Тайна первых iPhone: как Siemens и Samsung сделали железо для первого смартфона Apple

Последние 5 лет, Apple использует в своих устройствах чипы исключительно собственной разработки. iPhone, Mac, Apple Watch, AirPods — все эти устройства так или иначе базируются на процессорах, которые были разработаны инженерами яблочной компании. Однако в 2000-х всё было не так и Apple собирала свои устройства из целой солянки самого разного железа — чаще всего от Samsung и Infineon (Siemens).

В сегодняшней статье мне хотелось бы рассмотреть аппаратную платформу оригинального iPhone и iPhone 3G. Мы с вами развеем главный миф о процессоре от Samsung, разберем устройство, проанализируем схемотехнику, узнаем и узнаем, за что отвечает каждый чип на плате. Интересно? Тогда жду вас под катом!

❯ Предисловие

Пожалуй главный расцвет Apple как технологической компании произошел в 2000-х годах. Именно в это время, Apple зарекомендовала себя не только как производителя компьютеров, но и носимых гаджетов, многие из которых получили статус культовых. Например MP3-плеер iPod в своё время получил статус легенды за счёт того, что использовал для хранения треков миниатюрный жёсткий диск объёмом в 5ГБ. И несмотря на то, что эта технология была отнюдь не в новинку (Compaq PJB-100 появился на 2 года ранее), именно фирменный Apple'овский дизайн и интуитивный подход управлению сделал iPod одним из самых желаемых плееров нулевых.

При этом в те годы Apple свои процессоры ещё не разрабатывала и собирала свои устройства в основном на базе проверенных решений других производителей — зачастую с некоторой кастомизацией. На примере того же iPod можно сначала вспомнить двухъядерные чипы от PortalPlayer, которые использовались вплоть до 2005 года, после чего их заменили полу-кастомные решения от Samsung. Интересно было и то, что в те годы Apple не так сильно заморачивались с блокировкой загрузчиков, благодаря чему iPod'ы успешно поддавались хакингу и запуску кастомных прошивок (в том числе и Linux) — например Rockbox.

Когда Apple решила создать свой первый смартфон, компания стояла перед выбором: какой процессор ей использовать. Из рассматриваемых вариантов были, в том числе, процессоры Intel XScale от ARM — однако менеджмент Intel не увидел перспектив в смартфонном бизнесе и продал ARM-подразделение компании Marvell. Звучит странно, учитывая что в половине коммуникаторов и КПК нулевых использовались процессоры XScale, однако не стоит забывать что львиную часть этих устройств производила компания HTC, которая, видимо, в целях экономии была вынуждена мигрировать на чипы OMAP от Texas Instruments...

При этом OMAP'ы были главным конкурентом Intel на рынке смартфонных процессоров. Они использовались почти во всех Symbian-смартфонах Nokia до 2008'ого года, в большинстве кнопочных смартфонов на Windows Mobile и в немалом числе WM-коммуникаторов из среднебюджетного сегмента. Уже в 2005'ом году, Ti разработала OMAP 2420 — ARM11-процессор с видеоускорителем PowerVR MBX, который использовался в Nokia N95 и концептуально был самым близким родственником процессора оригинального iPhone...

Главной фишкой OMAP'ов была интеграция модема в один кристалл с основным процессором, что позволяло заметно снизить конечную стоимость устройства. Однако Apple лёгких путей не искала и решила заключить контракт с Samsung — у которых к 2007 году уже был готов процессор S3C6400, который ошибочно во многих источниках (даже в Википедии) считается процессором первого iPhone. На самом деле, в первом iPhone использовался S5L8900 — заказной собрат S3C6400, где всё было идентичным кроме видеоускорителя — вместо Samsung FIMG, Apple попросила поставить PowerVR MBX.

