Anslut till Senaste Tekniska Nyheter, Bloggar, Recensioner

iPad 2,4 recension: 32nm ger bättre batteritid

När Apple lanserade 3:e generationens iPad (som den nya iPad) sänkte man också priset på ingångsnivån 16GB WiFi iPad 2 till 399 $. Apples produkter tenderar att hålla sina värderingar exceptionellt bra, så denna strategi med två surfplattor var vettig. Apple bevisade också framgången med rabatt-den-föregående generationens strategi med sin iPhone-linje, där du nu kan köpa nuvarande, n-1 och n-2 generationer av iPhones till priser åtskilda med $100.

Vad som är annorlunda med $399 iPad 2 är att Apple använde den som ett fordon för att introducera en ny hårdvaruplattform, eller mer specifikt, en ny SoC.

32nm HK+MG Apple A5 SoC

Innan det nya iPad-tillkännagivandet fanns det tre versioner av iPad 2:








Apple iPad 2 Lineup
iPad 2,1 iPad 2,2 iPad 2,3 iPad 2,4
A5 SoC 45nm LP 45nm LP 45nm LP 32nm LP
Anslutningsmöjligheter WiFi WiFi + GSM WiFi + CDMA WiFi

2,1 var endast WiFi, 2,2 var GSM och 2,3 var CDMA. Det nya tillskottet till familjen är iPad 2,4. 2,4 ersätter den ursprungliga iPad 2,1. Det är också bara tillgängligt i en enda kapacitet.

Det finns inget känt sätt att avgöra om du skaffar en iPad 2,4 jämfört med den äldre iPad 2,1 utan att öppna kartongen. 2,4-enheten jag slutade med tillverkades i Kina, vilket utesluter tillverkningsregionen som ett sätt att berätta. Den externa lådan ser identisk ut, liksom själva enheten.


De nyare iPad 2,4-enheterna bör komma med iOS 5.1 förinstallerat, medan alla äldre iPad 2,1-lager kan ha 5.0.1 eller äldre. Men det mest exakta sättet att berätta är att titta på vad ett verktyg som Geekbench kommer att berätta om hårdvaran (Uppdatering: det finns andra free verktyg som kan tjäna samma syfte, Linpack och Battery Life Pro är två exempel):

Det här speciella iPad 2,4-exemplet kom från Best Buy, och flera försök att hitta en på annat håll misslyckades. Alla indikationer verkar peka på att iPad 2,4 är relativt sällsynt, vilket är vettigt med tanke på vad som finns inuti den.

Även om iPad 2,1 och dess 3G-bröder alla använde en 45nm Apple A5 SoC, använder iPad 2,4 en die-shrunk 32nm version. Prestandan förblir densamma, men tärningen är mycket mindre. Detta är dock inte bara en normal formkrympning, eftersom Apple använder Samsungs 32nm high-k + metal gate LP-transistorer för denna nya A5-matris. Intel var först med att göra HK+MG-övergången tillbaka vid 45nm 2007 och förutspådde korrekt att ingen annan skulle göra flytten förrän tidigast 32nm.

Transistorer är otroligt komplicerade att förstå till fullo, men på en hög nivå är de ganska enkla. Föreställ dig en transistor som en kiselbaserad switch. När den är på flyter ström, och när den är avstängd slutar strömmen att flyta. Ju mindre du gör en transistor, desto mer sannolikt är det att den missköter sig. Om ström flyter medan transistorn är avstängd, slösar du på kraft. Detta är känt som läckström och kan komma från ett antal källor.

En sådan källa är gate-oxid/gate-dielektrikum, en särskilt tunn del av moderna transistorer – i storleksordningen en handfull atomer tjocka. Det är önskvärt att förtunna grinddielektriken upp till en viss punkt, varefter dielektrikumet helt enkelt läcker för mycket effekt. Att byta till ett annat material här, specifikt ett med en högre dielektricitetskonstant (ett högre k-värde), kan avsevärt minska läckströmmen och mildra detta problem. Detta är precis vad den första delen av Samsungs 32nm high-k + metallgrindprocess gör.

Den andra halvan av den nya processen är introduktionen av en metallgateelektrod. Omkoppling från en polykisel till en metallstyrelektrod resulterar i högre drivström genom eliminering av ett område med utarmade ledande bärare mellan grindelektroden och styrdielektrikumet.

Kombinationen av dessa två innovationer resulterar i mindre slöseri med ström och effektivare strömleverans, vilket i sin tur kan ge oss ett mer energieffektivt chip. Det är en nettovinst. Det gör tillverkningen mer komplex, och det finns definitivt en inlärningskurva för att implementera det, men när du kommer över det hindret blir det bara ytterligare en del av processen.

