Apple Watch の心臓部には、Apple が自社設計した「S1」コンポーネントがあり、文字通りコンピューター アーキテクチャ全体を 1 つのチップにまとめています。ここで探している業界用語は、システム イン パッケージ (SiP) 設計です。
ABI Research による最近の分解分析により、S1 の内部には 512MB の RAM、ARM ベースの CPU、Broadcom Wi-Fi モジュール、加速度計とジャイロスコープ、およびその他のコンポーネントが搭載されていることが判明しました。
今日、Chipworks の半導体専門家は、S1 パッケージの分解を更新し、使用されたプロセス技術の種類に関する興味深い情報をいくつか提供しながら、このような小型でありながら強力なパッケージを可能にしたかなりユニークな設計ソリューションを明らかにしました。
S1 には、独自の方法で組み合わされた 30 個もの個別コンポーネントが含まれており、わずか 26 mm x 28 mm の小さなパッケージ内に密封されています。
「これは大きな成果だ」とチップワークスは指摘した。
どうやら、AppleはApple Watchのアプリケーションプロセッサ（AP）の製造を再びSamsungの部品製造部門に委託したようです。アプリケーションプロセッサは通常、モバイルOS環境でコードを実行できるCPUです。
S1に内蔵されているAPには「APL0778」という刻印があります。これは、中央処理装置（CPU）とImagination Technologies社のPowerVR SGX543グラフィックス処理装置（GPU）を組み合わせたものです。
これはサムスンの低電力28ナノメートル（nm）プロセス技術に基づいて製造されている。
比較すると、モトローラのスマートウォッチ「Moto 360」は、iPhone 4sに搭載されたAppleのA5チップと同じ古い45nmプロセスで製造されたTexas Instruments製OMAP 3630プロセッサを搭載しています。iPhone 6とiPhone 6 Plusは、「A8」という名称で販売されている20nmプロセス・アプリケーションプロセッサを搭載しています。
28nmプロセスは、iPhone 5sやiPad Airに搭載されているAppleのA7チップの製造にも使用されているプロセス技術です。QualcommのSnapdragon 801-805チップは、数ヶ月前まで28nmプロセスで製造されていました。NvidiaのK1プロセッサも同様です。
サムスンは現在14ナノメートルプロセスに移行しており、Appleも2015年モデルのiPadとiPhoneに搭載される予定の「A9」チップにこのプロセスを採用すると噂されています。とはいえ、次期Apple Watchにはさらに小型の「S2」チップが搭載される可能性が高いことは、天才でなくても容易に想像できるでしょう。
28nm未満のプロセス技術で製造されれば、パフォーマンスの高速化、消費電力の低減、ダイサイズの小型化が可能になり、現在のバージョンのWatchには搭載されていないとされている一部の健康センサーのためのスペースが確保される可能性がある。
下記は密封された S1 パッケージです。
驚くべきことに、新しいアプリケーション プロセッサのサイズはわずか 5.2 mm x 6.2 mm です。
S1 は、古い iPhone や iPad に搭載されていた Apple のモバイル プロセッサの以前のバージョンと同様に、垂直方向に個別のロジック パッケージとメモリ パッケージを組み合わせた集積回路パッケージング方法であるパッケージ オン パッケージ (PoP) アセンブリを活用しています。
S1の内部には、前述のApple設計のアプリケーションプロセッサとそのダイナミックRAM（DRAM）ダイがパッケージ・オン・パッケージ（Package-on-Package）構造で搭載されており、標準インターフェースを介して相互に信号伝送が行われています。これにより、このような小型ウェアラブルデバイスにおいて、高いコンポーネント密度を実現しています。
同じ PoP プロセスを使用して、Apple Pay 用の NXP 提供の NFC 回路 (コントローラと無線) と、トークン化された支払い情報を保存し、それを他のサブシステムから分離する役割を担うセキュア エレメント (Apple の用語では Secure Enclave) が統合されます。
S1のパッケージは製造面でも非常にユニークです。「ここでの2つのキーワードはシステムとパッケージです」と分解分析では述べられています。
再び、Apple のサプライヤーは、30 個を超える驚くほど小さなシリコン片を 26 mm x 28 mm のパッケージに詰め込まなければなりませんでした。
これらのコンポーネントはすべて共通のマザーボードにはんだ付けされ、その後、電子部品を保護するために樹脂に懸濁したシリカまたはアルミナ球を含むパッケージング化合物でオーバーモールドされます。
以下は、Apple Watch のプロモーション ビデオに描かれている、S1 パッケージ内のさまざまなコンポーネントの概要です。
「従来の IC パッケージングでも同じタイプの材料が使用されていますが、26mm x 28mm のマザーボードで使用されているのを見たことはありません」とチップワークスは述べています。
分解分析では、サプライヤーに関していくつかの興味深い利点が明らかになりました。例えば、電源管理ICソケットはDialog社、コーデックおよびアンプソケットはMaxim社が供給しています。
これは、Cirrusブランドの電源管理チップを搭載していたiPhoneおよびiPadのいくつかのモデルとは異なります。Texas Instrumentsは、バッテリー管理からオペアンプまで、S1において6つの実績を誇ります。下の画像は、S1内部にTexas InstrumentsのOPA2376高精度オペアンプチップが搭載されていることを明確に示しています。
STマイクロエレクトロニクスは、加速度とロール、ピッチ、ヨー（ジャイロスコープ）用の6軸センサー、およびST32 MCUフラッシュメモリマイクロコントローラ（ARM Cortex-Mプロセッサベース）、およびウォッチのデジタルクラウンのシャフトの下にある光エミッタ/センサーエンコーダダイを提供しました。
前述の6軸センサーは、Apple製品として初めて、外付けの加速度計を必要としない一体型センサーを採用したという点でユニークです。ちなみに、iPhone 6とiPhone 6 Plusはどちらも、Invensense製の6軸センサーと、Bosch製の3軸加速度センサーを搭載しています。
興味深いことに、Watch の 6 軸加速度計と 2 番目のタッチ コントローラーは S1 パッケージには含まれていません。
私はここでのAppleの取り組みに本当に感銘を受けました。
Watch のコンパクトなデザインを考えると、こうしたエンジニアリングの成果は賞賛に値するだけでなく、他のほとんどのベンダーは高価な半導体の研究開発に煩わされることもなく、代わりに市場で入手可能な既製のコンポーネントを購入しています。
しかし、Apple は何年も前から独自のシリコンの将来像を描き続けてきた。
同社は、1000人を超えるシリコンエンジニアからなる社内チームを活用して、これらのマイクロコンポーネントがどのように組み合わされるかを実際に考案・設計し、その後、サムスンなどのチップ製造工場がS1を量産できるように設計図を作成します。
Chipworks や他の分解の達人たちがこの驚くべきシリコンを深く調べていくにつれ、私は S1 についてさらに詳しく知ることができることを本当に楽しみにしています。ライバルが今回これを再現するのは間違いなく非常に困難になるだろうと私は疑っていません。
出典: チップワークス
