Appleハードウェアのプロトタイプと開発段階の内部

Mac、iPhone、iPadなど、Appleが製造するあらゆるハードウェアは、複数のプロトタイプと開発段階を経る必要があります。ここでは、そのプロセスと、Appleが各段階を何と呼んでいるかをご紹介します。

Appleのハードウェアプロトタイプは毎年、十分な品質を確保するために複数回のテストを受けます。これには、耐久性テスト、落下テスト、耐水性テスト、信頼性テスト、設計実現可能性テストなどが含まれます。

Appleの試作プロセスは、ほぼすべてのコアハードウェアコンポーネントを個別にテストするため、間違いなく複雑です。しかし、Appleデバイスの開発は全体として、より予測可能なパターンに従っており、説明もはるかに容易です。

初期デザインのモックアップ

個々のコンポーネントの試作とテストを開始する前に、Appleはまず新しいハードウェアプロジェクトのデザインを確定させる必要があります。そのために、同社の開発チームは、完成品の将来の姿を想定した様々なモックアップを作成します。

初期のモックアップは、デザインコンセプトを正確に表現することのみを目的としているため、通常は機能的な要素はありません。そのため、専用のハードウェアコンポーネントは含まれておらず、通常は外装のみで構成されています。

この開発段階で使用される素材は、対象となるデバイス、選択されたデザイン、そしてその複雑さによって異なります。例えば、初代iPhoneの初期のモックアップの一部はポリカーボネートで作られていましたが、最終的な量産モデルは主にアルミニウムとガラスで作られていました。

初期のAppleのモックアップの真贋は、製品自体がAppleまたはその従業員と疑う余地のない関係を持っていない限り、見極めるのが難しい場合が多い。例えば、モックアップに本物のAppleのアセットタグやステッカーが貼られていたり、書籍に掲載されていたりする場合は、本物である可能性が高い。

アップルの初期のiPhoneの模型の多くは、2012年に同社がサムスンと起こした訴訟の際に裁判所の文書を通じて公開された。

落下試験の段階

Appleが次期製品の初期設計を決定すると、詳細な資料、製品回路図、CADファイル、そして寸法図が厳選された製造施設や工場に送られます。これらの設計は複数回にわたってチェックされ、個々の部品間の干渉がないことが確認されます。

場合によっては、ブラケット、取り付けポイント、その他の細部を変更して、製造・組み立て後のコンポーネントの適合性を確保することがあります。実行可能な試験設計が作成されると、初期落下試験の準備が始まります。

工場の専用エリアには、スローモーションカメラと専用ロボットを備えた専用の落下試験環境が設置されています。試験前に機器のキャリブレーションを行うため、エンジニアは次期iPhoneやiPadと同じ寸法のプラスチック板を使用することもあります。

初期テストを可能にするため、工場ではいわゆる「Drop1」ステージデバイスの生産を開始します。これらのデバイスは、デバイスハウジングやガラスバックプレート（該当する場合）などのコア構造部品で構成されています。

これらのコアコンポーネントは、複数の色で製造されることがあります。これは、最初のバッチで新しい着色技術や材料が使用され、その耐久性をテストする必要がある場合など、主要な製造プロセスが変更された場合に行われます。

Drop1のテストユニットは、完全に機能するハードウェアコンポーネントではなく、プレースホルダーパーツを使用しています。これらは多くの場合、機械加工された金属で作られており、背面カメラ、バッテリー、場合によってはガラス製のバックプレートの代わりに使用できます。

Drop1ユニットは組み立てられると、テストにかけられます。デバイスは特定の高さから特定の角度で落下させられ、その結果は記録され、後日分析されます。

その他のテストとしては、内部に金属片が入ったプラスチックチューブにデバイスを落下させたり、液体に浸して耐水性をテストしたりします。すべてのテストにおいて、パラメータと主要なデータポイントは記録され、事後に分析されます。

落下試験終了後、デバイス自体も写真撮影され、その結果生じた損傷を分析できます。重大な欠陥、構造上の問題、筐体のPVDコーティング工程における問題などはすべて記録され、必要なチームにフィードバックが送られます。

Drop1段階で収集された情報によって変更が生じる可能性があるため、Drop2段階では内部に変更を加えたり、部品を追加したりしてデバイスを製造することがよくあります。その後、Drop2段階のデバイスに対して同様のテストを実施し、関連情報を収集します。