Поскольку S5L8900 был лишь AP-процессором, для работы телефонной части был необходим внешний модем. В iPhone 2G им стал Infineon S-Gold PMB8876, который по совместительству является процессором таких легендарных телефонов, как Siemens S75, S68, EL71, а почти идентичный PMB8875 использовался в C65/S65/M65. Иронично что первый iPhone был эксклюзивно привязан к оператору AT&T и его очень быстро хакнули как раз из-за использования S-Gold'а: в 2007 году моддинг-сцена телефонов Siemens переживала свои лучшие годы, а поскольку прошивка модема в iPhone базировалась на той-же кодовой базе, что и уже отреверсенная прошивка Siemens'а, хакерам удалось быстро обойти проверку оператора.

В iPhone 3G уже использовался X-Gold PMB8878 с поддержкой сетей третьего поколения. Интересно то, что X-Gold'ы стали сердцем некоторых популярных моделей Nokia конца нулевых — так что Siemens (пусть и руками дочки в лице Infineon) достал Nokia и Apple даже после кончины своего мобильного подразделения...

Мне мой iPhone 3G достался ещё в 2022 году, вместе с лотом других устройств из утиля за 1.500 рублей. Аппарат был полностью рабочим, но заметно уставшим, без винтов и с сломанным сим-лотком. И именно на его примере мы с вами изучим аппаратную платформу первых iPhone!

❯ Разбираем

Уже в 2008'ом году, разборка iPhone была нетривиальной задачей. Как и в последующих моделях, процесс начинался с откручивания двух винтов с торца устройства и снятия дисплея с помощью присоски. При этом обязательно повреждается резиновая рамка-проклейка вокруг дисплейного модуля, что оставляет на многих обслуженных iPhone 3G «боевые следы»:

Главным минусом iPhone в те годы считался корпус из поликарбоната. Он выглядел и ощущался слишком дешево, как для устройства за 600$, а с годами при этом ещё и сильно царапался и трескался. Китайские корпуса на 2G/3G/3Gs — обычное дело. В отличии от многих других устройств тех лет, в наше время корпуса большинства первых iPhone'ов дезинтегрировались — так произошло и с моим экземпляром :(

Второй болячкой были аккумуляторы сомнительного качества, которые ещё и расположены были максимально неудачно. Раньше аккумулятор находился под материнской платой и зачастую вспухал за год-два использования, ломая корпус или выдавливая плату с дисплеем, как в случае с iPod Touch.

После разборки открывается вид на материнскую плату устройства, которая в моём iPhone уже была изогнута вспухшим аккумулятором. Как вы понимаете, ремонт такой платы невозможен и теперь она послужит как донор для ремонта другого iPhone с отвалом памяти. У первых iPhone дезинтегрируется не только корпус, но и коннекторы шлейфов на материнской плате, так что при сборке/разборке нужно быть максимально осторожным. Плата поделена на две части — с верхней расположилась AP-часть — то есть центральный процессор, память и контроллер питания, а снизу — модем. Защитные экраны легко снимаются, что также большой плюс для сложного ремонта.

Обзор схемотехники мы с вами по классике начнем с AP-части. В качестве сердца устройства выступает тот самый процессор Samsung S5L8900, который, как я уже говорил ранее, является прямым родственником S3C6400. Последний можно было найти в нескольких моделях коммуникаторов от Glofiish (X900/DX900), а его продолжение, S3C6410 — в «клоне» iPhone под названием Meizu M8 и Samsung Omnia II. Ещё более прокачанную версию под названием S5P6422 можно было найти в Galaxy Spica и Galaxy 580. Такая вот наследственность. Внутри S5L8900 скрывается:

• Одно процессорное ядро ARM1136JZF-S с 16КБ L1-кэша инструкция и 16КБ L1-кэша данных. Процессор способен работать на частоте до 667МГц, однако в iPhone его затормозили до 412МГц.

• Видеоускоритель PowerVR MBX Lite. В этом и заключается главное отличие от 6410, где используется собственный GPU от Samsung — FIMG3DSE. Несмотря на поддержку FIMG3DSE шейдеров, PowerVR MBX работал заметно шустрее и его драйвера были стабильнее, что в своё время положило начало массовым 3D-играм на смартфонах.

