to wiąże się z ogromnymi kosztami. Layout i zestaw masek dla nowoczesnego procesu technologicznego kosztują dziś setki milionów dolarów. Apple musiało w dysponowaniu dwoma źródłami czipów widzieć korzyść znacznie przeważającą koszty.

Różne procesy technologiczne

Samsung nazywa swoją najnowszą technikę produkcji „14 nm”, a TSMC swoją – „16 nm”. Wspominałem już (w artykule o 14 nm Intela), że to marketingowe terminy nie mające wiele wspólnego z rzeczywistością. Obie firmy zmieniły ostatnio geometrię tranzystorów: w procesach klasy 20 nm stosowano tradycyjne płaskie bramki, w 14/16 nm tranzystory mają trójstronne bramki (FinFET). Poza tranzystorami większość elementów pozostała bez zmian. Szczególnie odległość między stykami najniższych warstw metalowych jest taka sama, jak w procesach klasy 20 nm.

Dzięki mikroskopowej analizie przeprowadzonej przez TechInsights dowiadujemy się nieco o procesie 16 nm TSMC (procesor z fabryk Samsunga dopiero czeka na analizę).

Przekrój przez Apple A9 z fabryki TSMC

Procesor Apple A9 ma 12 warstw metalowych – najwyższa warstwa jest z aluminium i nie była wcześniej stosowana przez Samsunga. Na zbliżeniu widać też, że w swoich FinFETach TSMC stosuje zwężające się ku górze żebra – podobnie jak w Intel w procesie technologicznym 22 nm.

Tranzystory FinFET (TSMC 14 nm)

Jak twierdzi Samsung, 20 nm i 16 nm od TSMC mają tą samą gęstość upakowania tranzystorów. Proces 14 nm Samsunga jest nieco bardziej zwarty, niż 20 nm Samsunga, bo odległość między żebrami tranzystora FinFET jest nieco mniejsza, niż miedzy źródłami/drenami w tranzystorach planarnych.

Samsung opracował swoje techniki we współpracy z IBM i GlobalFoundries. GloFo i Samsung chwalą się wzajemną kompatybilnością: projekt przygotowany dla fabryk Samsung można bez żadnych zmian przenieść do GloFo, i na odwrót. Dzięki temu firmy mogą wspólnie zapewnić większe dostawy układów w tym procesie technologicznym. Dlaczego Apple nie skorzystało z tej możliwości?

Dual sourcing – nikt tego nie robi

Zamawianie jednego mikroukładu z dwóch źródeł, tak zwany dual sourcing, to strategia dobrze znana producentom elektroniki. Zwykle jednak stosuje się ją do mniej istotnych elementów urządzenia: w smartfonach bardzo często pozyskuje się z dwóch źródeł pamięć DRAM i NAND, czipy radiowe czy ekrany.

Dual-sourcowanie układu ASIC, czyli mikroczipu zaprojektowanego przez firmę, która będzie go używać, do jednego konkretnego zastosowania, nie miało miejsca od lat. Bliskie przykłady z niedawnej historii, jakie przychodzą mi do głowy, to Kabini i Beema, dwa niskoenergetyczne APU AMD. Kabini produkowano w TSMC w procesie klasy 28 nm; wprowadzona rok później rodzina Beema jest produkowana w GlobalFoundries w procesie technologicznym o podobnych parametrach. Nie można tego jednak nazwać prawdziwym dual sourcingiem, bo jedna fabryka została całkowicie zastąpiona drugą, a po drodze zmieniono nieco architekturę APU. Na żadnym etapie nie pozyskiwano tego samego produktu z dwóch źródeł.

Również procesorów w konsolach do gier nie dotyczył dual sourcing: choć różne warianty procesorów z PS3, Xboxa 360 i innych konsol były produkowane w różnych procesach technologicznych, zawsze nowa wersja zupełnie zastępowała starą i nigdy nie stosowano dwóch źródeł jednocześnie.

Pewien japoński programista stworzył program identyfikujący wersję procesora A9 (nie instaluj go na swoim iPhone 6s – Steve Jobs Tim Cook tego nie pochwala!) i zebrał statystyki od jego użytkowników. Ponad 55% z około 20 000 sprawdzonych iPhone'ów ma procesor TSMC. W wersji 6s Plus proporcja jest lekko zachwiana w kierunku Samsunga, ale w małych iPhone'ach ponad 3/4 procesorów jest z TSMC.

Na razie nie wykryto żadnych funkcjonalnych różnic między dwoma wersjami A9. Żadnych bugów, problemów z wydajnością, różnic w czasie działania między ładowaniami – to pozwala sądzić, że projektanci Apple solidnie podeszli do problemu dual sourcingu.

