Vad finns inuti iPads chip?

Trots utbredda spekulationer är ingenting utöver vad Steve Jobs tillkännagav förra veckan känt om A4-chippet i hjärtat av Apple iPad.

Chip in: iPadens A4 är Apples första hemmagjorda chip.

Jobs beskrev chippet med typisk återhållsamhet under avtäckningen av iPad. Den drivs av vårt eget kisel – det ena gigahertz Apple A4-chippet – det skriker, sa han och tillade att A4-chippet innehåller en integrerad CPU och grafikkärna på ett enda system på ett chip (SoC).

Strax efter tillkännagivandet började experter spekulera i att chippet var baserat på samma ARM-arkitektur som iPhone och iPod touch.

Ingen officiell källa som jag kan hitta har bekräftat att A4 använder ARM, säger Tom Halfhill, senior analytiker på Microprocessor Report. Men, säger han, det är logiskt att anta att iPad använder en processor baserad på ARM-arkitekturen. Det är vettigt, [eftersom] Apple inte skulle behöva porta iPhone OS till en ny CPU-arkitektur.

Vissa har föreslagit att chippet kan vara baserat på de senaste och snabbaste ARM-designerna, men både de lite äldre och långsammare ARM Cortex 8 och de nyare ARM Cortex 9-kärnorna kan köras med en klockhastighet på en gigahertz, konstaterar Halfhill. Att öka hastigheten på en ARM Cortex 8-kärna – kärnan som tros köras i det Samsung-byggda chipet som driver iPhone 3GS – till en gigahertz skulle vara möjligt eftersom iPad har mer utrymme för batterier, vilket gör att ingenjörer kan köra A4 vid en högre spänning och därmed klockfrekvens.

Gene Munster, en senior forskningsanalytiker på Piper Jaffray, säger att Apple kan ha känt behovet av att utveckla sitt eget chip av en enkel anledning. En anledning till att Apple gjorde detta är att de sparar pengar på chippet, säger Munster. På en iPhone kostar ett Samsung-chip 15 USD – det är den tredje dyraste delen av telefonen. Att gå från $15 till $5 låter inte som mycket, men om du multiplicerar det med 15 miljoner enheter, blir det upp.

Råhastighet har nämnts som en annan anledning för Apple att flytta till ett nytt chip, men Munster köper det inte – inte med företag som NVidia och Qualcomm som erbjuder liknande kraftfulla designs för netbooks och andra enheter. Jag kan bara inte föreställa mig att Apple kan bygga något själva som är bättre än dessa företag, säger han.

En mer trolig teknisk orsak till Apples anpassade kisel, hävdar Munster, är behovet av att hålla strömförbrukningen till ett minimum. De kan skapa något som inte är lika snabbt, men som kanske är bättre på strömförbrukning, säger han. Om du tittar på batteritiden de pratar om är surfplattan större än iPhone men det verkar som om de har gjort ett bättre jobb med batteritiden.

A4:s grafikkärna kan också använda ARM-arkitekturen, men detta skulle kräva on-the-fly översättning av kod för befintliga iPhone-applikationer. Eftersom nästan alla befintliga iPhone-applikationer kommer att köras på iPad, är det mer troligt att Apple fortsätter att använda uppgraderade versioner av samma grafikkärnor som finns i iPhone och iPhone 3GS, som skapades från design som är licensierad av Imagination Technologies, baserat i Storbritannien.

Representanter för Imagination vägrade diskutera huruvida A4 SoC använder en Imagination-kärna eller inte. Men Apple äger knappt 10 procent av företaget och alla iPhone och iPhone touch-modeller använder Imaginations PowerVR MBC-familj av grafikkärnor. Imagination bekräftade också nyligen att iPhone 3GS använder den uppgraderade PowerVR SGX-designen. Om iPad fortsätter denna trend kan den dra nytta av funktioner i Imaginations grafikkärna som är unikt väl lämpade för att köra en skärm lika stor som den på iPad.

Till exempel använder Imagination så kallad tile-based deferred rendering, vilket hjälper till att driva ett snabbare användargränssnitt. Man delar upp en skärm i små brickzoner, säger Kristof Beets, chef för affärsutveckling för grafik på Imagination. Detta gör det möjligt för ett chips grafikkärnor att beräkna individuella brickor på skärmen – säg 32 x 32 pixlar på en 800 x 480 skärm, med data lagrade i on-chip-cacher. Genom att undvika steget där en helskärmsrenderare måste komma åt RAM, kan chippet rendera en skärm full av bilder mycket snabbare.

En andra funktion i Imaginations teknologi som kan vara relevant är uppskjuten rendering. Normalt kommer en 3D-algoritm att beräkna platsdata för ett givet objekt efter att ha beräknat dess form och de ljuseffekter som tillämpas på det. Det betyder att där pixlar på en skärm motsvarar objekt som blockeras av andra objekt, så går en del av den beräkningen till spillo. Detsamma gäller för objekt i fönster som är skiktade ovanpå varandra i en skrivbordsmiljö. Imaginations chips däremot beräknar platsdata först, vilket minimerar antalet beräkningar som måste göras och tillåter lägre strömförbrukning.

I april 2008 förvärvade Apple P.A. Semi, en chiptillverkare som specialiserat sig på strömsnåla processorer som använder PowerPC-arkitekturen – samma arkitektur som användes av Apple i sina datorer tills de bytte till Intel-processorer 2006.

Några av [P.A. Semi's] ingenjörer hade ARM-erfarenhet, och naturligtvis skulle deras kunskap om chipdesign kunna överföras till vilken CPU-arkitektur som helst, säger Halfhill. En högintegrerad SoC som Apple A4 skulle dock ta minst 12 till 18 månader att designa, felsöka och tillverka, vilket gör det osannolikt att P.A. Semiingenjörer designade den från grunden.

Enligt Halfhills uppfattning gör detta det ännu mer sannolikt att A4-chippet huvudsakligen är tillverkat av design som nära matchar befintliga ARM-kärnor. Apple skulle ha behövt gå oerhört snabbt för att designa sin egen ARM-kompatibla kärna och A4 SoC på så kort tid, säger han. Det är därför jag tror att A4 är byggd på befintliga kärnor från ARM.

Halfhill föreslår att P.A. Semiingenjörer kan ha tagits ombord för något annat projekt än A4-chippet. Jag skulle inte bli förvånad om många eller de flesta av P.A. Semiingenjörer tilldelades ett annat projekt – som ett framtida Apple A5-chip, säger han.

Dölj