Proto - 機能的なハードウェアの最初の試み

初期の落下試験段階が完了すると、ハードウェアプロジェクトは開発のプロト段階に移行します。この段階は、必要なハードウェアコンポーネントをすべて備えた、完全に機能するデバイスを提供するための最初の試みとなります。

プロトステージユニットは実際に動作するハードウェアを備えていますが、あくまでも最初の段階に過ぎません。つまり、プロトデバイスは量産品と比べて大きな違いがある可能性があります。

これらの違いは、場合によっては外装に関係するものであり、デバイス内部のポートやコネクタに影響を及ぼすこともあります。つまり、試作段階のデバイスは、画面やボタンなどの量産部品と互換性がない可能性があります。

最終製品とは異なるため、プロトステージユニットはコレクターの間で高い人気を博すことが多い。しかし、こうした違いや、一般に入手可能な部品との互換性のなさから、修理は困難である。

この開発段階では機能的なハードウェアが使用されるため、適切な機能と長期的な耐久性を確保するために、さらに多くのテストが必要になります。そのため、工場にはテストステーションと呼ばれる専用の機械が設置されており、デバイス内の個々のハードウェアコンポーネントやセンサーをテストします。

その結果、テスト結果から得られた情報によって発生する可能性のある設計変更や修正を考慮して、Proto ステージには Proto1 と Proto2 と呼ばれる 2 つのサブステージが含まれることがよくあります。

Proto1およびProto2の開発段階のユニットでは、多くの場合、iOSの非UIバージョンが実行されます。このタイプのiOSは主にハードウェアテストを目的としており、Appleのハードウェアエンジニアやキャリブレーション機器でよく使用されます。

EVT - エンジニアリング検証テスト

Protoの次の主要なステップはEVT（エンジニアリング検証テスト）と呼ばれます。この開発段階では、主にハードウェアの完成度を高め、ハードウェア関連の問題が発生しないようにすることに重点が置かれています。

EVTステージは複数のサブステージから構成され、EVT-1、EVT-2など、番号で指定されます。これらのサブステージは、開発中に行われた特定の変更に対応するために存在しますが、個別の開発ステージを構成するほどの規模ではありません。

Appleは一部のデバイスについて、文字ベースのEVTサブステージを作成しています。これは、開発後期、あるいは量産デバイスで重大な問題が発見された場合に発生することがあります。そのため、Appleは追加のテストと開発のためにEVTデバイスに戻らざるを得なくなります。

例えば、第3世代iPod Touchの場合、Appleが最初に出荷した量産モデルには、簡単にパッチを当てたり修正したりできないブートROMの脆弱性が潜んでいました。そのため、AppleはEVTデバイスを改良した新しいバッチで製造し、最終的にブートROMを更新した新しいバージョンのiPodを出荷しました。

Proto1およびProto2段階のデバイスと同様に、EVTプロトタイプは最終的な量産ユニットと比べてデザインに大きな違いが見られることがよくあります。EVTユニットは、iOS NonUIという共通のオペレーティングシステムバリアントも実行します。

例えばiPhone 15 Proの場合、EVTのプロトタイプにはProject Bongoというコードネームで開発された触覚ボタンが搭載されていました。同様に、前述のiPod Touch 3Gも開発段階において背面カメラを搭載していました。

どちらの機能も最終的な量産ユニットには搭載されておらず、どちらの場合も何らかの理由でハードウェアが廃棄された。

DVT - 設計検証テスト

EVTの後、ハードウェアプロジェクトは次の段階であるDVT（設計検証テスト）に進みます。この段階はEVTを基盤として、製品が機能的なハードウェアと、欠陥や構造上の問題のない実行可能な設計の両方を備えていることを確認します。

DVTステージは、同じ数字（DVT-1）と文字（DVT-a）のサブステージで構成されています。設計検証試験（DVT）に含まれるサブステージの数に制限はないため、DVT-4のような名称のプロトタイプデバイスに遭遇する可能性があります。

DVT段階のデバイスは、量産品と外観上の差異がほとんどないか、ほとんどなく、非常によく似ていることがよくあります。そのため、AppleはDVT段階のデバイスをFCCなどの規制当局に送付し、電子機器に関する既存の規格や規制への準拠を確認しています。

同様に、Appleは主要な携帯電話ネットワークとの互換性を確保するため、世界中の携帯電話キャリアやネットワークプロバイダーにDVT段階のデバイスを出荷しています。これらのデバイスは、機能的にはDVTデバイスと全く同一であるにもかかわらず、「キャリアビルド」の略称であるCRBというラベルが付けられています。

