Blick unter die Haube des iPhone 3G S

iphonespeedWie von vielen (ja, auch von uns seit Anfang Dezember) erwartet, kündigte Apple am Montag ein neues, schnelleres iPhone an, wir berichteten. Alles, was der Computerhersteller den bei der WWDC-Keynote anwesenden Software-Entwicklern über technische Einzelheiten verriet, war, dass das “aktualisierte Chipset bis zu 2x schneller” sei, und dass es “OpenGL ES 2.0″ unterstütze. Mehr wurde offiziell über die neue Hardware nicht bekanntgegeben. Kurz vorweg: Es handelt sich allem Anschein nach wieder mal um einen Boliden in der allerhöchsten Rennklasse!

Im “Original-iPhone” (1. Generation) und derzeit noch aktuellen “iPhone 3G” (2. Generation) werkelt ein System-on-Chip (siehe bitte Abbildung unten) von Samsung, der über einen ARM11-Prozessorkern (532 MHz für den iPod touch 2G, 412 MHz für den Rest der Familie) mit 128 MB System-RAM sowie einen PowerVR MBX-lite Grafikprozessor verfügt. Frühe Anzeichen deuteten bereits darauf hin, dass das neue iPhone einen schnelleren ARM-Prozessorkern und die nächste Generation der Imagination Technology PowerVR Grafik-Prozessoreinheit enthalte, nämlich jene mit der Bezeichnung SGX und der Universal Scalable Shader Engine (USSE-Architektur).

Nun sind kurz nach der Ankündigung des neuen iPhone 3G S auf einer Page bei T-Mobile Niederlande die ersten offiziellen technischen Daten zu den Prozessoren aufgetaucht (und inzwischen wieder verschwunden, abgespeicherter Screenshot hier), die darauf hinweisen, dass das iPhone 3G S über einen Hauptprozessor mit 600 MHz sowie 256 MB RAM verfügt. Und es sieht tatsächlich so aus, als ob die Grafik des neuen Geräts von einem OpenGL ES 2.0-fähigen PowerVR SGX angetrieben würde.

Im Artikel “The iPhone 3G S Hardware Exposed & Analyzed” von AnandTech werden wesentlich mehr Details über das Innenleben des neuen Pocketcomputers bekanntgegeben. Anand stellt eine sehr detaillierte Aufschlüsselung von Hauptprozessor, Grafikchip und deren Architektur zur Verfügung. (Alle Abbildungen und Tabellen in der vorliegenden Rossau-Zusammenfassung stammen aus diesem Artikel.)

Demnach enthält das iPhone 3G S wieder einen System-on-Chip von Samsung, jedoch mit einem ARM-Cortex A8-Prozessor und dem erwähnten PowerVR SGX Grafikchip. Diese Hardware-Kombination bietet den App-Entwicklern wesentlich mehr Leistung speziell im Bereich der 3D-Grafik.

S5PC100 Blockdiagramm

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CPU-seitig bedeutet der Leistungsschub viel mehr als nur eine Taktbeschleunigung um 188 MHz. Der ARM11-Prozessor im Original-iPhone und iPhone 3G stellt einen einfachen Kern und In-Order-Chip in 90-nm-Bauweise dar, der zur Laufzeit einen einzelnen RISC-Befehl aufrufen, dekodieren und ausführen kann; er bietet 32 KB Level-1-Cache und keinen Level-2-Cache. Der Cortex A8 bietet vergleichsweise zwei Kerne in 65-nm-Strukturbreite und ist in der Lage, gleichzeitig zwei RISC-Prozesse auszuführen.

iPhone 3G (ARM11) iPhone 3GS
(ARM Cortex A8)
Arbeitsspeicher (RAM) 128MB 256MB
Festspeicher (Flash Drive) 8/16GB 16/32GB
Strukturbreite beim Fertigungsprozess 90nm 65nm
Architektur In-Order In-Order
Issue Width 1-issue 2-issue
Pipeline Depth 8-stage 13-stage
Taktrate 412MHz 600MHz
L1 Cache Size 16KB I-Cache
+ 16KB D-Cache
32KB I-Cache
+ 32KB D-Cache
L2 Cache Size keine Angabe 256KB

Man geht davon aus, dass diese Prozessoreinheit über einen 64 KB L1-Cache und einen 256 KB L2-Cache verfügt. Während der ARM11-Prozessorkern eine Basic Vector Floating-Point Unit aufweist, bietet der ARM Cortex A8 darüber hinaus eine stark weiterentwickelte SIMD-Multimedia-Engine (Single Instruction, Multiple Data), die als NEON (direkte Signalverarbeitung und Hardware-Beschleunigung von verschiedenen Media-Codecs wie H.264 und MP3) bekannt ist.

Der A8 tastet in der gleichen Zeit doppelt so viele Double-Precision Floating-Point Register ab als der ARM11. Diese hypermodernen Elemente bieten im Zusammenspiel eine substanzielle Erhöhung der Prozessorleistung im Vergleich zum vorherigen (derzeit noch aktuellen) iPhone-Chipsatz.

Blockdiagramm der PowerVR SGX GPU-Architektur

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Auf der Grafikseite stellen sich die Dinge sogar noch eindrucksvoller dar. Während die PowerVR MBX-lite GPU von iPhone und iPhone 3G in 90-nm-Strukturbreite mit ca. 60 MHz läuft und eine Million Vektor-Dreiecke und 100 Millionen Pixel pro Sekunde rendern kann, handelt es sich bei der neuen PowerVR SGX Graphic Processor Unit um einen 65-nm-Prozessor mit wahrscheinlich 100 oder 200 MHz.

Bei 100 MHz bedeutet das: 3,5 Millionen Dreiecke und 125 Millionen Pixel pro Sekunde, das wäre ein dreikommafünffacher geometrischer Durchsatz mit fünfundzwanzig Prozent höherer Pixel-Bandbreite im Vergleich zum ersten iPhone. Bei einer 200-MHz-Konfiguration würde die Leistungssteigerung vergleichsweise eine siebenfache Anzahl von gerenderten Triangeln und einhundertfünfzig Prozent mehr Pixel pro Sekunde bedeuten!

iPhone 3G (PowerVR MBX-Lite) PowerVR SGX @ 100MHz PowerVR SGX @ 200MHz
Fertigungsprozess 90nm 65nm 65nm
Taktrate ~60MHz 100MHz 200MHz
Dreiecke/sec 1M 3.5M 7M
Pixel/sec 100M 125M 250M

Diese erheblichen Leistungssteigerungen in der Grafik-Performance sind fantastische Nachrichten für die Hersteller von Computerspielen und anderen ressourcenhungrigen Anwendungen – und natürlich für die User. Wir sind schon äußerst gespannt darauf, was die Software-Entwickler aus der zusätzlichen Power herausholen.

Das neue iPhone mag von außen genau gleich perfekt aussehen wie das der vorigen Generation (Rossau-Foto unseres Redaktions-iPhones, des guten), aber unter der Haube ist es absolute Extraklasse. Einhellige Meinung der Experten:

Sony und Nintendo sollten sich warm anziehen…

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Der System-On-Chip – das Herz des iPhones

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Apple veröffentlicht erste deutschsprachige 3GS-Promo per E-Mail

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2 Antworten zu Blick unter die Haube des iPhone 3G S

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