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Der A13 im Studio Display


05.04.2022   Warum verfügt das Studio Display über einen derart leistungsfähigen Prozessor? Es gilt als großes Mysterium. Intuitiv nehmen wir an, dass ein Display keine eigene Intelligenz benötigt. Es erhält fertig berechnete Daten und soll diese lediglich anzeigen. So ist es mit allen anderen Displays.



Aber diese Zeiten sind vorbei. Das fertige berechnete Bild ist keineswegs mehr das Ende, sondern der Anfang. Offensichtlich wird das bei Displays mit miniLED, beispielsweise beim iPad Pro. Dort wird anhand des Bildes zunächst die Hintergrundbeleuchtung berechnet. Dazu unterteilt man das Bild in 2.500 Zonen. Jede dieser Zonen besteht aus vier LEDs, insgesamt also 10.000 LEDs. Die Helligkeitswerte jeder Zone werden dann entsprechend des Bildes justiert. Gleichzeitig müssen aber auch thermische Grenzen eingehalten werden, was bedeutet, dass nicht alle LEDs gleichzeitig und über längere Zeit auf maximale Helligkeit gestellt werden dürfen. Es kommt also auch Software ins Spiel.



Es ist daher offensichtlich, dass aufwendige Displays heutzutage eine aktivere Rolle einnehmen als man es bisher gewohnt war. Es sind keine dummen Anzeigegeräte mehr.

Dasselbe gilt für den Sound. Die verblüffende Sound-Qualität von Apples jüngeren Geräten liegt vor allem in einer digitalen Aufbereitung der Audio-Signale, bevor diese zu den Membranen geleitet werden. Es handelt sich also nicht mehr um plumpe Digital-Analog-Wandler.

Dasselbe gilt für die eingebauten Mikros. Drei Mikrofone arbeiten als Array. Eine intelligente Schaltung prüft Unterschiede bei den drei Aufnahmen. Umgebungsgeräusche wirken diffus von allen Seiten auf die Mikrofone ein, während die Stimme aus einer klaren Richtung kommt. Dadurch kann Apple die Stimme verstärken und die Störgeräusche vermindern. Die Funktion lässt sich aber auch abschalten, falls jemand ein kleines Hauskonzert übertragen möchte.

Dasselbe gilt für die Kamera. Zwar hatte Apple großes Pech, dass offenbar die Software der Kameras nicht funktionierte und die Testberichte daher enttäuschend ausfielen. Das beweist aber umso mehr, wie wichtig die Software mittlerweile geworden ist. Entfernen von Bildrauschen, korrekte Hautfarben bei gelblichem wie bläulichem Bürolicht, eine Aufhellung der Gesichter oder die Erkennung von Personen für »Center Stage« erfordern ein enges Zusammenspiel von Hardware und Software.



Selbst die Schnittstellen sind Abhängig von Software. Natürlich findet man einen USB-Anschluss heutzutage im billigsten Elektro-Krempel. Aber das hat fast gar nichts mit Apples Implementation zu tun, denn Apple spendiert seinen Anschlüssen den vollen »Stack«. USB-C kann sehr unterschiedlich betrieben werden, mit unterschiedlichen Datenraten, unterschiedlicher Kompatibilität und unterschiedlicher Stromversorgung für die angeschlossenen Geräte. Unterstützt werden Geschwindigkeiten bis 10 Gigabit pro Sekunde, außerdem Thunderbolt als Upstream-Port. Sogar Fast-Charging mit 96 Watt wird unterstützt. Das klingt nach einem dummen Kupferkabel, tatsächlich ist es aber aufwendig. Deswegen bieten nur hochwertige Geräte den vollen Funktionsumfang von USB-C und Thunderbolt.

Tritt man zurück und betrachtet die gesamte Szenerie, dann ist das Studio-Display technisch recht ähnlich zu einem kompletten Computer, nur dass die Tastatur fehlt, und dass für den Anwender keine Software sichtbar wird.

