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M7终于现身!iPhone 5s拆解技术细节揭秘


M7终于现身!iPhone 5s拆解技术细节揭秘

比起外观设计上的变化,这一代设备 iPhone 5s 更加注重硬件上的革新。因此,在它发售之后我们就更有必要去了解它技术上的奥秘了。不久前我们已经看过了 iFixit 所放出的拆解视频,现在他们的“好朋友”ChipWorks 也来操刀,带来更多前者没有提及的细节:

第一眼看整体设计

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除了 A7 处理器和两款当时未知的 MEMS(微机电系统)之外,我们在主板上一眼便能够看到许多似曾相识的部件。另外我们还看到了由德商戴乐格半导体(Dialog Semiconductor)生产的全新电源管理电路,以及凌云逻辑(Cirrus Logic)供应的音频解码及丁类放大器。还有一部分部件目前暂时难以辨认。

M7 协处理器

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M7 对于苹果来说是个新的方向,为了达到降低能耗的目的,它被用以收集并处理加速计、陀螺仪和电子罗盘的数据。尽管如此,这块芯片在主板上很难被找到,以至于有传言说 iPhone 5s 根本没有搭载 M7 协处理器。这或许是因为苹果在发布会中展示的芯片形象给人们带来了误导。

幸运的是,我们终于锁定了 M7,它实质上是由恩智浦(NXP)半导体公司生产的 LPC18A1 芯片。恩智浦 LPC1800 系列性能很高,基于 Cortex-M3 微控制器。我们曾通过分析师和合作伙伴的渠道,认定 M7 将会由恩智浦来供应。现在事实的确如此,这对于他们来说是一次大胜。

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M7 负责处理并转换来自加速计、陀螺仪、电子罗盘这些独立传感器的输入信号,它们都被安装在主电路板上。根据我们对苹果传统的了解,陀螺仪和加速计应该出自意法半导体(STMicroelectronics),而罗盘则是 AKM 公司的产品。之后我们确认罗盘部件确实是 AKM 提供的 AK8963。

M7 之子 —— 三轴加速计、三轴陀螺仪和电子罗盘

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上文中我们提到过两个神秘的 MEMS,芯片上分别标有 B361LP 和 B329 的字样,这让我们很感兴趣。经过确认,前者是由博世(Bosch) Sensortech 生产的 BMA220 三轴加速计。在我们的记忆中,这是苹果第一次采用博世的 MEMS,这与我们刚才的猜测不一样,因为这一款此前一直是由意法半导体所独占。博世你赢了!

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至于那块标注着 B329 的 MEMS,则确实是由意法半导体提供的三轴陀螺仪。

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电子罗盘部分此前已经说过,是由 AKM 生产的 AK8963。AK8963 内置一个磁传感器,用以感知 X 轴、Y 轴和 Z 轴,此外它还有一块传感器驱动电路、一块运算电路和一个信号放大链。

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A7 处理器

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  iPhone 5s 采用的是苹果全新的 A7 处理器,一款 64 位 ARM 系统芯片。通过分析师我们早已得知这款芯片仍旧由三星提供,接下来的照片展示了它的外部工艺、封装、标识、顶部金属层等细节,最后一张图则是其多晶硅晶粒照片。

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A7 确实出自三星之手

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光从外观来看,A7 与上一款芯片几乎完全一样,但真相却是隐藏在内部的,因此我们只能够通过数据来说话。上图是一张苹果 A6 芯片(APL0598)横截面的电子显微镜图像,展示了一组晶体管,很明显是三星的 32nm HKMG(金属栅极)工艺。为了方便起见我们测量了十个晶体管的总长度,得到 1230nm 这个数据,因此其栅极间距为 123nm。

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再来看看 A7 芯片(APL0698),使用相同的计算方法得到的结果是 114nm,即便算上误差(+/- 5nm)我们也能够保证栅极间距确实减小了。这也就是说,A7 芯片与三星的 Exynos 5410 一样,采用的是 28nm HKMG 工艺。尽管 4nm 的差距听上去很小,但大家需要注意的是实质减少的是面积,而非单纯的直线长度。因此,实际的差距是 28×28 / 32×32 = 784 / 1024,相当于只用了 77% 的面积就实现了与之前相等的功能。为方便想象,让我们假设 A7 芯片的大小为 102×102mm,而 A6 仅为 97×97mm,这多出来的地方就能够实现更多职能。

摄像头

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更高的像素与更灵敏的传感器,究竟哪个更好?我们当然希望两全其美,但在某些时候摄像头系统和芯片设计者必须在其中做出选择。在 iPhone 5s 的 iSight 摄像头上,苹果倾向于坚守 800 万像素阵营,不过却把有源像素阵列的面积增大了 15%。在 f/2.2 大光圈的帮助下,这套系统的感光性能够得到一个 33% 的提升。

iSight 摄像头上标有“DNL”字样,说明镜头模组属于索尼 IMX 145,与 iPhone 4s 和 iPhone 5 的一致。镜头模组的尺寸为 8.6mm x 7.8mm x 5.6mm,其中包括一个经过定制的 1.5 µm 索尼 Exmor-RS 堆栈式传感器。

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从 X 光下观察 iSight 摄像头的侧视图,我们可以看到苹果的传统设计:一个陶瓷工艺的芯片座,背后安装了背照式 CMOS 图像传感器。凹凸结合的设计是为了让信号垫与芯片座相连接。

我们仅用显微镜扫了一眼就看到了 Exmor-RS 传感器存在的迹象,首先看到的是索尼的 CMOS 图像传感器芯片(采用直通硅晶穿孔技术)。这种芯片曾经被用在富士通平板电脑的 800 万像素 ISX014 传感器上,然后出现在三星 Galaxy S4 的 1300 万 IMX135 中(安置在图像处理器里)。

Wi-Fi 系统芯片

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出现在这个模块中的是 BCM4334,我们在 iPhone 5 上已经见过它了。它包括 IEEE 802.11 a/b/g/n single-stream MAC/baseband/radio、蓝牙 4.0 + HS,还有一个集成 FM 无线电接收器。它将与外置 2.4 GHz 及 5 GHz 前端模组搭配使用,后者包括功率放大器、T/R 转换器和可选择的低噪放大器。

高通提供的 4G LTE 调制解调器

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接下来是高通 MDM9615M 4G LTE 调制解调器,它采用双芯片处理办法,以三星 DRAM 的形式储存特定的运营商信息及三星生产的 LTE 基带处理器。最近这种设计非常流行,今年我们已经在大批智能手机上看到相同的方案了。

其他设计

这方面的信息 iFixit 已经提及,不如我们再来过一遍:

博通 BCM5976A0KUB2G 触屏控制器
高通 MDM9615M LTE 调制解调器
高通 WTR1605L LTE/HSPA+/CDMA2K/TDSCDMA/EDGE/GPS 收发器
高通 PM8018 射频电源管理电路
海力士 H2JTDG8UD3MBR 128 Gb(16 GB)闪存
TriQuint TQM6M6224
Apple 338S1216
德州仪器 37C64G1
Skyworks 77810
Skyworks 77355
Avago A790720
Avago A7900
Apple 338S120L

 

 

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