CRBデバイスは、多くの場合、CarrierOSと呼ばれる独自のiOSバリアントを搭載しています。多くの場合、これはInternalUIバリアントの簡素化されたバージョンです。つまり、標準的なiOSユーザーインターフェースに加え、E911Testerなどのネットワーク関連のテストアプリケーションが搭載されています。

一般的に、DVT段階のデバイスは、テストの種類に応じて、InternalUIバージョンまたはNonUIバージョンのiOSを実行できます。DVTプロトタイプのハードウェアは、ボードレベルで製品版と異なります。

量産デバイスとは異なり、DVTおよびそれ以前のユニットデバイスは「開発融合」されています。つまり、追加コードを実行でき、量産ユニットに比べてデバッグが容易なため、複数の開発プロセスで使用されます。

PVT - 生産検証テスト

PVT段階までに、新しいハードウェアプロジェクトの完全な設計が完成します。PVT段階のプロトタイプは、iOSのNonUIバージョンを実行するという点を除けば、量産ユニットと実質的に同一です。

PVT開発段階では、主に製造手順の最適化に重点が置かれます。Appleは、すべての製品において、デバイス自体や工場設備に問題が発生することなく、量産可能であることを確認する必要があります。

PVTデバイスの別のバリエーションとして、いわゆるPRQユニット（Post Ramp Qualificationの略）があります。これらのデバイスは、Appleがリリース後に新色オプションなどのマイナーチェンジを導入する際にテストされ、PVTユニットや量産ユニットと同一の製品です。

PVTステージユニットは最終製品と実質的に同一であるため、コレクターにとってこれらのデバイスの価値は大幅に低くなります。唯一の救いは、iOS NonUIが動作するという点です。

このルールの唯一の例外は、Production Validation Testing - Engineering の頭字語を持つ PVTE ステージ デバイスです。

量産時に問題なく稼働できることを確認するためにテストされる標準的なPVTユニットとは異なり、PVTEデバイスはAppleのソフトウェアエンジニアによって使用されます。つまり、標準のiOSユーザーインターフェースに加え、開発中の機能や内部設定を備えたInternalUIバージョンのiOSが実行されます。

その結果、PVTEユニットには、数年先のソフトウェア機能の初期実装が含まれている可能性があります。例えば、PVTE段階のiPhone XS Maxには、Appleのデバイス内メール分類機能の初期バージョンが搭載されていましたが、これは5年後にようやく導入されました。

MP - 大量生産デバイス

すべての試作が完了すると、発売に先立ち工場で新型デバイスの量産が開始されます。出荷されるデバイスが完全に機能することを確認するため、各デバイスのハードウェアは出荷前にテストされます。

最終テストプロセスを円滑に進めるため、Appleはまず量産ユニットにiOSの非UIバージョンをインストールし、従業員とテスト機器がデバイスを操作できるようにします。品質管理テストが完了すると、リリース版（ストック）iOSがインストールされ、ユニットは販売のために出荷されます。

Appleが顧客またはその他の第三者に合法的に販売するすべてのデバイスは、量産デバイスとみなされます。この目的を念頭に製造されたデバイスも量産デバイスとみなされ、MP-intentと呼ばれます。

これらのデバイスの中には、ハードウェアの故障や修理不可能な重大な欠陥のために、品質管理テストに不合格となるものがあります。これらは品質管理不合格品とみなされ、欠陥のある部品は通常リサイクルに回されます。

品質管理テストに合格しなかった MP デバイスでも、iOS の NonUI バリアントがインストールされている可能性があります。そのため、コレクターにとって、iOS のリリースにより、ロジック ボードは標準のロジック ボードよりも価値が高くなります。

ただし、iOS NonUI を実行する MP 段階のデバイスは、比較的簡単に入手できる大量生産ハードウェアを備えているため、DVT やそれ以前のデバイスほど価値はありません。

これらすべては結局何を意味するのでしょうか?

プロトタイプは、開発中にデバイスがどのように変化するかについて、独自の洞察を提供します。Appleは、いくつかのケースにおいて、将来発売予定のデバイスから主要なハードウェアコンポーネントを突然削除し、より一般的な部品に置き換えました。

Appleの多様なプロトタイプ段階は、同社の品質管理の実践と高い製造基準の証でもあります。新製品は、ハードウェア関連の問題が発生しないよう、徹底的かつ徹底的にテストされています。