Ju mer kostnadseffektiv dör

Traditionellt medför övergången till en mindre processnod en ökning av transistortätheten. När transistorer blir mindre kan du passa in fler av dem i samma utrymme (eller samma antal i ett mindre utrymme). Det är denna grundläggande princip som gör att Moores lag fungerar. Om du kan fortsätta att krympa transistorstorleken med cirka 50 % vartannat år, kommer du teoretiskt sett att kunna fördubbla transistorantalet till samma kostnad vartannat år (eller halvera kostnaden vartannat år). I praktiken fungerar det inte så bra. Nyare processer är alltid dyrare än sina föregångare initialt och logisk skalning är aldrig perfekt.

Det är sällsynt nuförtiden att vi faktiskt ser en ren tärning krympa längre. Med Intels tick-tock-modell ser vi nästan alltid ökningar i funktionalitet för att följa varje processnodskifte. I fallet med Ivy Bridge såg vi faktiskt en betydande ökning av antalet transistorer tack vare en förbättrad GPU. Men med Apples 32nm A5, slutar vi verkligen med en krympt version av 45nm A5 SoC. Ungefär den enda delen av datorvärlden där vi ser dessa rena krympningar är i konsolutrymmet där prestandan inte behöver gå upp inom en generation, utan kostnaden måste gå ner.



45nm A5 (vänster) kontra 32nm A5 (höger) – Källa: Flisverk

Den ursprungliga 45nm A5-matrisen mätte cirka 122 mm^2. Den nya 32nm A5 har en yta på endast 69 mm^2. Det är faktiskt otroligt bra skalning vid 57 % av den gamla formstorleken, eftersom perfekt skalning från 45nm till 32nm skulle vara runt 50,5%.

Om vi ​​antar att Apple kan utnyttja en 300 mm wafer till fullo (vilket den inte kan, wafers är runda, chips är i bästa fall rektangulära så det finns några oanvändbara chips), skulle Samsung kunna leverera 579 45nm A5-matris till Apple. Flytten till 32nm skulle ge Apple 75 % mer tärning per skiva vid 1015 marker. Återigen är båda dessa siffror över uppskattningar eftersom de förutsätter full användning av ytan på en wafer samt 100 % avkastning, men du kan se fördelen med en mindre form. Så länge waferkostnaderna ökar med en faktor som är mindre än ökningen på 75 % i antalet tärningar per wafer, kan Apple effektivt minska SoC-kostnaderna genom att gå den här vägen.

Dessa ARM-baserade SoCs är redan ganska billiga – alla säljer långt under $30 (många runt $15) – så det finns inte mycket kostnadsbesparingar här. På en produkt som $399 iPad 2, där Apple måste göra sitt bästa för att bibehålla marginalerna samtidigt som de håller fast vid (och växer) marknadsandelar, spelar varenda krona roll.



Gatedensitet kontra processnod hos Samsung

Det finns dock en annan motivation för Apple. Precis som med alla bra mikroprocessorföretag är det bäst att introducera en ny processteknologi på en känd arkitektur. Det är också en bra idé att introducera en ny processteknik på produkter med lägre volym. Kombinationen av båda dessa minimerar risken. Om det skulle vara något fel med den nya processen, innebär det bara att introducera en ny arkitektur på den att du nu har två mycket komplexa saker att felsöka – processtekniken och chipets arkitektur. Om den nya processen inte skulle ge mycket bra initialt, skulle du bli på samma sätt skruvad om du var beroende av den för dina delar med högsta volym.



32nm A5 i iPad 2,4 (Källa: Flisverk)

Apple bestämde sig för att testa Samsungs 32nm HK+MG-process på A5 som används i 3:e generationens Apple TV och några av de nya iPad 2s. Den förra är en relativt låg volymprodukt för Apple, medan den senare fortfarande rör sig i betydande mängder. För att hantera det faktum fortsätter Apple att leverera den ursprungliga 45nm iPad 2,1 tillsammans med den nya 32nm iPad 2,4. Någon hicka i Samsungs produktion av A5 och det finns fortfarande mer än tillräckligt med iPad 2,1s att gå runt. Risken för att flytta till 32nm minskas effektivt, medan lärdomarna Apple får genom att bygga 32nm A5 kommer att löna sig senare i år när Apple ökar produktionen av en 32nm SoC för användning i nästa iPhone. Det är en väldigt smart strategi, en man kan förvänta sig av ett erfaret chipföretag – inte en enhetsleverantör. När man tänker på att Apple har chiparkitekter som har arbetat med allt från Athlon 64 till Cortex A15, är Apples beteende inte längre så överraskande.

Apple får två fördelar med iPad 2,4: lägre tillverkningskostnader och erfarenhet av Samsungs 32nm HK+MG-process som den senare kommer att använda i mycket större volymer. Hur är det med kunder som får en iPad 2,4? Bättre batteritid och svalare drift förstås.



Effekten av HK+MG hos Samsung

Kom ihåg grunderna i Samsungs 32nm HK+MG-process: en 40 % prestandaförbättring vid samma läckage, eller en 10x minskning av läckaget vid samma växlingshastighet. Eftersom iPad 2,4 behåller samma klockor som den ursprungliga iPad 2, är fördelen en betydande minskning av läckströmmen. Detta leder till påtagligt bättre batteritid.