Обзор iPad 2,4: 32 нм увеличивает срок службы батареи

  1. 32 нм HK + MG Apple A5 SoC
  2. Более экономичный кубик

Когда Apple выпустила iPad 3-го поколения (как новый iPad), она также снизила цену начального уровня WiFi iPad 2 на 16 ГБ до 399 долларов. Продукты Apple, как правило, держат свои ценности исключительно хорошо, поэтому такая стратегия с двумя планшетами имела смысл. Apple также доказала успех стратегии «скидка предыдущему поколению» с помощью своей линейки iPhone, где теперь вы можете купить iPhone n-1 и n-2 текущего поколения по ценам, разделенным на 100 долларов.

Что отличается от iPad 2 за 399 долларов, так это то, что Apple использовала его как средство для представления новой аппаратной платформы или, точнее, нового SoC.

32 нм HK + MG Apple A5 SoC

До анонса нового iPad было три версии iPad 2:

Apple iPad 2 Модельный ряд iPad 2,1 iPad 2,2 iPad 2,3 iPad 2,4 A5 SoC 45 нм LP 45 нм LP 45 нм LP 32 нм LP Связь WiFi WiFi + GSM WiFi + CDMA WiFi

2,1 был только WiFi, 2,2 был GSM и 2,3 был CDMA. Новым дополнением к семейству является iPad 2,4. 2,4 заменяет оригинальный iPad 2,1. Это также доступно только в одной емкости.

Нет никакого известного способа узнать, получаете ли вы iPad 2,4 против старого iPad 2,1, не открывая коробку. 2,4-й блок, с которым я закончил, был сделан в Китае, исключая производственный регион как способ рассказать. Внешняя коробка выглядит идентично, как и само устройство.

Внешняя коробка выглядит идентично, как и само устройство

Более новые устройства iPad 2,4 должны поставляться с предустановленной iOS 5.1, в то время как любой более старый iPad 2,1 может иметь 5.0.1 или старше. Но самый точный способ узнать это, посмотрев на то, что утилита, подобная Geekbench, расскажет вам об оборудовании ( обновление : есть и другие бесплатные утилиты, которые могут служить той же цели, Linpack и Battery Life Pro - два примера):

Этот конкретный образец iPad 2,4 поступил от Best Buy, и несколько попыток найти его в другом месте оказались безрезультатными. Все признаки указывают на то, что iPad 2,4 относительно редок, что имеет смысл, если учесть, что внутри него.

Хотя iPad 2,1 и его 3G-братья использовали 45-нм Apple A5 SoC, iPad 2,4 использует 32-нм версию. Производительность осталась прежней, но кристалл намного меньше. Это, однако, не просто нормальное сжатие кристалла, так как Apple использует 32-нм LP-транзисторы с металлическим затвором от Samsung для этого нового кристалла A5. Intel был первым, чтобы сделать переход HK + MG обратно на 45 нм в 2007 году и правильно предсказал, что никто не сделает ход до 32 нм в ближайшее время.

Транзисторы удивительно сложны для полного понимания, но на высоком уровне они довольно просты. Представьте себе транзистор как кремниевый переключатель. Когда включено, ток течет, а когда выключено, ток прекращает течь. Чем меньше вы сделаете транзистор, тем больше вероятность, что он будет плохо себя вести. Если ток течет, когда транзистор выключен, вы теряете энергию. Это известно как ток утечки и может происходить из ряда источников.

Одним из таких источников является затворный оксидный / затворный диэлектрик, особенно тонкая часть современных транзисторов - порядка нескольких атомов толщиной. Разбавление диэлектрика затвора желательно до определенной точки, после которой диэлектрик просто пропускает слишком много энергии. Переключение на другой материал, в частности, материал с более высокой диэлектрической проницаемостью (более высоким значением k), может значительно снизить ток утечки и смягчить эту проблему. Это именно то, что делает первая часть процесса производства 32-нм металлических ворот Samsung.

Вторая половина нового процесса - это введение электрода с металлическим затвором. Переключение с поликремния на металлический электрод затвора приводит к более высокому току возбуждения за счет исключения области обедненных проводящих носителей между электродом затвора и диэлектриком затвора.

Переключение с поликремния на металлический электрод затвора приводит к более высокому току возбуждения за счет исключения области обедненных проводящих носителей между электродом затвора и диэлектриком затвора

Сочетание этих двух нововведений приводит к меньшему расходу тока и более эффективной доставке тока, что, в свою очередь, может дать нам более энергоэффективный чип. Это чистая победа. Это делает производство более сложным, и его внедрение, безусловно, требует обучения, но после того, как вы преодолеете это препятствие, оно станет еще одной частью процесса.

Более экономичный кубик

Традиционно переход к меньшему узлу процесса приводит к увеличению плотности транзистора. По мере того как транзисторы становятся меньше, вы можете разместить больше из них в одном и том же пространстве (или же в меньшем пространстве). Именно этот основной принцип заставляет работать закон Мура. Если вы сможете продолжать уменьшать размер транзисторов примерно на 50% каждые два года, теоретически вы сможете удваивать количество транзисторов при той же стоимости каждые два года (или сокращать стоимость в два раза каждые два года). На практике это не очень хорошо работает. Новые процессы всегда дороже, чем их предшественники, и логическое масштабирование никогда не бывает идеальным.