Um die Qualität des Studio Displays weiter zu erforschen, vergleichen wir es mit seinem Vorgänger, dem Thunderbolt Display.

Das erste Bild (unten) zeigt das Innenleben des neuen Studio-Displays. Man sieht im oberen Bereich die zwei runden Lüfter. Darunter befinden sich die Platinen. Zwei davon bilden das Netzteil: die Platine links und die Platine rechts oben. Unten rechts sieht man das eigentliche »Logic Board« mit dem A13. Der A13 ist an der Rückseite der Platine angebracht.



Das sieht aus nach einer Menge Technik, ist aber vor allem ein breit geklopftes Netzteil. Es sieht nach mehr aus, als es ist. Sicherlich ist so ein ultraflaches Netzteil eine feine Sache und vermutlich nicht billig. Aber am Ende ist es ein Netzteil.

Durch die großen Platinen entstand in den einschlägigen Foren und YouTube-Kanälen genau der falsche Eindruck. Gejubelt wurde, weil sehr viel eindrucksvolle kleine Bauteile zu sehen waren. Tatsächlich ist das System aber extrem minimalistisch. Apples Ingenieure jubeln nicht, weil so viel drinsteckt, sondern so wenig. Es ist im Grunde ein Netzteil und eine kleine Platine mit dem A13. Angesichts der vielen Aufgaben, die ich in den letzten Absätzen beschrieben habe, ist das extrem schlank.

Betrachten wir nun das Thunderbolt-Display. Schon auf den ersten Blick erkennt man den Unterschied. Der Aufbau scheint amateurhaft, durcheinander, geradezu schäbig. Beinahe zusammenhanglos sind verschiedene hässliche Komponenten kreuz und quer im Gehäuse verteilt. Die Kabel wirken, als sei alles ein großes Flickwerk. Tatsächlich ist es aber ein für die damalige Zeit sehr gutes (und auch teures) Display mit vielen komfortablen Funktionen.



Ich finde diesen Vergleich, so oberflächlich er auch zunächst ist, sehr aufschlussreich. Viele angebliche Experten auf YouTube haben sich verächtlich darüber geäußert, Apple hätte lustlos ein altes LDC-Panel in ein neues Gehäuse geklatscht, um den dummen Apple-Lemmingen ihr Geld aus der Tasche zu ziehen. — Tatsächlich kann aber selbst ein Laie erkennen, dass das neue Display von Fachleuten konstruiert wurde, die ihr Handwerk verstehen, und die keineswegs an einem freien Nachmittag ein paar Bauteile zusammengeflickt haben.

Ein Innenleben wie das des neuen Studio Display, komplett bestehend aus Spezialanfertigungen, ist das Ergebnis einer längeren und sorgfältigen Entwicklung. Es erfordert ein enges Zusammenarbeiten vieler Fachbereiche: Display, Audio, Kamera, Thermik/Lüftung, Mikrofone, Netzteile, USB/Thunderbolt, und nicht zu vergessen die Prozessor-Abteilung mit dem A13. Zu behaupten, Apple hätte einfach ein Display aus Asien besorgt und dann Feierabend gemacht, ist monströs.

Betrachten wir weiter das Thunderbolt Display. Es hat, obwohl es innen so altmodisch aussieht, einen sehr ähnlich Aufbau. Auch hier befindet sich das Netzteil auf einer flachen Platine, ebenfalls auf der linken Seite. Die restliche Elektronik passt auch hier auf eine einzige handliche Platine, ebenfalls auf der rechten Seite. Die Abmessungen sind etwas größer als beim neuen Studio Display.

Darin manifestiert sich der Fortschritt, den der A13 bringt. Die zwei folgenden Bilder zeigen das Logic Board des Thunderbolt Displays (oben) und die Rückseite des Logic Boards des Studio Displays (unten).



