蘋果IOS芯片崛起發(fā)展過程解析

在蘋果長達(dá)十年的自研芯片旅程中，正式發(fā)布以 ARM 架構(gòu)為主的 Mac 電腦處理器，來取代長久以來的英特爾 x86 架構(gòu)，是歷史性的一頁。

一直以來，蘋果用兩種方式來打造屬于自己的芯片帝國：

一是自主研發(fā)，現(xiàn)在蘋果內(nèi)部的芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)已有數(shù)千名員工；

其次，是以收購方式獲取新技術(shù)，吸收后再整合進(jìn)入自家的研發(fā)團(tuán)隊(duì)中，像是指紋識(shí)別芯片 Authen tec 和 3D 體感芯片/臉部辨識(shí)芯片 PrimeSense。

從 2010 年蘋果 iPhone 4 發(fā)布首款自研的 A4 處理器開始，掀起系統(tǒng)廠自主研發(fā)芯片的風(fēng)潮，也逐漸改變芯片廠、系統(tǒng)公司、晶圓代工廠的產(chǎn)業(yè)之間的關(guān)系。

蘋果自制芯片除了核心的處理器之外，還擴(kuò)及到電源管理芯片、顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片、GPU、基頻芯片、指紋辨識(shí)芯片、3D 體感芯片等，還有基于 Arm 架構(gòu)的 Mac 電腦處理器芯片，整個(gè)來看，蘋果已經(jīng)建立了一座芯片帝國。

蘋果經(jīng)歷多次換“芯”

成立于 1976 年的蘋果，已經(jīng)有 44 年歷史，2007 年推出第一款智能手機(jī) iPhone，并將公司名稱從蘋果電腦改名為蘋果公司，為公司未來發(fā)展重新定義。

在蘋果成立 44 年的歷史中，經(jīng)歷許多次電腦處理器架構(gòu)的更換。在推出 Mac 之前的微電腦 Apple II，是采用 MOS 的 6502 處理器，1984 年推出的 Mac，就改用摩托羅拉的 68K 架構(gòu)。

到了 1994 年，蘋果再從摩托羅拉的 68K 系列架構(gòu)轉(zhuǎn)向 AIM 聯(lián)盟（蘋果、IBM、摩托羅拉）共同開發(fā)的 PowerPC 處理器架構(gòu)。

最近一次是 2005 年，蘋果從 PowerPC 架構(gòu)轉(zhuǎn)向英特爾 x86 處理器架構(gòu)，開啟雙方長達(dá) 15 年的深度合作。

蘋果基于 Arm 架構(gòu)自研 Mac 電腦的處理器芯片，來取代英特爾的 x86 架構(gòu)的終極野心，這幾年來在業(yè)界已是公開的秘密，今年在 WWDC 上發(fā)表后，等于是證實(shí)且宣告這項(xiàng)規(guī)劃正式上路。

根據(jù)蘋果規(guī)劃，首款采用蘋果自研芯片的 Mac 將于今年底上市。蘋果并不會(huì)立即放棄英特爾的處理器，搭載英特爾芯片的 Mac 芯片也會(huì)同步開發(fā)，預(yù)計(jì)從英特爾芯片完全換到蘋果自研芯片，需要兩年的過渡期。

自研iPhone處理器的巨大成功

蘋果自研 Mac 處理器芯片計(jì)劃的背后，當(dāng)然是基于 iPhone A 系列手機(jī)處理器的巨大成功，以及合作伙伴臺(tái)積電在技術(shù)支持上的全力相挺，傳出臺(tái)積電有至少 300 位工程師助力蘋果，涵蓋研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、封裝等每個(gè)環(huán)節(jié)。

蘋果 iPhone 處理器的成功，也有一段曲折的歷史，包括初期裁掉內(nèi)部芯片團(tuán)隊(duì)，打算直接用英特爾 Atom 處理器; 找三星代工、收購關(guān)鍵的 PA Semi、與三星關(guān)系生變，一直到找上臺(tái)積電代工。

iPhone 處理器的打造，是從三星與 Arm 開始。其實(shí)當(dāng)時(shí)，蘋果曾考慮與英特爾合作。

蘋果最早在開發(fā) iPad 時(shí)，曾考慮采用英特爾的 Atom 處理器。當(dāng)時(shí) Atom 仍在研發(fā)階段，但蘋果創(chuàng)辦人喬布斯對于英特爾的技術(shù)能力充滿信心; 甚至在 2005 年，決定裁掉蘋果早年為了 Mac 而設(shè)立的芯片設(shè)計(jì)部門。