Редко в наши дни мы видим, как чистая умирает больше. С тиковой моделью Intel мы почти всегда видим увеличение функциональности, сопровождающее смену каждого узла процесса. В случае с Ivy Bridge мы действительно увидели значительное увеличение количества транзисторов благодаря улучшенному графическому процессору. Однако, с 32-нм A5 от Apple, мы действительно получим укороченную версию 45-нм A5 SoC. Единственная часть компьютерного мира, где мы видим эти чистые сокращения, находится в пространстве консоли, где производительность не должна повышаться в течение поколения, но стоимость должна снижаться.

45 нм A5 (слева) против 32 нм A5 (справа) - Источник:   Chipworks
45 нм A5 (слева) против 32 нм A5 (справа) - Источник: Chipworks

Размер матрицы 45-нм A5 составлял приблизительно 122 мм ^ 2. Новый 32-нм A5 имеет площадь поверхности всего 69 мм ^ 2. Это на самом деле удивительно хорошее масштабирование при 57% от старого размера матрицы, так как идеальное масштабирование от 45 нм до 32 нм будет составлять около 50,5%.

Это на самом деле удивительно хорошее масштабирование при 57% от старого размера матрицы, так как идеальное масштабирование от 45 нм до 32 нм будет составлять около 50,5%

Предполагая, что Apple может в полной мере использовать 300-миллиметровую пластину (чего не может быть, пластины круглые, в лучшем случае чипы прямоугольные, поэтому в них есть несколько непригодных для использования чипов), Samsung может поставить 579 45-нм матрицу A5 для Apple. Переход на 32 нм даст Apple на 75% больше кристалла на пластину при 1015 чипах. Опять же, оба эти числа являются завышенными, поскольку они предполагают полное использование площади поверхности пластины, а также 100% -ный выход, но вы можете увидеть преимущество меньшего кристалла. До тех пор, пока стоимость пластин увеличивается менее чем на 75%, увеличивается количество кристаллов на пластину, и Apple может эффективно снижать стоимость SoC, следуя этому пути.

Эти основанные на ARM SoC уже довольно дешевы - все продаются значительно ниже 30 долларов (многие около 15 долларов) - так что здесь не так много экономии. Для такого продукта, как iPad 2 за 399 долларов, где Apple нужно делать все возможное, чтобы поддерживать маржу, сохраняя (и увеличивая) долю рынка, каждый последний доллар имеет значение.

Плотность затвора против узла процесса в Samsung
Плотность затвора против узла процесса в Samsung

Однако есть и другая мотивация для Apple. Как и в любой хорошей микропроцессорной компании, лучше всего представить новую технологию процессов на известной архитектуре. Это также хорошая идея, чтобы представить новую технологию процесса на продуктах меньшего объема. Сочетание этих двух факторов минимизирует риск. Если с новым процессом что-то не так, внедрение новой архитектуры просто означает, что теперь у вас есть две очень сложные вещи для отладки - технология процесса и архитектура чипа. Если новый процесс поначалу не дает очень хороших результатов, вы бы точно так же облажались, если бы зависели от него для деталей с наибольшим объемом.

32 нм A5 в iPad 2,4 (Источник:   Chipworks   )
32 нм A5 в iPad 2,4 (Источник: Chipworks )

Apple решила опробовать 32-нм процесс Samsung HK + MG на A5, который использовался в Apple TV третьего поколения и некоторых новых iPad 2. Первый является относительно небольшим по объему продуктом для Apple, в то время как последний все еще перемещается в значительных количествах. Чтобы справиться с этим фактом, Apple продолжает поставлять оригинальный 45-нм iPad 2,1 вместе с новым 32-нм iPad 2,4. Любые сбои в производстве Samsung A5 и iPad 2,1s все еще более чем достаточно, чтобы обойти. Риск перехода на 32 нм эффективно снижается, в то время как уроки, извлеченные Apple из сборки 32 нм A5, окупятся в конце этого года, поскольку Apple наращивает производство 32 нм SoC для использования в следующем iPhone. Это очень умная стратегия, которую можно ожидать от опытной компании по производству микросхем, а не от поставщиков устройств. Если учесть, что в Apple работают чип-архитекторы, которые работали над всем, от Athlon 64 до Cortex A15, поведение Apple уже не так удивительно.

Apple получает два преимущества от iPad 2,4: более низкие производственные затраты и опыт работы с 32-нм технологией Samsung HK + MG, которую он позже будет использовать в гораздо больших объемах. А как насчет клиентов, которые в конечном итоге с iPad 2,4? Лучшее время автономной работы и более прохладная работа, конечно.

Влияние HK + MG на Samsung
Влияние HK + MG на Samsung

Вспомните основы 32-нм процесса Samsung HK + MG: повышение производительности на 40% при одной и той же утечке или уменьшение в 10 раз при той же скорости переключения. Поскольку iPad 2,4 сохраняет те же часы, что и первоначальный iPad 2, реализованное преимущество заключается в значительном снижении тока утечки. Это приводит к значительному увеличению времени автономной работы.

А как насчет клиентов, которые в конечном итоге с iPad 2,4?