  MBX интересен тем, что имеет прямые корни от видеочипа в Dreamcast'е, а также видеокарты Midas 3, о которых я рассказывал в рамках прошлой статьи про 3dfx Voodoo. То есть да — это полноценный FFP GPU с отложным TBDR-рендерингом, Fixed-point арифметикой и аппаратным вершинным конвейером — T&L.

• DSP для декодирования видео. Именно благодаря нему, iPhone 2G вплоть до 2019 года мог свободно воспроизводить видео на YouTube без тормозов.

• Контроллер i2S для 5.1 звука, а также встроенный ЦАП.

• Контроллер SDRAM/DDR-памяти, а также NAND.

• Контроллеры SD/CF, USB OTG, MIPI матриц с разрешением до 1024x1024, а также SPI/I2C и GPIO.

• И всё это в небольшом чипе на техпроцессе 65нм!

Круто, да? Ещё круче было то, что iPhone 3G был одним из первых смартфонов, где оперативная память распаивалась поверх процессора бутербродом. В качестве оной используется 128МБ чип памяти типа DDR1, когда в 2008 уже во всех ПК был DDR2 (а в коммуникаторах всё ещё SDRAM). По меркам Samsung, бутербродная технология была не в новинку — S3C24xx родом из 2003'ого года уже интегрировал в себя 64МБ SDRAM ОЗУ за счёт того, что память была расположена над кристаллом процессора.

Чуть выше процессора расположился чип SPI NOR флэш-памяти SST25VF080B объёмом в 1МБ, который подключён к AP-процессору и используется, предположительно, для хранения iBoot или каких-то калибровок, а также сериализатор шины дисплея LM2512ASMX. Левее расположился контроллер тачскрина Broadcom BCM5974VCKUFBG (да, на первых смартфонах с емкостными тачскринами контроллер нередко был на плате устройства) и контроллер питания OM3805HE04N3E (под кастом маркировкой Apple) с встроенными LDO и DC-DC-преобразователями для формирования питания остальных модулей устройства, а также Fuel-gauge для мониторинга уровня заряда. Зарядкой аккумулятора занимается отдельный чип — LTC4088. Чуть выше КП расположился аудиокодек Wolfson WM1817, вновь под маркировкой Apple, который подключен к процессору через шину I2S.

В целом, это практически всё что можно сказать об AP-части. Довольно стандартно по меркам тех лет, концептуально условный HTC TyTN II/Kaiser, или Nokia N70 не особо сильно отличались от iPhone. Различия начинаются на том моменте, когда мы начинаем изучать модемную часть — и тут мы сразу видим тот самый легендарный Infineon'овский модем — PMB8878 X-Gold. Это был отдельный процессор со своим ARM-ядром и DSP, он запускал свою собственную многозадачную операционную систему (Nucleus RTOS + APOXI в качестве GSM-стека) и в обычных кнопочных телефонах выполнял роль самостоятельного центрального процессора. Внутри него скрывается:

• Одно ядро ARM926EJ-S, работающее на частоте ~312МГц. Да, почти как AP-процессор, но у AP ядро свежее и производительнее при той же частоте!

• Ещё одно ядро ARM7TDMI, которое используется, скорее всего, для частичной разгрузки 926'ого от задач работы с 3G-сетью.

• DSP-сопроцессор TeakLITE-2, который занимается базовой обработкой датаграмм из GSM-сети, а также кодирования и декодирования звука.

• 2D-ускоритель и контроллер дисплеев с функционалом, примерно идентичным 2D-видеокартам из 90-х (S3 Trio).

• Продвинутый BootROM с поддержкой Secure-boot. Да, загрузчик здесь с завода заблокирован!

Трёхъядерный мобильный процессор в качестве модема — это уже звучит как минимум круто! И да, как я уже говорил ранее — это прямой потомок процессоров Siemens 65'ой и 75'ой серии, который помимо Siemens'ов можно было найти даже в телефонах Nokia (например, X2-02 и некоторых Asha).