Dlaczego Apple robi to, co dla innych producentów ASIC jest nieinteresujące albo nieopłacalne? Dlaczego drugim źródłem A9 nie jest GlobalFoundries, którego proces technologiczny jest niemal identyczny, co Samsunga? Pewnie nigdy nie poznamy wszystkich czynników stojących za tą decyzją. Z pewnością nie chodzi o powody techniczne. Nie ma też problemu z czynnikami prawnymi, które czasem zabraniają eksportu tego i owego do tych czy innych krajów. W grę wchodzą powody ekonomiczne albo zakulisowe zagrywki mające na celu zachwianie równowagi na rynku fabrykacji półprzewodników. Być może TSMC zaoferowało doskonałe ceny, uzasadniające inwestycję w drugi layout i zestaw masek, ale nie mogło obiecać dostaw w tak dużych ilościach, jak oczekiwało Apple. Być może samo Apple nie było zadowolone z pozycji Samsunga i chciało dać do zrozumienia, że zlecenia mogą się szybko skończyć. Być może obawiano się, że GloFo i Samsung będą chciały wspólnie dyktować warunki Apple.

Praktyczne skutki są takie, że wielu innych projektantów mikroczipów przekona się na własne oczy, że dual sourcing głównych procesorów nie umarł w latach 80. ubiegłego wieku. Jeśli sprawdzą się zapowiedzi analityków o tym, że procesy technologiczne bardziej zaawansowane niż 28-20 nm jeszcze długo nie będą atrakcyjne dla mniejszych firm, to dual sourcing może wrócić do łask. Jednocześnie różne poboczne fabryki krzemu, nie dysponujące najnowszymi procesami technologicznymi, mogą przeżyć mały renesans.

Zdjęcia zawdzięczamy uprzejmości TechInsights.

Oceny (23)
Średnia ocena
Twoja ocena
decorator12 (2015.10.04, 15:11)
Ocena: 2
Dobra, to dlaczego duzy iPhone jest sporo cieplejszy od mniejszego?
tomaster (2015.10.04, 17:08)
Ocena: -4
decorator12 (2015.10.04, 15:11)
Dobra, to dlaczego duzy iPhone jest sporo cieplejszy od mniejszego?


Bo ma większą baterię?
vibovit (2015.10.04, 17:12)
Ocena: 5
Przynajmniej nie pakują dwóch kompletnie różnych chipów do jednego modelu i udają że nic się przecież nie stało i różnic nie ma, a każdy wie jak jest.
Edytowane przez autora (2015.10.04, 17:13)
Stefan999 (2015.10.04, 17:32)
Ocena: 17
To jest zagrywka na postrach. Zarówno Samsung jak i TSMC wiedzą, że jakby coś zaczęło się nie podobać Apple to druga firma przejmie zamówienia. Możesz to być również sposób na uniknięcie kłopotów z uzyskiem. Dzięki temu nie stracą na braku dostaw. Inwestycja na pewno się zwróci.
Asteroid (2015.10.04, 17:39)
Ocena: 3
Oba chipy tyle samo Wat zużywają ?

https://www.youtube.com/watch?v=m5tpixN1KFE
Edytowane przez autora (2015.10.04, 17:40)
SunTzu (2015.10.04, 19:55)
Ocena: 6
Asteroid (2015.10.04, 17:39)
Oba chipy tyle samo Wat zużywają ?

https://www.youtube.com/watch?v=m5tpixN1KFE

Ciężko to powiedzieć....
Po pierwsze i tak najwięcej energii będzie we większości zastosowaniach używał ekran.
Po drugie układy charakteryzują się na tyle duży rozrzutem danej produkcji, że o ile nie jest to jakaś duża różnica to nie będziesz wiedział czy taka sztuka Ci przypadła czy procesor gorszy.
tybet2 (2015.10.04, 21:46)
Ocena: 10
Fajnie się czytało. Więcej takich ciekawostek na blogu :)
motiff (2015.10.04, 22:16)
Ocena: 0
Co tu dużo mówić, samsung taki specyficzny, a tsmc jest po prostu do masowych ilości niezwyciężony. Coś na rzeczy musi być z małą przepustowością samsunga, bo nie babraliby się w outsourcing procesu.
anemus (2015.10.04, 23:15)
Ocena: -1
Zacznijmy od tego, że zestaw masek nie kosztuje paręset milionów ale od paruset tysięcy do paru, góra parunastu milionów dla naprawdę wielkiej masówki z skomplikowanym układem.
Do tego niby co robi Intel z Sofią i Cherry Trail? Sofia tsmc (28nm) a ct u Intela(14nm). To nie jedyne przykłady, że to się opłaca...
Żeliwny Borsuk (2015.10.05, 11:55)
Ocena: 1
anemus (2015.10.04, 23:15)
Zacznijmy od tego, że zestaw masek nie kosztuje paręset milionów ale od paruset tysięcy do paru, góra parunastu milionów dla naprawdę wielkiej masówki z skomplikowanym układem.
Do tego niby co robi Intel z Sofią i Cherry Trail? Sofia tsmc (28nm) a ct u Intela(14nm). To nie jedyne przykłady, że to się opłaca...
Skąd ta informacja?
anemus (2015.10.06, 00:41)
Ocena: 1
Żeliwny Borsuk (2015.10.05, 11:55)
anemus (2015.10.04, 23:15)
Zacznijmy od tego, że zestaw masek nie kosztuje paręset milionów ale od paruset tysięcy do paru, góra parunastu milionów dla naprawdę wielkiej masówki z skomplikowanym układem.
Do tego niby co robi Intel z Sofią i Cherry Trail? Sofia tsmc (28nm) a ct u Intela(14nm). To nie jedyne przykłady, że to się opłaca...
Skąd ta informacja?

