Namensherkunft

„S5L“ ist die interne Bezeichnung Apples für die SoCs. Sie taucht im Sourcecode von iOS auf. Seit der Übernahme von P.A. Semi lautet die Bezeichnung auf den Chips „APL“. Im Sourcecode von iOS heißen die Chips jedoch weiterhin S5L. Die Marketing-Bezeichnung von Apple lautet „Apple A“, so werden die S5L8960 und S5L8965 beide als „Apple A7“ vermarktet, obwohl es sich um zwei verschiedene SoCs handelt.

Allgemein

Samsung S5L-Systems on a Chip stellen den wichtigsten Chip der iPods, iPhones und iPads dar. All diese Geräte sind tragbare, mit Lithium-Ionen-Akkumulator betriebene Computer zur Wiedergabe von elektronischen Medien und weisen deshalb die zentralen Bauteile eines Computers auf: Zentrale Recheneinheit (CPU), Speicher, Bus, Eingabe- und Ausgabe-Einheit. Die S5L-Chips vereinen all diese Bauteile. Dadurch müssen weniger Bauteile verbaut werden, sodass die Produktionskosten bei steigender Effizienz sinken.

Im Wettbewerb stehende Architekturen ähnlicher Produkte sind Qualcomms Snapdragon, Texas Instruments’ OMAP 4, Nvidias Tegra 2 und Samsung Exynos.

Bauweise

Ein S5L-Chip besteht aus mehreren übereinander angeordneten Lagen mit Dies in Multi-Chip-Modul-Bauweise. Die obersten Dies sind in der Regel der Speicher des Chips, der unterste Die enthält die Prozessoren, wie Hauptprozessor, Grafikprozessor und Speichercontroller.

Hauptprozessor, Speicher und Grafik

Der Hauptprozessor in einem S5L-SoC ist ein ARM-kompatibler Mikroprozessor. Dieser ist an die Anforderungen des Geräts angepasst. Während ein einfacher iPod primär der Wiedergabe von Musik dient, bietet ein iPad verglichen damit anspruchsvollere Funktionen. Dementsprechend muss die Leistungsfähigkeit des Prozessors erhöht werden. Somit reichen die unterstützten Befehlssätze vom recht einfachen ARM9 bis hin zu von Apple speziell entwickelten Derivaten der leistungsstarken 64-Bit-ARMv8-Architektur und die Coretakt-Frequenzen von einigen hundert Megahertz bis hin zu 1,4 Gigahertz. Ebenso gibt es unterschiedliche Herstellungsverfahren, welche sich ebenfalls auf die Effizienz auswirken. Die Anzahl der Prozessorkerne liegt zwischen einem oder zwei. Während die einfacheren SoCs nur Level-1-Cache besitzen, hat beispielsweise der S5L8965 auch Level-2 und -3-Cache.

Der Speicher eines S5L-SoCs reicht von DRAM- bis hin zu LPDDR3-Speicher, die Speichergröße von 32 bis zu 1024 MB. Die Speichertaktung ist mit Frequenzen von einigen hundert Hertz bis hin zu 1333 MHz realisiert. Es kommt teilweise vor, dass sich nicht nur verschiedene SoCs der S5L-Reihe in der Speichergröße unterscheiden, sondern ein SoC mit verschiedenen Speichergrößen produziert wird, so beispielsweise der S5L8720 mit 32 und 116 MB, oder der S5L8930 mit 254 und 504 MB. Da Samsung Hersteller von Speichermodulen ist, stammt der Speicher in S5L-SoCs oftmals von Samsung, aber auch anderen Herstellern.

Einen Grafikprozessor haben nur die S5L89er-SoCs und einige der stärkeren S5L87er-SoCs. Der iPod nano der 2. Generation beispielsweise ist nicht in der Lage, Videos abzuspielen, ein fehlender Grafikprozessor ist hier der Grund. Das iPhone sollte ursprünglich nur Videos wiedergeben und Fotos aufzeichnen, Anwendungen wie z. B. Spiele waren nicht geplant. Deswegen ist der Grafikprozessor des iPhones auch ein PowerVR MBX Lite, welcher primär auf Energieeffizienz ausgelegt ist. Mit der Einführung des iPhone 3GS wechselte Apple zu PowerVR-SGX-Grafikprozessoren, diese sind leistungsfähiger. Mit dem iPhone 5s wechselte Apple erneut, diesmal zur PowerVR-G64-Serie. Die Anzahl der Grafikprozessoren variiert ebenfalls, während bis zum iPhone 4 nur einer verwendet wurde, hat das iPad Air gleich vier Grafikprozessoren. Alle S5L-Grafikprozessoren sind Imagination-PowerVR-GPUs.

Mikroarchitektur

Alle S5L-Chips bis einschließlich zum Apple A5 verwenden die jeweilige Mikroarchitektur des ARM-Hauptprozessors, der dem SoC zugrunde liegt. Apple verwendete ARM926, ARM1176, Cortex-A8 und Cortex-A9. Ab dem A6-Chip begann Apple in Eigenregie, die Mikroarchitektur zu entwickeln. Die Prozessorkerne werden seitens Apple dabei nicht direkt von ARM lizenziert, sondern mittels einer sogenannten ARM-Architekturlizenz, die u. a. auch der Chiphersteller Qualcomm für seine Snapdragon-SoCs nutzt, selbst entwickelt. Da Apple selbst keinerlei technische Informationen herausgibt, gibt es keine gesicherten Informationen über die Mikroarchitekturen. Bislang entwickelte Apple Swift, Cyclone, Twister, Hurricane und Zephyr.

• Blockschaltbild des Cortex A8
• Blockschaltbild des Cortex A9
• Blockschaltbild von Apples Mikroarchitektur Swift, wie es am 9. Juli 2013 auf der Konferenz für ARM-Systementwicklung präsentiert wurde.
• Blockschaltbild von Apples 64-bit-Mikroarchitektur Cyclone

S5L87er Serie

• S5L8700 (2006)
• S5L8701 (2006)
• S5L8702 (2007)
• S5L8720 (2008)
• S5L8730 (2009)
• S5L8723 (2010)

S5L89er Serie

• S5L8900 (2007)
• S5L8920 (2009)
• S5L8922 (2009)
• S5L8930 (2010)
• S5L8940 (2011)
• S5L8942 (2012)
• S5L8945 (2012)
• S5L8947 (2013)
• S5L8950 (2012)
• S5L8955 (2012)
• S5L8960 (2013)
• S5L8965 (2013)