Oben hat man einen Zoo an unterschiedlichen kleinen Bauteilen. Unten sieht es zwar ähnlich aus, aber die Intelligenz ist zusammengefasst im A13. Der A13 enthält aber aufgrund seiner winzigen Strukturbreiten mehr Schaltkreise als die gesamt Platine des Thunderbolt Displays. Dazu zählt auch die Image-Pipeline für die Kamera, der Audio-Prozessor, die Neural Engine und viele weiteren Dinge. Es sind dramatisch viel mehr Funktionen und Möglichkeiten.

Konkurrierende Hersteller können ihre Displays vermutlich günstiger und mit den wesentlichen Funktionen anbieten. Aber um alle Funktionen wie Apple zu bieten, und vor allem in gleicher Qualität, müssten sie einen Weg finden, um die vielen Eigenschaften des A13 auf zahlreiche kleinere Bauteile zu verteilen und anschließend zu integrieren (also zum Funktionieren bringen). Eben dieses Zum-Funktionieren-Bringen zahlreicher Komponenten ist aufwändig. Man muss sich gut überlegen, für welche Funktionen man den Aufwand investiert. Das gilt umso mehr, wenn die anvisierte Kundschaft durch sehr preisgünstige 4k-Displays wenig Lust verspürt, einen Aufpreis zu zahlen.

Dass die Integration schwierig, für den Anwender jedoch entscheidend ist, zeigt auch das 5k-Display von LG, das viele Leser auf ihrem Schreibtisch stehen haben. Es bietet viele Vorzüge, das ist unbestritten. Aber die Mängel zeigen sich bei der Integration. Mal wachte es nach dem Ruhezustand nicht auf, mal gab es Bugs bei Thunderbolt, mal gab es Probleme mit Wi-Fi-Routern in nächster Nähe, mal gab es Fehler in der zughörigen App. (Mancher Leser wird sich fragen: »App? Wieso App?«) — Das sind alles Dinge, die mit Integration zu tun haben, also dass die Einzelteile als Ganzes funktionieren.

Vermutlich ist das einer der Gründe, warum Apple die Kamera aus dem iPhone 11 verwendet, wie Bastian in unserer letzten Sendung erläutert hat. Kamera-Sensor, Image-Pipeline und Neural Engine (für die Gesichtserkennung) müssen akribisch abgestimmt werden, hinzu kommt noch die erforderliche Software. Selbst Apple kann das nicht aus dem Handgelenk schütteln. Vermutlich ist das der hauptsächliche Grund für eine komplette Version von iOS, weil dort die »Schmiere« der Integration bereits vorhanden ist.

Ich würde es vergleichen mit der Dramatik, als das erste iPhone ausgestattet wurde mit OS X. Steve Jobs hatte es damit begründet, dass all die komplexen Grundlagen dort schon gelegt worden seien: Netzwerke, Grafiksystem, Audio-Routinen und so weiter. Dies in ein Smartphone zu bringen, war eine große Leistung. Wer weiß? Vielleicht ist es das auch für Displays. Beim iPhone konnte man das Ergebnis sofort sehen, beim Studio Display ist das nicht möglich. Aber aus Sicht der Ingenieure bedeutet es natürlich einen enormen Vorteil, wenn plötzlich ein »richtiger« Prozessor und ein »richtiges« Betriebssystem zur Verfügung stehen und nicht nur eine chinesische Firmware, die man besser nicht verändert.

Die vielen Funktionen, ihre Qualität und vor allem die nötige Integration ist schwierig zu erreichen. Insofern wage ich es, den bisherigen Testberichten zu widersprechen. Natürlich ist das Studio Display teuer, keine Frage. Aber ein echtes Konkurrenzprodukt, mit gleichen Features, wäre anderswo teurer, nicht billiger. Der einzige Ausweg besteht darin, Funktionen wegzulassen und die Details zu ignorieren.

Und das ist die übliche Apple-Masche: Die Produkte sind stets teurer als anderswo, haben aber auch besondere Funktionen. Wenn man sie nicht benötigt, hat man Pech gehabt. Aber wenn man sie benötigt, dann hat Apple stets einen sehr konkurrenzfähigen Preis. Diskussion im Forum Aktuelle Sendung dazu: Studio Display: Die erstaunliche Technik