不過，有“iPod 之父”之稱的 Tony Fadell 則是反對使用英特爾的 Atom。在他的堅(jiān)持下，喬布斯同意改用設(shè)計(jì)更簡單、同時(shí)也更省電的 ARM 架構(gòu)。

后來前英特爾首席執(zhí)行官 Otellinii 曾表示，與蘋果雙方?jīng)]有合作移動(dòng)設(shè)備芯片，關(guān)鍵原因是報(bào)價(jià); 同時(shí)，他也認(rèn)為蘋果的移動(dòng)設(shè)備銷售量頂多百萬臺(tái)出貨量，不會(huì)讓英特爾帶來太大獲利。

最終，蘋果是和三星合作，設(shè)計(jì) Arm 架構(gòu)的 iPhone 處理器芯片。

2007 年，蘋果發(fā)布第一代 iPhone，使用三星設(shè)計(jì)的 Arm 架構(gòu) SoC，GPU 是 Imagination 的 PowerVR。

三星這款基于 Arm 架構(gòu)的 SoC 效能表現(xiàn)不差。因?yàn)楫?dāng)時(shí)在 Arm 架構(gòu)上的操作作業(yè)系統(tǒng)例如 Nokia 的 Symbian、微軟的 Windows CE、初版的 Android 等，都是功能簡單的輕量系統(tǒng)。然而，三星打造的 SoC 卻能幫助蘋果在 Arm 架構(gòu)下，執(zhí)行改寫自 Mac OS X 的 Unix 系統(tǒng)，且有完整的 UI 效果。

蘋果的成功，讓許多業(yè)者重新調(diào)整了開發(fā)計(jì)劃，這當(dāng)中就包括日后 Google Android 陣營的崛起。

但是，三星 SoC 也不是沒有缺點(diǎn)，畢竟它的原始設(shè)計(jì)只是基于三星的 DVD 播放器里面架構(gòu)。

為了能維持 iOS 的優(yōu)勢與獨(dú)特性，蘋果深知必須要自主研發(fā)處理器。

因此，在第一代 iPhone 發(fā)表不久后，蘋果即與三星、Imagination 簽署 SoC 和 GPU 的開發(fā)協(xié)定，同時(shí)也開始重組自己的芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

蘋果與三星的相愛相殺

2008 年蘋果招攬?jiān)温氂谟⑻貭柡?IBM 的 Johny Srouji，也就是現(xiàn)在的蘋果硬件技術(shù)部門的高級(jí)副總裁; 更在同年收購矽谷新創(chuàng)公司 P.A Semi，成為日后成為 SoC 技術(shù)團(tuán)隊(duì)核心。

蘋果首款自研的 A4 處理器搭在于 iPhone 4 內(nèi)，首度在 2010 年問世。當(dāng)中采用 Arm 的 Cortex-A8 為 CPU 核心，以及 Imagination 的 PowerVR SGX 535 作為 GPU。

2010 年，蘋果更收購了專門開發(fā)移動(dòng)設(shè)備芯片的 Intrinsity。雖然蘋果是以 Arm 的 Cortex-A8 為架構(gòu)設(shè)計(jì)了第一顆 A4 處理器，當(dāng)中與 Intrinsity 的合作，達(dá)成 CPU 架構(gòu)的優(yōu)化。

初期，蘋果的自研芯片是交由三星代工，但后來三星把改版的 Cortex-A8 核心用在自家的 SoC 產(chǎn)品 S5PC110 中; 在 2011 年又將 S5PC110 改稱為 Exynos 3，成為三星最早以“Exynos”命名的自家 SoC 產(chǎn)品，使用在一系列 Galaxy 系列移動(dòng)設(shè)備里中。

加上三星陸續(xù)在智能手機(jī)上顯露頭角，蘋果逐漸將三星視為競爭對手，便開始尋求其他代工廠來取代三星，與臺(tái)積電接觸便是從當(dāng)時(shí)開始。

