蘋果在半導體領(lǐng)域布下“王炸之局”

在智能手機領(lǐng)域，蘋果從指令集到微架構(gòu)一手打造的 64 位芯片可說打遍天下無敵手，即便是三星、高通等芯片產(chǎn)業(yè)龍頭，也難以撼動其市場地位。

然而，這次在 MWC 2018 中，我們可以看到包含三星、高通，都已經(jīng)推出基于自有微架構(gòu)的手機處理芯片，在 GeekBench 效能的測試數(shù)據(jù)中僅落后去年推出的蘋果 A11 芯片約 2 成，而不再是僅能達到其同世代產(chǎn)品一半性能的窘?jīng)r，自研微架構(gòu)可說已經(jīng)帶來了一定的成果。不過，嚴格說來，其性能差距仍是相當明顯，未來數(shù)年這個格局應(yīng)該也很難被轉(zhuǎn)變。

（MWC 2018 會場）

雖然華為早些年也投入微架構(gòu)的自研工作，但 2018 年 MWC 上并沒有宣布相關(guān)的信息，其最新的麒麟 970 因為基于標準 ARM 公版架構(gòu)，整體效能約為 A11 的一半左右，落差相當大。DT 君認為，華為自研微架構(gòu)芯片應(yīng)該會隨著年底新款高端手機一并發(fā)布，而屆時期 AI 核心也會有一定的變革，借以應(yīng)對高通和三星，甚至蘋果在高端手機市場的挑戰(zhàn)。

像聯(lián)發(fā)科、瑞芯微、全志等追求性能價格比的公司，基本上就和自研微架構(gòu)無緣了，ARM 官方發(fā)表的架構(gòu)表現(xiàn)如何，基本上這些公司的產(chǎn)品就是長怎么樣，不會有太大意外。也因此，落后蘋果產(chǎn)品一大截已經(jīng)是可預(yù)見的結(jié)果，不過這些公司的目標市場本來就不是高端定位，所以也不用期待太多。

所以，當年蘋果對 ARM 指令集的布局可以說回報豐厚，其投資效益不出意外的話甚至還可繼續(xù)延續(xù)數(shù)年之久，當然，蘋果在芯片研發(fā)和布局的資本投入并不是其他芯片廠商可以相提并論的，即便占了先機，但持續(xù)的投入才是蘋果未來得以維持絕對優(yōu)勢的關(guān)鍵。

蘋果布了一個“王炸之局”

無論如何，整件事情要從一個影響手機、半導體產(chǎn)業(yè)極為深遠，但又不為人知的老故事開始說起，然后回頭看看目前的 ARM 架構(gòu)市場變化。

這一切都要由蘋果所布的局開始。一位在半導體產(chǎn)業(yè)資歷極深、曾在各大處理器廠商中擔任要職的人士對 DT 君透露，蘋果自有芯片的布局，甚至要往上延伸至 IP 供貨商，也就是 ARM 身上。

那么，身為芯片最上游的 ARM 如何受到蘋果的影響？這要從 ARM 對 64 位架構(gòu)發(fā)展態(tài)度的消極開始看。

ARM 從推出高端 Cortex-A 架構(gòu)之后，就一直固守在 32 位，并且強調(diào) 32 位的性能已經(jīng)足夠使用，甚至在 PC 或服務(wù)器市場也能和 X86 相提并論。但事實上，ARM 的 32 位指令在移動市場表現(xiàn)雖不錯，但成長性有限，且隨著未來應(yīng)用復雜度增加，其先天的 4GB 內(nèi)存尋址限制將會成為整個應(yīng)用生態(tài)的緊箍咒，而在服務(wù)器市場，缺乏 64 位尋址能力的 ARM 架構(gòu)，也幾乎找不到半點市場空間。

如果沒有前進到 64 位，ARM 架構(gòu)不只在服務(wù)器市場將持續(xù)空白，移動市場也可能早就被重新經(jīng)營低功耗移動市場的 X86 架構(gòu)給擊倒了。

2012 年，ARM 終于在其長遠的處理器列表上添加了 64 位架構(gòu)，晚了 X86 架構(gòu) 13 年，然而這并非完全出自 ARM 自己之手。

蘋果希望維持 A 系列處理器在移動市場上的性能優(yōu)勢，且將應(yīng)用擴及包含筆記本與 PC 市場，作為取代 X86 架構(gòu)的武器。但是在遲遲等不到 64 位架構(gòu)到來的情況下，只好主動和 ARM 進行溝通，提供其研究多年的 64 位指令集設(shè)計建議，蘋果總共定義了 26 條 64 位指令，在 2012 年發(fā)表的 ARM v8.0a 使用了其中的 18 條指令，次年的 ARM v8.1a 則補上了其余的 8 條指令。

