ipad inside, vediamo dentro l'ipad

Si è parlato moltissimo dell’iPad, ben poco – se non con speculazioni e “si dice” – del microprocessore al suo interno, l’A4 di Apple. Finalmente UBM TechInsights lo ha analizzato ed è riuscita a ottenere alcuni risultati interessanti.
Innanzitutto è bene ricordare la storia degli sforzi adottati da Apple nei suoi processori a partire dall’introduzione del primo iPhone, datata 2007. Apple da allora ha introdotto due dispositivi mobili all’anno, inizialmente alternando le diverse generazioni di iPhone e iPod Touch (ottenendo così la successione iPhone, iPod Touch di prima generazione, iPhone 3G, iPod di seconda generazione, iPhone 3GS, nuovamente l’iPod ma alla terza generazione, per giungere infine all’iPad, che sarà molto probabilmente seguito dall’iPhone di quarta generazione.
Ora un’analisi sulle tecniche di fabbricazione adottate nei processori di Apple su tutti questi dispositivi ha portato all’interessante conclusione che Apple ha sempre introdotto una nuova tecnologia inizialmente nella famiglia degli iPod per poi portarla al ben più complesso iPhone (che dispone di tutta l’elettronica relativa alla comunicazione cellulare).
I processori usati per gli iPhone di prima generazione e 3G sono di derivazione Samsung a 90nm con integrazione della memoria DRAM. La nuova generazione di processori, introdotta appunto con l’iPod di seconda generazione, ha visto il passaggio alla tecnologia a 65nm, dopodiché con l’iPod di terza generazione si è finalmente arrivati alla tecnologia a 45nm usata anche per l’iPad.
Ora mentre l’identificazione del nodo tecnologico è abbastanza agevole, capire da quale fonderia o da quale produttore derivi tale processo è molto più complicato, tanto che si riesce ad avere un’idea del produttore solamente analizzando dei dati di “contorno”, quali le passivazioni, i dielettrici, e altri dettagli che si comportano da vere e proprie firme del produttore. Grazie a questo UBM è stata in grado di stabilire con buona certezza che i processori di nuova generazione sono stati fabbricati da Samsung: questo primo passo è importante poiché dalle caratteristiche del processo e delle librerie standard fornite con esso è possibile avere una prima idea del grado di innovazione del prodotto e quanto una buona progettazione può aver contribuito alle prestazioni del processore.
Lo studio della dissipazione di potenza del processore risulta essere di particolare interesse, se non altro per le interessanti specifiche dell’iPad, che è in grado di funzionare per 10 ore consecutive con una batteria avente la capacità di 25 Watt-ora.

L’acquisto da parte di Apple delle due società di progettazione PA Semi e Intrinsity ha sicuramente contribuito per le prestazioni velocistiche e di risparmio energetico del processore. Tramite test funzionali e misurando il consumo, si sono potuti stabilire alcuni capisaldi sulle caratteristiche di potenza dell’iPad. Lo schermo LCD ha un consumo compreso tra 1 e 3,5W, a seconda del grado di luminosità del pannello; la scheda madre richiede 1W e assumendo che di questo consumo un valore tra il 50% e l’80% sia imputabile proprio alla CPU, si deduce che quest’ultima assorbe tra 500 e 800mW durante la navigazione Web con connessione Wi-Fi (operazione che richiede 2W di potenza). L’ascolto di musica e la visione di video richiedono complessivamente tra 1,5 e 1,7W, con luminosità dell’LCD ridotta al minimo e di nuovo è possibile giungere a un contributo all’assorbimento da parte della CPU dell’ordine di250-520mW.
Questi numeri sono rivelatori di una CPU progettata per essere efficiente e in linea con alcuni prodotti ARM dalle specifiche analoghe, lasciando però ad Apple il primato dell’introduzione sul mercato di questa classe di dispositivi.
In ogni caso si è dimostrato che la retro-illuminazione dell’LCD è la sezione a maggior consumo di tutto il dispositivo.
Infine si è voluto dare uno sguardo di dettaglio al processore, mediante analisi del silicio e del firmware, per verificare se sono state introdotte innovazioni particolari e meritevoli di brevetto. Per far ciò gli analisti si son serviti di analisi funzionale del layout, permettendo di esplorare il chip fino al livello del substrato e di evidenziare i principali blocchi costitutivi.
L’analisi funzionale del layout ha permesso di identificare diversi blocchi logici e aree di memoria. Partendo dalle specifiche di ARM, è noto che un core Cortex-A8 da 65nm può operare fino a 1GHz; dato che l’A4 dell’iPad ha un processo da 45nm, si evince un notevole sforzo di bilanciamento tra prestazioni e consumi. Inoltre si è avuta conferma del supporto da parte di A4 del set di istruzioni Neon di ARM dedicato al processamento dei media.
Prossime analisi, che includeranno il reverse engineering del chip, consentiranno di stabilire l’apporto delle librerie avanzate di Intrisity per ottimizzare i punti critici del core di ARM.
Senza dubbio molti progressi si otterranno dall’ottimizzazione dei consumi dei driver dei LED, della retro-illuminazione e della sezione ad altra frequenza del dispositivo.