Apple-chips en processors: wegwijs in Apple’s eigen chips

Chips en processors van Apple

Apple heeft een reeks eigen processors of chips ontwikkeld, zoals de A13 Bionic in de iPhone 11 en iPhone 11 Pro en de S5 in de Apple Watch Series 5. In dit overzicht zie je welke chips en processoren Apple in de loop der jaren zelf heeft ontwikkeld en in welke apparaten ze te vinden zijn. De ontwikkeling van chips gebeurt door Apple’s eigen chipteam dat onder leiding staat van Johny Srouji. Het team ontwerpt en ontwikkelt chips voor de iPhone, iPad, Mac en Apple Watch. Ook in kleinere producten zoals de AirPods en de Apple Pencil zijn minuscule chips te vinden die Apple zelf heeft gemaakt.

• Chips, SoCs en SiPs
• Apple chipfamilies
• Apple A-serie
• Apple M-serie
• Apple U-serie
• Apple S-serie
• Apple W-serie
• Apple H-serie
• Apple T-serie
• Eerdere processors
• Toekomstige chips

Apple’s chips, processors, SoCs en SiPs

We praten vaak over chips en processors, maar in feite gaat het vaak om een System on a Chip (SoC) of een System in a Package (SiP), waarbij meerdere componenten zijn samengevoegd. Daarnaast hoor je wel de term Package on Package (PoP, meer hierover lees je hier). Ze combineren een centrale verwerkingseenheid (CPU) met andere componenten tot één of meerdere compacte pakketjes, die eigenlijk een mini-computer vormen. Zo’n PoP, SoC of SiP is gemakkelijk in allerlei kleine apparaten in in te bouwen.

In de loop van de jaren heeft Apple steeds meer eigen chips ontwikkeld voor de iPhone, iPad, Mac en Apple Watch. Daarmee kan Apple beter concurreren en in het geheim nieuwe functies ontwikkelen, zonder dat het vroegtijdig uitlekt. Sinds Apple in 2008 de chipmaker P.A. Semi overnam komen er steeds meer chips uit eigen keuken. De eerste eigen processor was de A4 in de iPad. Daarna volgden vele andere.

Apple’s chipfamilies

Deze chipfamilies heeft Apple in eigen huis ontwikkeld:

• Apple A-serie: wordt gebruikt in de iPhone, iPad, iPod touch en Apple TV.
• Apple M-serie: wordt gebruikt in de iPhone en iPad
• Apple U-serie: wordt gebruikt in de iPhone 11-familie.
• Apple S-serie: terug te vinden in de Apple Watch.
• Apple W-serie: toegepast in de eerste generatie AirPods, sommige Beats-koptelefoons en de Apple Watch (vanaf de Series 3).
• Apple H-serie: toegepast in de AirPods (2019), AirPods Pro en sommige Beats-koptelefoons. Speciaal bedoeld voor hoofdtelefoons.
• Apple T-serie: te vinden in de MacBook Pro van 2016 en later, MacBook Air 2018 en later en de iMac Pro van 2017.

Apple gebruikt de chips om je stappen te meten, je Face ID- en Touch ID-scans veilig te verwerken en voor slimme Siri-taken. Er zijn chips die de Apple Watch aansturen en die zorgen dat je je AirPods moeiteloos kunt koppelen. Daarmee maakt Apple de huidige toeleveranciers van chips, Qualcomm en Intel, gaandeweg overbodig. Door zelf chips te ontwerpen kan Apple geld besparen en kan het de chips helemaal afstemmen op nieuwe apparaten. Als basis gebruiken ze referentie-ontwerpen van ARM, die verder worden doorontwikkeld door de chipteams in Cupertino en Israël. De productie vindt plaats door externe partijen zoals Samsung en Taiwan Semiconductor Manufacturing Co (TSMC).

Apple A-serie

De A-serie chips worden gebruikt in de iPhone, iPad, iPod touch en Apple TV. Ze bevatten een ARM-gebaseerde CPU (vaak met meerdere kernen), een grafische chip (GPU), cache-geheugen en andere elektronica. Ze zijn ontworpen door Apple en worden geproduceerd door Samsung en TSMC. Samsung maakte de Apple A4 t/m A7 en vanaf de Apple A8 haakte TSMC aan als extra fabrikant.