誠如文章之前提到，iPhone 處理器的成功，給了蘋果很強(qiáng)的信心與底蘊(yùn)要自行開發(fā) Mac 電腦的處理器芯片，把英特爾徹底取代。

觀察在蘋果這十年來的自研芯片過程中，一直被很多人視為是“毒蘋果”，一旦咬上一口，會(huì)帶來營收和股價(jià)飛天。

但合作過程中，也可能會(huì)隨時(shí)被取代與拋棄，在此也細(xì)數(shù)蘋果這幾年究竟有哪些自研的芯片產(chǎn)品，以及并購或拋棄過哪些公司。

電源管理芯片：Dialog

蘋果在第一代的 iPhone 上就與電源管理芯片供應(yīng)商 Dialog 合作，由 Dialog 提供電源管理、音頻子系統(tǒng)、快充芯片，以及其他混合信號(hào)整合芯片。

Dialog 運(yùn)營也跟隨蘋果 iPhone 的熱賣一路成長。2007 年 Dialog 的全年?duì)I收才 8677 萬美元，到了 2017 年已成長至 13.53 億美元，十年間增長 15 倍，且公司 70% 以上營收來自于單一客戶蘋果。

Dialog 也不是對于運(yùn)營全押寶在單一客戶的情況沒有警覺心，自身更不斷多元化業(yè)務(wù)領(lǐng)域，擴(kuò)充至藍(lán)牙芯片、快充技術(shù)、LED 芯片等。

蘋果與 Dialog 合作十年也夠久了。約 2017 年左右，業(yè)界開始傳出蘋果要自制電源管理芯片的消息，甚至在蘋果自組的研發(fā)團(tuán)隊(duì)中，不少工程師都是來自于 Dialog。

后來蘋果與 Dialog 達(dá)成協(xié)議，先支付 3 億美元資金買下其部分資產(chǎn)與技術(shù)專利，以及預(yù)付 3 億美元，作為后續(xù)幾年采購 Dialog 產(chǎn)品的預(yù)付款; 再者，Dialog 也將 16% 的員工，共計(jì) 300 名工程師“轉(zhuǎn)讓”給蘋果，雙方徹底切斷關(guān)系。

GPU IP技術(shù)：Imagination

Imagination 與蘋果也是從第一代 iPhone 處理器就開始合作，同時(shí)蘋果也一直是 Imagination 最大客戶。

蘋果在 2017 年也曾宣布要在 15 個(gè)月至 2 年內(nèi)逐步停止使用 Imagination 的 GPU IP 技術(shù); 隨后，蘋果在 2018 年推出的 iPhone X 和 iPhone 8 手機(jī)用上自行設(shè)計(jì)的 GPU 產(chǎn)品，搭載在 A11 芯片中。

被蘋果拋棄后的 Imagination 被迫出售，在 2017 年 9 月由私募基金 Canyon Bridge Capital Partners 以英鎊 5.5 億元所收購。

到了 2020 年，Imagination 終于與蘋果達(dá)成協(xié)議，為公司長達(dá) 2~3 年來的運(yùn)營不確定性劃下句點(diǎn)，協(xié)議內(nèi)容主要是由蘋果支付專利授權(quán)費(fèi)用，以使用其 GPU 技術(shù)。

業(yè)界認(rèn)為，蘋果可能無法在短期內(nèi)處理好與 Imagination 的專利糾葛，這將影響其自行設(shè)計(jì) GPU 和自給自足的計(jì)劃，因此與 Imagination 達(dá)成協(xié)議。

顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片：新思 Synaptics

蘋果也傳出自研顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片，這也是供應(yīng)商新思運(yùn)營的隱憂之一。

蘋果一直是新思的重要客戶之一，但這幾年新思來自于蘋果的訂單數(shù)量已經(jīng)大幅減少，主要是因?yàn)?iPhone 的 OLED 機(jī)種是采用三星的 OLED 顯示屏搭配 OLED 驅(qū)動(dòng)芯片。

新思這幾年在運(yùn)營上不斷朝多元化轉(zhuǎn)型，包括收購美滿電子 Marvell 的多媒體解決方案業(yè)務(wù)部門、音頻處理方案供應(yīng)商科勝訊 Conexant 等。再者，也于 2019 年底出售 TDDI 業(yè)務(wù)部門給韋爾。

