Benvenuti al terzo appuntamento di Scienza con iFixit. Per l'occasione, abbiamo ricevuto una mano dai nostri amici di Chipworks.

Disclaimer: in questo smontaggio verrà usato parecchio gergo tecnico. Cercheremo di spiegare in modo sintetico ciò che possiamo, ma aspettatevi molti link al buon vecchio Wikipedia.

Quindi salite a bordo e unitevi a noi mentre cerchiamo di capire perché l'A6 è così dannatamente in gamba.

Ma prima, due parole sull'attrezzatura di Chipworks che rende tutto questo possibile.

Chipworks possiede un autentico blaster a ioni, chiamato affettuosamente Ibe (abbreviazione di "ion beam etching", ovvero incisione a fascio ionico).

L'Ibe viene utilizzato per rimuovere strati di dispositivi a semiconduttore in modo controllato e selettivo, con risultati molto precisi e planari.

Essenzialmente, l'incisione a fascio ionico è come la sabbiatura di un chip per rimuovere strati specifici. Invece della sabbia, tuttavia, l'Ibe usa gli atomi in un fascio ionico per fare il lavoro sporco.

I dispositivi a semiconduttore odierni sono costruiti con materiali dissimili, come l'Apple A6, fabbricato con il processo HKMG (dielettrico ad alta K, Metal Gate) CMOS a 32 nm di Samsung, il che rende questo strumento inestimabile.

tl;dr è un blaster a ioni.

Un membro del team di sviluppo di Chipworks imposta i parametri su Ibe per la rimozione dei dielettrici su un chip con nodo avanzato (come l'A6), dove possono esserci fino a 9 strati di rame e 1 strato di alluminio, oltre a strati di polisilicio e substrato.

Recentemente, Chipworks ha completato un ampliamento del proprio laboratorio di de-layering, aggiungendo diverse altre stazioni di lavaggio a umido, cappe aspiranti e stazioni di lucidatura.

I profili di doping dei semiconduttori sono estremamente importanti per capire come funzionano e come sono costruiti gli avanzati dispositivi odierni.

Chipworks ha recentemente introdotto un nuovo microscopio a scansione di capacità ad alta risoluzione. Grazie a questo nuovo SCM possono esaminare i profili di doping dei dispositivi NMOS e PMOS nell'A6, oltre a capire come sono stati drogati i fotocatodi nella fotocamera iSight da 8 megapixel.

Scienza!

I tecnici di processo e sviluppo esaminano i risultati dopo aver preparato l'A6 per la lavorazione. Le visualizzazioni intermedie attraverso microscopi ottici forniscono ai tecnici il feedback necessario per perfezionare le regolazioni nelle fasi di lavorazione successive e massimizzare i risultati.

Successivamente, Chipworks analizza al microscopio la fotocamera posteriore. Noi (insieme a praticamente tutti gli altri) vogliamo generalmente sapere chi produce la fotocamera iSight, e quell'informazione è nascosta in profondità all'interno della fotocamera stessa.

Compiti diversi richiedono strumenti diversi. Se vuoi osservare la deformazione del transistore, o alcuni spessori dell'ossido di gate, o persino l'orientamento del reticolo cristallino, devi ricorrere al pezzo da novanta...

…ovvero il cannone elettronico presente nel nuovo TEM (microscopio elettronico a trasmissione)!

I TEM ottengono la loro alta risoluzione dalla piccola lunghezza d'onda di de Broglie degli elettroni. Questa è la meccanica quantistica in azione!

Per farla breve, il TEM funziona sparando un fascio di elettroni su un pezzo di materiale, per poi osservare il modo in cui gli elettroni interagiscono con tale materiale.

Quelli di Chipworks sono piuttosto entusiasti di questo telefono. Direttamente dalla fonte: "Questo telefono è pieno di componenti nuovi di zecca... la migliore uscita di Apple dal primo iPhone."

Daremo un'occhiata a:

Processore applicativo Apple A6

Chip audio Apple 338S1077 Cirrus

Modulo Wi-Fi Murata 339S0171

Modem LTE Qualcomm MDM9615

Ricetrasmettitore RF multibanda/modalità Qualcomm RTR8600

Iniziamo aprendo l'A6 per vedere cosa lo alimenta.

Che aspetto ha la parte superiore del die in metallo del processore A6? A noi ricorda un cracker Wheat Thin.

Ti chiederai come siano state create queste foto. Beh, abbiamo fotografato un Wheat Thin. Chipworks ha scelto la strada più lunga:

L'A6 viene prima decapsulato in una soluzione di acido solforico fumante, riscaldato a una temperatura studiata per ottenere i migliori risultati.

Poi, gli ingegneri di Chipworks usano un microscopio per scattare immagini del die. Il die viene caricato su una tavola X-Y controllata da servomotore, e la messa a fuoco viene impostata e mantenuta tramite monitoraggio laser.

Le coordinate dell'immagine vengono programmate nel sistema. Il microscopio sposta automaticamente il die e scatta diverse immagini, che vengono unite per creare la foto completa del die.

Uno dei macchinari utilizzati per il processo è visibile nella terza immagine.

Durante lo smontaggio dell'iPhone 5, abbiamo fatto riferimento all'etichetta serigrafata B8164B3PM, che indicava 1 GB di LP DDR2 SDRAM Elpida.

Il die mark (prima immagine) e la foto del die (seconda immagine) confermano la forte intuizione che la LP DDR2 SDRAM da 1 GB dell'A6 sia fornita da Elpida.