Deze varianten van de A-chips zijn al verschenen:

• Apple A13 Bionic: verbeterde 64-bit SoC met derde generatie Neural Engine, ontworpen voor de iPhone 11, iPhone 11 Pro, iPhone 11 Pro Max en iPhone SE 2020. 7 nanometer-procédé met twee hoge performance cores (Lightning) en vier energiezuinige cores (Thunder). De twee hoge prestatie-kernen zijn volgens Apple 20% sneller en 30% zuiniger, terwijl de overige vier kernen 20% sneller en 40% zuiniger zijn dan de A12.
• Apple A12Z Bionic: ontworpen voor de iPad Pro 2020. Nagenoeg dezelfde chip als de A12X, maar dan met een extra grafische core voor de augmented reality-functies.
• Apple A12X Bionic: krachtigere 64-bit SoC, gemaakt voor de iPad Pro 2018. De chip heeft een 35% procent snellere single-core CPU en 90% snellere multi-core CPU dan de A10X Fusion-chip. Ook de A12X Bionic is een 7 nanometer chip.
• Apple A12 Bionic: vernieuwde 64-bit SoC met vernieuwde Neural Engine, ontworpen voor de iPhone XS, iPhone XS Max en iPhone XR. Verscheen later ook in de iPad Air 2019 en iPad mini 2019. 7 nanometer-procédé met twee performancegerichte Vortex-kernen en vier energiezuinige Tempest-kernen. De kernen bieden 15 procent meer performance en zijn 50 procent energiezuiniger.
• Apple A11 Bionic: dit is een 64-bit SoC, ontworpen voor de iPhone 8, iPhone 8 Plus en iPhone X. Twee snelle kernen en vier energiezuinige kernen. De term ‘Bionic’ verwijst naar kunstmatige intelligentie en machine learning.
• Apple A10X Fusion: een 64-bit SoC voor de 10,5-inch iPad Pro en tweede generatie 12,9-inch iPad Pro. Variant van de A10 die 30 procent betere CPU-performance en 40 procent betere GPU-performance heeft ten opzichte van zijn voorganger, de A9X. Ook de Apple TV 4K is voorzien van een A10X-chip. Gemaakt door TSMC.
• Apple A10 Fusion: een 64-bit SoC voor de iPhone 7 en iPhone 7 Plus, met een nieuw quad-core design. Twee snelle kernen en twee efficiënte tragere kernen. Gemaakt door TSMC.
• Apple A9X: een 64-bit SoC voor de iPad Pro met 80% betere CPU-performance en 2x betere GPU-performance vergeleken met zijn voorganger, de A8X. Gemaakt door TSMC.
• Apple A9: een 64-bit SoC die gebruikt werd in de iPhone 6s en iPhone 6s Plus. Heeft 70% betere CPU-performance en 90% betere grafische performance, vergeleken met zijn voorganger. Eerste chip die zowel door Samsung als door TSMC werd gemaakt. Later ook toegepast in de iPhone SE en iPad 2017.
• Apple A8X: een 64-bit SoC ontworpen door Apple en toegepast in de iPad Air 2. Snellere variant van de A8 met 40% betere CPU-performance en 2,5 keer betere grafische performance. Heeft een triple-core CPU met een iets hogere kloksnelheid van 1,5GHz en een octa-core GPU. Heeft 3 miljard transistors.
• Apple A8: deze 64-bit SoC is ontworpen door Apple en geproduceerd door TSMC. Werd gebruikt in de iPhone 6 en iPhone 6 Plus en later ook in de iPad mini 4 en zesde generatie iPod touch. Heeft 25% betere CPU-performance en 50% betere grafische performance dan de A7 en is de helft energiezuiniger. Bevat een 1.4 GHz 64-bit ARMv8-A dual-core CPU en een geïntegreerde PowerVR GX6450 GPU in vier clusters. Twee maal zoveel transistors in vergelijking met de A7, maar toch 13% kleiner.
• Apple A7: eerste 64-bit chip ontworpen door Apple, toegepast in de iPhone 5s en later ook in de iPad Air, iPad mini 2 and iPad mini 3. Volgens Apple twee maal zo snel en twee maal zo goede grafische prestaties vergeleken met de A6. Bevat een door Apple ontworpen 64-bit ARMv8-A dual-core CPU met bijnaam Cyclone en een kloksnelheid van 1,3 tot 1,4 GHz, plus een geïntegreerde PowerVR G6430 GPU.
• Apple A6X: een snellere variant van de A6, toegepast in de iPad 4.
• Apple A6: toegepast in de iPhone 5 en iPhone 5c. Volgens Apple twee keer zo snel, zowel wat CPU als GPU betreft. Kleiner en energiezuiniger dan de A5. Voorzien van dual-core CPU met codenaam Swift en een 266 MHz triple-core PowerVR SGX 543MP3 GPU.
• Apple A5X: een snellere versie van de A5 met quad-core PowerVR SGX543MP4 graphics (voorheen dual-core). Deze chip werd gebruikt in de iPad 3.
• Apple A5: terug te vinden in de iPad 2 en iPhone 4s. Bevat een dual-core ARM Cortex-A9 CPU met PowerVR SGX543MP2 GPU en heeft een kloksnelheid van 1 GHz in de iPad 2 en 800 MHz in de iPhone 4s. Een vernieuwde versie van de A5 is te vinden in de Apple TV 3, vijfde generatie iPod touch, iPad mini en in een tussentijds vernieuwde versie van de iPad 2. Een tussentijds vernieuwde versie van de Apple TV 3 bevat een kleinere single-core versie van de A5.
• Apple A4: toegepast in de originele iPad, iPhone 4, vierde generatie iPod touch en Apple TV 2. Combineert een ARM Cortex-A8 CPU met een PowerVR GPU. Bevat geen RAM.