Jaka? Która?
Koszt maski w nowszych procesach to 5000-500000$ za warstwę. Warstw do 30 więc sobie policz. Co do Intela to nikt nie kryje, że Sofia przy współpracy z Rockchipem produkowana jest w TSMC.
Edytowane przez autora (2015.10.06, 01:58)
sprzedajevolvo (2015.10.06, 08:35)
Ocena: -3
Dobra a teraz niech mi ktoś wyjaśni o co chodzi?
są dwa procesory na 95% zero różnic i co w związku z tym?
Zamówiono u dwóch różnych dostawców/ producentów i co z tego ma wynikać?
Podwyższono koszty produkcji! - przepraszam cena końcowa jest tak wysoka że powinno się prawnie zakazywać sprzedaży produktów z tak wysoką przebitką!

Jako użytkownik końcowy nie będziesz dostrzegał różnic w działaniu, także nie dostrzeżesz różnic jako programista. Jako 'End User' masz gdzieś ilość rdzeni, konsumenci sprawdzą i wydadzą wyrok. I nawet gdyby tam był tryliard rdzeni nic to nie zmieni dla nas ważne jest aby sprzęt działał tak jak należy. I w zasadzie wymądrzanie się przedmówców o możliwościach produkcyjnych poszczególnych fabryk jest zwykłym Pierdo_le_nuie m
Mr Scooter (2015.10.06, 08:44)
Ocena: 1
[quote name='Asteroid' date='2015.10.04, 17:39' post='13027']Oba chipy tyle samo Wat zużywają ?

Watów, a nie wat.
iwanme (2015.10.06, 09:59)
Ocena: -1
Podwyższono koszty produkcji! - przepraszam cena końcowa jest tak wysoka że powinno się prawnie zakazywać sprzedaży produktów z tak wysoką przebitką!

Przypuszczam, że Apple przy takich zamówieniach i tak robi to wszystko po mocno preferencyjnych cenach.
Zadowolony Kierowca Tico (2015.10.06, 14:40)
Ocena: 2
sprzedajevolvo (2015.10.06, 08:35)
przepraszam cena końcowa jest tak wysoka że powinno się prawnie zakazywać sprzedaży produktów z tak wysoką przebitką!
Przepraszam, że co? :E :E :E :E
szejkxx (2015.10.06, 17:10)
Ocena: 2
sprzedajevolvo (2015.10.06, 15:19)
Przepraszam, że co? :E :E :E :E
jakiś chwilowy problem ze zrozumieniem czytanego tekstu czy stała opieka lekarska?

Nie no Apple jest przecież tak bogate, że powinno nowe iPhony dorzucać do Laysów.

Sprzedawaj Volvo dalej, a nie pleciesz głupoty publicznie. Cenę ustalają jaką chcą i widocznie opłaca im się produkować chipy w dwóch różnych miejscach nie podnosząc przy tym ceny w porównaniu do zeszłorocznego modelu.
Edytowane przez autora (2015.10.06, 17:10)
sprzedajevolvo (2015.10.06, 17:40)
Ocena: -2
'Nie no Apple jest przecież tak bogate, że powinno nowe iPhony dorzucać do Laysów.'
czytałeś całą wypowiedź ? czy skomentowałeś ot tak? wiesz może co to sarkazm?
czy będziesz się odnosił jak kolega do części wypowiedzi. Czytaj ze zrozumieniem aby publicznie głupot nie pleść.
Aargh (2015.10.08, 14:15)
Ocena: 0
http://www.macrumors.com/2015/10/07/tsmc-s...-battery-tests/
Układ od TSMC jest bardziej energooszczędny od Samsunga. Dodatkowo układ od Samsunga jest gorętszy od układu od TSMC.

Ach, ta magia cyferek od Samsunga. Niby 14nm, ale układ zachowuje się gorzej niż konkurencyjne 16nm :E
Zaloguj się, by móc komentować
Najnowsi blogerzy
ZenFistunknown_soliderhainczludojadkrzysztofwolongiewiczPuszorMuMineQPhalandircicior112kozarovvkristoflampart[DH] BanitovhpMade In 3WŚruTubaFoxaZlotoUchyGorylJaRoMalloygatorListonosz_złej_nowinytomeczek80max-bitroksiphaker146Blog technologiczny TECHNETQingwaWodziantracer123Windows7 fanWojtek Żuchowski