Tuttavia, Samsung non è del tutto assente nell'A6. L'Apple A6—etichettato APL0598 sui contrassegni della confezione e APL0589B01 all'interno—è fabbricato da Samsung con il loro processo CMOS a 32 nm e misura 9,70 mm x 9,97 mm.

Anche se l'A6 è stato prodotto da Samsung, ciò non significa che sia stato progettato da Samsung. Il processore Apple A6 è il primo processore progettato su misura da Apple. Si basa sul set di istruzioni ARMv7s.

Poiché Apple aveva il controllo completo sulla progettazione del processore, è stata in grado di personalizzare e ottimizzare le prestazioni a proprio piacimento.

Con un'area del die di 96,71 mm², il die è notevolmente più grande della variante di generazione precedente dell'Apple A5 (~70 mm quadrati), che era stata fabbricata da Samsung utilizzando il loro processo HKMG a 32 nm; quindi, supponendo che anche l'A6 sia a 32 nm, c'è una funzionalità notevolmente maggiore nel nuovo componente.

Viaggio al centro dell'A6. Le caratteristiche più evidenti all'interno sono i core ARM dual-core e i tre core grafici PowerVR.

Se confrontato con il layout rigido ed efficiente dei core della GPU, situati subito sotto, il layout dei core ARM sembra a prima vista un po' artigianale.

In genere, i blocchi logici vengono disposti automaticamente utilizzando software informatici avanzati. Tuttavia, sembra che i blocchi dei core ARM siano stati disposti manualmente, ovvero a mano.

Un layout manuale solitamente si traduce in velocità di elaborazione più elevate, ma è molto più costoso e richiede molto più tempo.

Il layout manuale dei processori ARM conferisce molta credibilità alle voci secondo cui Apple avrebbe progettato un processore personalizzato dello stesso calibro del nuovissimo Cortex-A15, e potrebbe essere l'unico layout manuale presente in un chip arrivato sul mercato negli ultimi anni.

Le forme rialzate simili a tavolati nella vista in sezione ingrandita (seconda immagine) sono le strutture dei transistori, e i piccoli pioli che corrono tra di esse sono in realtà i contatti tra gli strati.

Non possiamo fare a meno di pensare che la disposizione dei transistori assomigli molto a un acquedotto romano.

Questa linea molto sottile conferma che si tratta di un processo HKMG (Hi-K metal gate) a 32 nm.

Il processo HKMG a 32 nm dell'A6 è lo stesso utilizzato nell'Apple TV 3rd Generation (APL2498 su Chipworks).

In un FET (transistor a effetto di campo), K è la costante dielettrica dello strato tra l'elettrodo di gate e il silicio. Questo è un parametro fisico del materiale che aiuta a controllare la tensione di accensione del transistore.

Questo sarà anche uno smontaggio dell'A6, ma il nuovo iPhone è pieno di nuovi chip da analizzare: non pensavi mica che l'A6 gestisse il dispositivo da solo, vero?

Chipworks ha aperto il Apple 338S1077 per confermare che si tratta, di fatto, di un amplificatore audio in classe D Cirrus CS35L19.

La seconda immagine mostra il die del Cirrus CS35L19. A giudicare dall'iscrizione, questo pacchetto sembra appartenere alla famiglia CS35L, sebbene non sia elencato specificamente sul sito Cirrus.

Il modulo SoC Wi-Fi Murata comprende in realtà un pacchetto Broadcom BCM4334 oltre a un oscillatore, condensatori, resistori, ecc. Puoi vedere tutti i componenti nella radiografia (terza immagine).

Murata assembla tutti i componenti e invia il pacchetto a Foxconn, dove finisce sulla scheda logica dell'iPhone. Chipworks l'ha descritto al meglio: "Murata costruisce una casa che è piena dei mobili di qualcun altro".

Ecco le immagini del die del Broadcom BCM4334, fabbricato a Taiwan presso TSMC con un processo CMOS a 40 nm. Le sue caratteristiche principali:

Wi-Fi (802.11 a/b/g/n)

Bluetooth 4.0 + HS

Ricevitore FM

Passiamo ora ai pacchetti del modem LTE Qualcomm MDM9615 e del ricetrasmettitore RF multi-banda/modalità RTR8600. Abbiamo trattato l'MDM9615 in modo approfondito nello smontaggio dell'iPhone 5, ma ecco un breve riepilogo:

L'MDM9615 consente il supporto multi-spettro e multi-modalità LTE. È responsabile della trasmissione simultanea di voce e dati su LTE (a condizione che l'operatore disponga dell'infrastruttura necessaria per consentire il trasferimento simultaneo di voce e dati).

Il Qualcomm RTR8600 è un ricetrasmettitore RF multi-banda/modalità. L'RTR8600 è accoppiato all'MDM9615 per supportare varie bande, tra cui 5 bande UMTS, oltre 5 bande LTE e 4 bande EDGE.

Cosa è ritratto in questo passaggio, ti chiederai?

La prima immagine mostra il die della banda base LTE HG11-N3877.

La seconda immagine mostra il die di memoria Samsung 1G-F-MC da 128 MB, anch'esso presente nell'MDM9615.

La terza immagine mostra il die dell'RTR8600.

Un grande ringraziamento a Chipworks per averci dato accesso ai loro laboratori e per averci fatto scoprire il funzionamento interno del surprisingly-repairable iPhone 5, che si è rivelato sorprendentemente riparabile.

Stanno eseguendo ulteriori analisi sui componenti dell'iPhone 5. Curiosamente, nonostante all'apparenza sembri tutto piuttosto simile, affermano che "l'iPhone 5 non è un'evoluzione del design, ma molto probabilmente un design completamente nuovo."