Apple M-serie

De Apple M-serie coprocessor vind je in de iPhone en iPad, vanaf de iPhone 5s. De M-coprocessor maakt deel uit van de A-chip en verzamelt gegevens van de sensoren in je toestel. Data van de bewegingssensor, gyrosensor en het kompas worden met deze chip verwerkt. Het voordeel van deze chip is dat de gegevens zelfs verzameld en opgeslagen worden als het toestel in stand-by staat. Hierdoor houdt je iPhone bijvoorbeeld je stappen bij. Ook wordt de M-coprocessor gebruikt om Siri-verzoeken te verwerken.

Deze varianten zijn al verschenen:

• Apple M13: verwerkt in de A13-chip in de iPhone 11 Pro (Max) en iPhone 11.
• Apple M12: verwerkt in de A12-chip in de iPhone XS (Max) en iPhone XR.
• Apple M11: verwerkt in de A11-chip in de iPhone 8 (Plus) en iPhone X.
• Apple M10: verwerkt in de A10-chip in de iPhone 7 (Plus) en in de A10X-chip in de iPad Pro (10,5-en tweede generatie 12,9-inch) en Apple TV 4K.
• Apple M9: verwerkt in de A9-chip in de iPhone 6s (Plus) en iPhone SE en de A9X-chip in de iPad Pro (12,9 en 9,7-inch) en iPad 2017. Wordt ook gebruikt voor Hé Siri-commando’s.
• Apple M8: verwerkt in de A8-chip in de iPhone 6 (Plus) en iPod touch (6e generatie) en de A8X-chip in de iPad Air 2 en iPad mini 4. Werkt vanaf deze versie ook samen met de barometer.
• Apple M7: verwerkt in de A7-chip in de iPhone 5s, iPad Air, iPad mini 2, iPad mini 3.

Apple U-serie

De U-serie chips werd voor het eerst geïntroduceerd in de iPhone 11-familie. De chip werkt via Ultra-Wideband en maakt extra locatiefuncties mogelijk. Zo kun je extra nauwkeurig gebruikmaken van AirDrop door je iPhone in de juiste richting te wijzen. Dankzij de U-chip is locatiegegevens tot op de paar centimeter nauwkeurig mogelijk.

• Apple U1: verwerkt in de iPhone 11, iPhone 11 Pro en iPhone 11 Pro Max.

De chip komt mogelijk ook naar de AirTags, Apple’s eigen accessoire om producten mee op te sporen.

Apple S-serie

De Apple Sx-serie is een reeks Systems in a Package (SiP) voor de Apple Watch. Het bevat een speciale processor die geheugen, opslag en de chips voor draadloze functies en sensoren combineert tot een enkel pakketje. In feite is dit dus een complete mini-computer. Ze zijn ontworpen door Apple en worden geproduceerd door Samsung en andere fabrikanten.

Deze uitvoeringen zijn al verschenen:

• Apple S5: verwerkt in de Apple Watch Series 5. 64-bit dual-core processor met dezelfde prestaties als de S4, maar dan met een ingebouwd kompas.
• Apple S4: verwerkt in de Apple Watch Series 4. Voor het eerst een 64-bit dual-core processor die tot twee keer sneller is dan de S3.
• Apple S3: te vinden in de Apple Watch Series 3. Heeft een dual-core processor die 70% sneller is dan de S2 en een ingebouwde GPS. Bevat ook een W2-chip en een optioneel modem voor LTE.
• Apple S2: wordt gebruikt in de Apple Watch Series 2. Heeft een dual-core processor en ingebouwde GPS.
• Apple S1P: wordt gebruikt in de Apple Watch Series 1. Heeft een dual-core processor die identiek is aan de S2, maar zonder ingebouwde GPS.
• Apple S1: te vinden in de Apple Watch Series 0 en is een geïntegreerde mini-computer met geheugen, opslag, modems en I/O-controllers aan boord, in een verzegelde unit.

