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如果Apple的模組化設計能夠開源…

作者:跨界立可特

 

2015WWDC結束沒多久,其中比較有趣的話題之一就是SWIFT要開源啦!那表示越來越多的社群資源可以加入。這當然不是本文的重點,而是在軟體開源的狀況下,如果Apple現在用的模組產品有機會開源,讓更多的使用者可以基於Apple產品使用的模組來整合終端產品,那未來的產品就可以擁有更無窮的想像空間了。

那Apple產品裡使用模組的比重有多高,還是只有iPhone才用模組?以下就Apple檯面上的產品來做分析,而這些模組極大的比例是SiP(System in Package;系統級封裝)。

先簡單解釋何謂SiP:「根據Amkor定義為在一IC中,包含同質或異質晶片,如被動元件、電容、電阻、連接器、天線等即視為SiP」,也就是說在一個封裝內不僅可以組裝多個晶片,還可以將包含上述不同類型的元件和電路晶片疊在一起,構建成更為複雜的、完整的系統。

「系統怎麼又變成元件?」這部分可以看接下來在每個模組裡面的實例,就可發現Apple設計的巧思與硬體生產的困難點。

1. Apple Watch

事實上Apple Watch本身真的是高度整合的一個產品,因此在拆解報告中其實零件本身不多。

Apple Watch的主要元件與架構

Apple Watch的主要元件與架構

以下我們來看看主要的幾個模組化設計:

(1) 機心S1

首先當然先看最重要的也就是「機心」的S1。

S1 inside

S1 inside

這密密麻麻的超過30個元件整合在不到9平方公分的面積裡,裡面總共包含了主處理器與周遭各式的功能性晶片,說是現今物聯網的集大成也不為過,這就是先前提到的SiP,一個元件裡面包含了不同的系統,並可以獨立運作。

就是因為這個套件,可以用同一個PCB支援兩個不一樣尺寸的顯示器,換句話說,用同樣一個機心要給更大的顯示螢幕也是可以達到的。

之前提到若是Apple將其硬體開源出來給其他應用使用,當使用者再利用同樣一顆模組開發出來的應用會更多樣化,而在第一時間Apple先將此部分加上以下幾個模組做成Apple Watch。就這個觀點看起來,這也是一個參考設計的概念。

(2) 控制模組與喇叭模組

接下來看看控制模組與喇叭模組:

控制模組

控制模組

喇叭模組

喇叭模組

在這種機電整合的元件中,如果設計在同一塊電路板上,很多干擾是不容易察覺的,並且會造成最終系統整合的麻煩。在一開始就採用模組化的設計,可以專注在使用者的需求,並且減少debug的時間,這裏幾乎都是類比轉數位的訊號,如果一個不小心出現了干擾要讓整個系統重新設計那就得不償失,這時候像這種模組化設計就可分開來debug,讓整個案子的時程不會因為一部分的元件問題造成不可收拾的後果。

2. iPhone/iPAD

其實iPhone與iPad就是利用模組化設計達到不同尺寸大小的設計。

(1) 無線網路模組

首先看它的無線網路模組:

iPhone 5無線網路WiFi+BT模組

iPhone 5無線網路WiFi+BT模組

iPhone 6 WiFi BT模組

iPhone 6 WiFi BT模組

iPad mini 3

iPad mini 3

iPad Air 2

iPad Air 2

這種模組都是供應商根據需求特別設計的,iPhone只有第一代沒有用無線網路模組,之後每一代都根據當時的無線網路規格重新定義模組。其實早期大部份的智慧型手機的無線網路部份都是採用模組化設計,這樣的好處是因為在射頻設計的時候希望避免干擾,當發生問題時也可以分開確認。

話說進入2015年,Apple的無線網路模組不只用在iPhone上,在iPad上也是採用接近的尺寸,這樣在整個系統的規劃上,可以達到一致性的概念,整個尺寸的規劃也不會因為無線網路規格的差異而有不可預期的改變,最終模組供應商可以利用整合性的設計達到尺寸的需求。

(2) 指紋辨識與相機模組

再來看看重要功能之一的指紋辨識模組。

iPhone 6指紋辨識器模組

iPhone 6指紋辨識器模組

iPad Air 2 指紋辨識模組

iPad Air 2 指紋辨識模組

在iPhone 5S之後指紋辨識一直是重要功能之一,此種模組的整合性也是所謂的SiP,裡面包含了光學與訊號處理,加上為消耗程度高的元件,採用模組也是理所當然。既然談到了光學,接下來的相機模組更是現在各種消費性產品普遍採用模組化設計的元件。

iPhone 6相機模組

iPhone 6相機模組

iPad Air 2相機模組

iPad Air 2相機模組

相機模組這部分,畢竟光學元件跟一般的SMD製程有極大的不同,光學元件處理需要在無塵室中,而一般的工廠要架設無塵室相對的成本太高,更何況鏡頭部分需要專業的設計來達到Apple對於影像的要求,這也是台灣廠商大立光股價居高不下的原因,這種設備投資與技術的投入,是造成後進廠商進入的極大門檻。

(3) MAC

最後來看看MAC的部份吧,可別以為MAC大了點,就可以不用模組,畢竟所有的產品都走向極致的輕薄短小加上待機長,寧可多拿點體積來給電池。

2015 MAC Book無線網路模組

2015 MAC Book無線網路模組

看這個無線模組跟iPad的很像吧!除此之外看看SSD模組,畢竟與剛剛指紋辨識模組狀況類似,有容易消耗汰換的元件就以模組化來設計,相對起來更換與維修都是會更容易。

P15

結論

其實這些圖片看iFixit與Chipworks的拆解報告都有,仔細看看可以看到Apple在設計產品的時候不是用一個產品分開設計,而是一個系列的,無論是模組化設計、電路板規劃,甚至之後的客戶服務與維修都整合在系統設計中。

那其他的品牌有用到這麼模組化的設計嗎?當然有!但是因為價格因素,有些部分已經整合進系統電路板中,不過這樣就是最好的嗎?我們還是看看Apple的銷量就可以知道了,在開發產品時能夠提供給使用者最好的體驗、並且能夠準時與穩定性的生產才是最重要的。

Licter Chang

Licter Chang

一個在半導體業界幾乎混了整個產業鏈的傢伙!從軟體、硬體、行銷、產品規劃、通訊,混到變成所謂的“沒有主人的武士“, 誤打誤撞走上網路行銷!
希望有機會用這樣的經驗與能力整合現今的產業鏈來打造有趣的產品 有趣的產品...就是玩具!現在小孩的玩具越來越無趣了,可以弄些有趣並且互動性高的,但真的要花些時間投入去做呢!
現為Maker/Startup設計服務顧問,以及MakerPRO社群顧問。
Licter Chang

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