Чуть ниже PMB8878 расположился комбочип флэш и оперативной памяти специально для модема, а правее можно найти 2G-усилитель SKY77340, дополнительный контроллер питания PMB6820 специально для модема (да, он тоже умеет заряжать аккумуляторы и у него есть свои LDO и DC-DC). Чуть ниже КП можно увидеть Wi-Fi/BT-модуль Murata LBEE1WRLFZ (и да, они ловят отвалы — их можно перекатывать) и 3G RF-фронтэнд под маркировкой PMB6952. Под фронтэндом находятся три усилителя для разных UMTS/WCDMA бэндов.

С обратной стороны платы расположилась TSOP NAND-флэшка объёмом в 8/16ГБ, причем такие же можно было найти в MP3-плеерах, планшетах и многих других устройствах из нулевых годов!

❯ Заключение

Вот таким было железо первых двух iPhone. В целом, нельзя сказать что Apple здесь совершили какую-то революцию — и железо, и компонентная база, и схемотехника были абсолютно стандартными по меркам тех лет. Если заглянуть в схему любого Glofiish'а или HTC тех лет — можно увидеть что концептуально всё тоже самое. Однако заслуга Apple не в железе как таковом, а в уникальном UX, который изменил мир смартфонов...

А что вы думаете об iPhone 2G/3G/3Gs? Лично я считаю что это хороший смартфон для своего времени, однако не лишенный некоторых конструктивных нюансов. И самый главный из них — корпус отвратительного качества. Кстати, у iPhone 2G внутри всё ещё интереснее (там бутерброд), но оного у меня сейчас нет в рабочем состоянии. Может есть у кого донор?

Ну а я надеюсь, что вам было интересно. Подписывайтесь на блог, чтобы не пропускать новые статьи каждую неделю! А если вам интересна тематика ремонта, моддинга и программирования для гаджетов прошлых лет — подписывайтесь на мой Telegram-канал ‭«Клуб фанатов балдежа‭», куда я выкладываю бэкстейджи статей, ссылки на новые статьи и видео, а также иногда выкладываю полезные посты и щитпостю. А ролики (не всегда дублирующие статьи) можно найти на моём YouTube канале.

А если вы хотите что-нибудь подарить из железа и увидеть о нём статью — пишите мне в Telegram. Меня очень интересуют самые разные гаджеты: начиная от игровых консолей и любых связанных с геймингом устройств, телефонов, смартфонов, КПК, заканчивая ретро-компьютерами и ноутбуками. Кто знает, может героем следующей подобной статьи окажется ноутбук из 90-х? :)

После обзоров устройства не продаются, а остаются в моей коллекции. Когда-нибудь я хочу сделать музей, где к каждому устройству можно будет приложить QR и почитать мою статью. Кто знает, вдруг на следующей неделе я также подробно расскажу про девайс из вашей юности? :)

Кстати, у меня есть GameBoy Advance SP, под который я очень хочу написать игру. Однако мой экземпляр был залит водой и кофе. Может у кого-то есть донор с дохлой платой, откуда я смог бы взять контроллер питания? У меня AGS-101.

Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram‑канале ↩

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.

0%Легендарный смартфон…0

0%Даунгрейд после iPhone 2G0

0%Полная туфта. Samsung I7500 Galaxy и I5700 Spica уделывали его во всем!0

0%Пфф, этого «флагмана» за 600$ спокойно уделывал HTC на MSM7200A0

0%В том же 2008'ом пришла HTC с Google'ом и показала, как надо делать смартфоны на примере T-Mobile G1😎0

Никто еще не голосовал. Воздержавшихся нет.

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.

0%Интересно, спасибо. Подписался и буду ждать новые статьи в таком формате!0

0%Не интересно.0

0%Тема интересная, но из-за Apple, статья не интересная.0

0%Статья написана LLM, а автор вообще ничего не шарит в инжиниринге и схемотехнике. Я сразу это понял!0

0%Статья написана дилетантом, который ни разу в жизни не ремонтировал телефоны. Я сразу это понял!0