Apple W-serie

De Apple W-serie is een serie speciale processors voor draadloze functies zoals Bluetooth. Deze varianten zijn er verschenen:

• Apple W3: verwerkt in de S4-chip van de Apple Watch Series 4 en Apple Watch Series 5. Regelt alle draadloze verbindingen, waaronder Bluetooth 5 en Wi-Fi.
• Apple W2: wordt gebruikt in de Apple Watch Series 3. Is te vinden in de S3-chip en regelt het draadloze energiebeheer, waardoor Bluetooth en Wi-Fi 50% zuiniger zijn dan de voorganger. Ook is Wi-Fi 85% sneller.
• Apple W1: een SoC van Apple die wordt gebruikt in de AirPods en sommige Beats-koptelefoons. Wordt voornamelijk gebruikt voor het streamen van audio via Bluetooth. Deze is in de AirPods 2 opgevolgd door de H1-chip.

Apple H-serie

De Apple H-serie is een serie chips voor audioproducten zoals de AirPods 2019. Deze regelt het eenvoudige koppelen met Apple-apparaten, ondersteuning voor Hé Siri en aansturing van de sensoren. Er is tot nu toe één variant verschenen:

• Apple H1: wordt in de AirPods 2019, AirPods Pro en bepaalde Beats-hoofdtelefoons. Maakt extra functies zoals Hé Siri mogelijk. Lees meer over de H1-chip in ons nieuwsartikel.

Apple T-serie

De T-serie is te vinden in de MacBook Pro, iMac Pro, Mac Pro, Mac mini en MacBook Air. Deze chip dient als een secure enclave (beveiligd gedeelte) voor het verwerken van vingerafdrukscans met de Touch ID-sensor op de MacBook Pro. Ook regelt de T-chip andere beveiligingsfuncties zoals ongeoorloofd gebruik van de microfoon en de webcam.

Er zijn inmiddels twee modellen verschenen:

• Apple T2 2e generatie: een chip van Apple die is toegepast in de MacBook Pro (2018 en nieuwer), de MacBook Air (2018 en nieuwer), Mac Pro (2019 en nieuwer) en Mac mini (2018 en nieuwer). Biedt een secure enclave, beschermt het bootproces tegen aanvallen en regelt systeemfuncties zoals toegang tot de camera en audio. Nieuw is dat Hé Siri op de Mac voor het eerst wordt ondersteund. Lees meer erover in Apple’s PDF.
• Apple T2: een chip van Apple die is toegepast in de iMac Pro 2017. Biedt een secure enclave, beschermt het bootproces tegen aanvallen en regelt systeemfuncties zoals toegang tot de camera en audio. Levert ook verbeterde beeldbewerking voor de webcam van de iMac Pro.
• Apple T1: een chip van Apple die de Touch ID-sensor van de MacBook op de 2016- en 2017-modellen aanstuurt. Draait op een aangepaste versie van watchOS, onafhankelijk van macOS.

Eerdere processors

Voor de introductie van de A4 maakte Apple ook al enkele Systems on a Chip (SoCs), namelijk in vroege versies van de iPhone en iPod touch. Apple leverde daarbij de specificaties en Samsung zorgde voor de productie. Het ging om een enkele (single-core) ARM-gebaseerde CPU’s, met een GPU en andere componenten op een enkele chip.

Het gaat om de volgende modellen:

• APL0098 (ook 8900B of S5L8900) is te vinden in de eerste generatie iPhone. Het bevat een 412MHz single-core ARM11 CPU en een PowerVR MBX Lite GPU. Deze is net als alle andere geproduceerd door Samsung.
• APL0278 (ook S5L8720) is te vinden in de tweede generatie iPod touch. Bevat een 533 MHz single-core ARM11 CPU en een PowerVR MBX Lite GPU.
• APL0298 (ook S5L8920) zit in de iPhone 3Gs en bevat een 600 MHz single-core Cortex-A8 CPU en een PowerVR SGX535 GPU.
• APL2298 (ook S5L8922) is een kleinere versie van zijn voorganger en werd ontwikkeld voor de derde generatie iPod touch.

Toekomstige chips

Apple werkt voor toekomstige producten aan nog meer eigen chips. Zo zijn ze al een tijdje bezig met eigen modemchips voor een toekomstige 5G-iPhone. Het duurt waarschijnlijk nog wel tot 2022 voordat we deze chip in de iPhone vinden. Ook start Apple binnenkort met de overstap van Intel-chips naar eigen op ARM-gebaseerde chips voor de Mac. Dit heeft een aantal voordelen. Zo is Apple niet meer afhankelijk van het ontwikkelschema van Intel en het zorgt ook voor prestatieverbeteringen.