Seziert und analysiert: Noch mehr Details zum Apple A4

Apple selbst hat nicht mehr als den Namen und die Taktfrequenz des iPad-Prozessors veröffentlicht. Der A4 ist demnach mit 1 GHz getaktet und basiert auf der in Smartphones weitverbreiteten ARM-Architektur. Soweit nichts neues, aber wie so oft gibt es immer jemanden der es etwas genauer wissen möchte. Spannend ist besonders die Frage, wie groß Apples Anteil an der Prozessorentwicklung ist, denn die Geheimnistuerei scheint auf eine Eigenentwicklung hinzudeuten.

Die Firma UBM TechInsights hat sich des A4 näher angenommen und interessantes herausgefunden. Laut Young Choi von UBM TechInsights handelt es sich beim A4 wirklich um einen ARM Cortex A8-Prozessor der mit 45 nm Strukturbreite hergestellt wurde (Intel fertigt bereits in 32 nm). Allerdings war der iPad-Prozessor keineswegs der erste Prozessor, der im 45-nm-Herstellungsverfahren für Apple-Produkte produziert wurde. Diese Ehre kam dem iPod touch 3G zuteil. TechInsights hatte nämlich nicht nur den A4-Prozessor, sondern auch die Prozessorhistorie der iPhone- und iPod-touch-CPUs studiert und kam zu dem Schluss, dass Apple neue Prozessortechnologien gerne erst in den iPods teste, bevor sie im iPhone oder im iPad verwendet werden.

Alles von der Stange?

Am Herstellungsverfahren - also der Art, wie das Silizium bearbeitet und die Strukturen auf dem Halbleitermaterial aufgebracht wurden - könne man, so TechInsights, von Hersteller zu Hersteller durchaus Unterschiede erkennen. Man habe also Passivierung (Erzeugung einer nichtmetallischen Schutzschicht), Dielektrika und bekannte Signaturen vieler Halbleiterhersteller mit dem A4 verglichen und sei so zu dem Ergebnis gekommen, dass Samsung der Hersteller des A4 sein müsse. Verwunderlich ist dies nicht, denn Samsung fertigte bereits die Prozessoren für die vorhergehenden iPhone- und iPod-Modelle. Zudem stellte Samsung schon im Sommer 2009 - rund ein halbes Jahr vor der Präsentation des iPad - einen ARM-Prozessor mit 1 GHz, einer Leistung von 2000 DMIPS und 45nm Strukturbreite vor. Ein Wunderprozessor ist der A4 also nicht. Die Cortex-A8-Architektur ist für eine Taktfrequenz von 1 GHz bei einer Strukturbreite von 65nm ausgelegt ist. Kleinere Strukturbreiten bieten immer die Option, den Takt zu erhöhen oder den Stromverbrauch zu senken. Apple hat sich offenbar für Letzteres entschieden. 

Strombedarf

Nachdem Hersteller, Architektur-Design und Herstellungsverfahren aufgedeckt waren, ging es an die Ermittlung des Stromverbrauchs. Das iPad ist mit einem 25-Watt-Akku ausgestattet, der Akkulaufzeiten von mehr als zehn Stunden erlaubt. Der Prozessor muss also sehr sparsam sein, um derartige Laufzeiten zu ermöglichen. Tatsächlich erweist sich nach den Messungen von TechInsight das Display als größter Stromfresser. Je nach Helligkeit genehmigt es sich 1 bis 3,5 Watt. Bei mäßiger Displaybeleuchtung und einem typischen Webbrowsing-Szenario ermittelten die Techniker einen Leistungsbedarf von 2 Watt, wovon etwa ein Watt auf das Mainboard entfällt. Laut TechInsight genehmigt sich eine CPU zwischen 50 und 80 Prozent des Mainboard-Strombedarfs, woraus geschlussfolgert werden kann, dass beim Surfen im Internet 0,5 bis 0,8 Watt der benötigten Leistung auf den A4-Prozessor entfallen. Regelt man die Displaybeleuchtung auf die niedrigste Stufe herunter und spielt Musik oder Videos ab, liegt der Gesamtverbrauch des iPad bei 1,5 bis 1,7 Watt. Lediglich 0,25 bis 0,52 Watt benötigt der Apple-Chip.

Fazit

Der Apple-A4-Prozessor entspricht weitgehend den Spezifikationen des Prozessor-Entwicklers ARM, von dem Apple wie Samsung die Architektur lizensierten. Da Apple selbst über keine Halbleiter-Fabriken verfügt (Intel und IBM sind die letzten Prozessor-Entwickler mit eigener Fertigung) wurde Samsung beauftragt, die A4 -ähnliche Produkte im Portfolio haben. Möglicherweise steckt im A4 seitens Apple vergleichsweise wenig Eigenentwicklung.

Prozessor-Leistung im Vergleich Wer sich mit der Leistungsfähigkeit von Prozessoren beschäftigt, stößt immer wieder auf merkwürdige DMIPS-Angaben. Merkwürdig deshalb, weil MIPS (Instruktionen pro Sekunde) durchaus eine plausible Einheit darstellen. D steht hier für den Dhrystone-Benchmark, der eine Aussage darüber geben können soll, wie viel schneller eine CPU als eine andere ist. Dazu wurde ein Referenz-Rechner definiert (ein VAX 11/780 der 80er Jahre) dessen Dhrystone-Benchmark-Ergebnis 1757/Sekunde beträgt. Dieser Wert wurde als 1 MIPS definiert.Eine CPU, die im Dhrystone-Benchmark 2000 DMIPS erzielt, ist also 2000 mal schneller als die Referenzmaschine. Zum Vergleich: Der StrongARM-Prozessor des Apple Newton erzielte mit 233 MHz rund 200 DMIPS, der vergleichsweise ineffiziente Intel Atom-Prozessor kommt auf 3900 DMIPS. Der Intel-Prozessor Core i5 750 des 27-Zoll-iMac erzielt 69 211 Dhrystone-MIPS.