基頻芯片：英特爾與高通

基頻芯片是看似容易，但非常需要下苦工，以及與每一代通訊協(xié)議技術(shù)積累。

蘋果在 iPhone 初期用過英飛凌的基頻芯片（后被英特爾并購），從 2011 年 iPhone 4s 開始，高通就一直是蘋果基頻芯片的獨(dú)家供應(yīng)商。

站在蘋果的角度，顯然不想看到核心元件被高通鉗制，因此從 2016 年 iPhone 7 開始，在特定地區(qū)的機(jī)種采用英特爾的 4G 基頻芯片，這被視為是制衡高通的手段之一。

高通、英特爾雙供應(yīng)商的策略，一直持續(xù)到 2017 年的 iPhone 8 和 iPhone X 系列; 然而 2018 年出現(xiàn)重大轉(zhuǎn)折。

當(dāng)時(shí)，蘋果因?yàn)榕c高通的技術(shù)專利官司，2018 年發(fā)布的 iPhone 全都使用英特爾的 4G 基頻芯片，只能說這是當(dāng)時(shí)蘋果的唯一選擇，之后卻出現(xiàn)“信號(hào)門”事件，讓很多消費(fèi)者反彈。

之后在 2019 年，蘋果正式與英特爾簽署協(xié)議，以 10 億美元收購英特爾的基頻芯片事業(yè)部門。同時(shí)，也收購英特爾相關(guān)部門約 2000 名員工，象征蘋果正式大舉投入開發(fā)５Ｇ的基頻芯片。

指紋識(shí)別芯片：AuthenTec

除了自研核心技術(shù)外，蘋果也是時(shí)不時(shí)會(huì)收購新創(chuàng)公司來獲取創(chuàng)新技術(shù)，接下來要討論的指紋識(shí)別芯片 AuthenTec、人臉識(shí)別技術(shù) PrimeSense，就是兩個(gè)最成功的案例。

跟很多技術(shù)的發(fā)展路程相似，指紋識(shí)別技術(shù)也不是蘋果發(fā)明的，但卻是蘋果發(fā)揚(yáng)光大的。

蘋果在 2012 年收購以色列的指紋辨識(shí)技術(shù)商 AuthenTec。這家公司曾為很多 NB 大廠導(dǎo)入相關(guān)的指紋識(shí)別技術(shù)，包括惠普、戴爾、聯(lián)想 、富士通等。

蘋果的領(lǐng)軍，讓安卓手機(jī)陣營也積極加入指紋識(shí)別行列。初期瑞典 FPC 公司的后置指紋辨識(shí)就成為救急方案之一，受到華為、小米等青睞，逐漸發(fā)展成為當(dāng)時(shí)安卓手機(jī)陣營的指紋識(shí)別技術(shù)主流路線。

之后匯頂?shù)闹讣y識(shí)別技術(shù)勢力開始崛起，逐漸侵蝕 FPC 的市占率。

這樣的發(fā)展非常自然。歐美公司在初期技術(shù)領(lǐng)先階段，會(huì)比較占上風(fēng); 到了市場需求大爆發(fā)時(shí)期，客戶會(huì)開始追求品質(zhì)與成本的平衡，亞洲供應(yīng)商通常會(huì)在這一階段大舉切入，一舉通吃市占率。

人臉識(shí)別技術(shù)：PrimeSense

2017 年蘋果新機(jī) iPhone X 登場，全球科技產(chǎn)業(yè)掀起一陣人臉解鎖的熱潮，這款技術(shù)照樣不是蘋果首創(chuàng)，但又是蘋果引發(fā)潮流。

蘋果的人臉識(shí)別技術(shù)來自于收購 PrimeSense，這也是一家以色列新創(chuàng)公司，專注于 3D 傳感技術(shù)。

PrimeSense 在被蘋果收購之前，也是有一段風(fēng)光的歷程，其研發(fā)產(chǎn)品曾經(jīng)被微軟體感游戲機(jī) Kinect 采用。只是，微軟的 Kinect 第二代改為用自己開發(fā)的技術(shù)做取代，后來 PrimeSense 也賣給蘋果。

PrimeSense 擁有的是結(jié)構(gòu)光技術(shù)，蘋果將該技術(shù)用在 iPhone 臉部識(shí)別解鎖上，同樣也引發(fā)安卓手機(jī)陣營跟進(jìn)，只是技術(shù)陣營不盡相同，安卓多數(shù)是用 3D ToF 技術(shù)為主。