談到這邊，各位應(yīng)該對蘋果 A 系列芯片性能要比同時期產(chǎn)品更高的理由心里有點底了吧。

當然，ARM 作為公正 IP 供應(yīng)者，理論上不應(yīng)該也不會偏向任何一方，雖然在大客戶的要求下，硬著頭皮推出采用蘋果建議的 64 位架構(gòu)設(shè)計，但完成后也同樣對外開放授權(quán)。蘋果無償貢獻這些指令集，最后所有芯片廠商都能借助授權(quán)使用，乍看之下是為人作嫁衣，讓競爭者撿了便宜。

（蘋果 A5、A6 處理器）

但實際上，蘋果在芯片設(shè)計方面早有深厚的基礎(chǔ)，且在 A5 之后轉(zhuǎn)而自行設(shè)計芯片架構(gòu)，最后一款 32 位芯片 A6 更是自行設(shè)計微架構(gòu)，對相關(guān)指令集所需要的配套優(yōu)化架構(gòu)了然于心，反觀套用 64 位 ARM 公版架構(gòu)的廠商紛紛在市場上受挫而叫苦連天。

ARM 后續(xù)雖不斷改進其公版微架構(gòu)，但蘋果已經(jīng)穩(wěn)居市場先機，包含高通、三星、華為等都認為繼續(xù)采用公版架構(gòu)將無法拉近與蘋果的距離，因此紛紛投入研發(fā)基于 64 位 ARM 指令集的自有微架構(gòu)，但市場的落差已然存在，即便到現(xiàn)在，蘋果仍在處理器微架構(gòu)的效率表現(xiàn)上遙遙領(lǐng)先其他芯片設(shè)計廠商，甚至逼近 X86 的程度。

所以說，蘋果已為其 64 位架構(gòu)布了一個非常深遠的局，而且其影響將持續(xù)下去。

不過 ，ARM 被軟銀（SoftBank）并購之后，除了在 IoT 市場推出各種相應(yīng)方案，也積極布局服務(wù)器市場，沒有死守在由蘋果開拓出來的 64 位路徑上，而是以此為基礎(chǔ)，增加更多的應(yīng)用可能性。

然而，過去幾年被蘋果遠遠拋開的移動芯片供貨商也逐漸走出自己的路，畢竟，如果只是單純依照建議公版，那永遠也追不上蘋果。通過自有微架構(gòu)的開發(fā)，這些廠商也逐漸拉近與蘋果的距離。

蘋果不僅拔得 64 位 ARM 架構(gòu)頭籌，性能亦持續(xù)領(lǐng)先

我們都知道，蘋果 A 系列芯片是最早進入 64 位的 ARM 架構(gòu)，其他方案幾乎都晚了蘋果 1 年以上，其最主要的原因是前面提到的，蘋果早在 ARM 推出其官方 64 位架構(gòu)指令集前就已經(jīng)先行布局自有架構(gòu)的開發(fā)。

另外還有一個原因，除了當時手機等移動平臺上沒有 64 位應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗，芯片廠看不到蘋果所看到的差別，擔心最終只是落得噱頭一場，投資開發(fā)新架構(gòu)可能成泡沫，且 ARM 的 64 位架構(gòu)的由來也讓各大芯片廠商不怎么放心，因此裹足不前，坐看蘋果拔得頭籌，而當蘋果取得市場關(guān)注之后，才接連引發(fā)移動市場的 64 位革命。

A4、A5 芯片采用 ARM 官方 IP，實際效能表現(xiàn)只能說普通，若沒有 GPU 的幫助，那跟一般 ARM 架構(gòu)方案根本沒有落差。A6 雖然轉(zhuǎn)用自行開發(fā)的 swift 微架構(gòu)，但性能表現(xiàn)也僅略優(yōu)于同時其競爭產(chǎn)品，真正拉開差距的，就是首代 64 位架構(gòu)，也就是基于 Cyclone 架構(gòu)的 A7 處理器。

（蘋果A7 處理器）

與其他基于標準公版 Cortex-A57 的同時期位 ARM 架構(gòu)芯片比較起來，Cyclone 架構(gòu)把指令發(fā)射寬度 (issue-width) 從標準的 3 個增加到 6 個，并且大幅增加片上緩存以及存取帶寬。而基于 A7 的終端產(chǎn)品從 2013 年底逐漸上市，反觀業(yè)界首款基于 64 位 ARM 架構(gòu) Cortex-A57 遲至 2015 年初才有產(chǎn)品上市，且因為 A57 只是在 32 位架構(gòu) A15 的基礎(chǔ)上增加 64 位指令，很多東西都是等比例放大，沒有經(jīng)過優(yōu)化，配置非常不均衡，加上芯片代工工藝跟不上，首波推出的芯片與終端方案表現(xiàn)可說是極為凄慘。

2015 年，蘋果也理所當然的用基于 Cyclone 二代微架構(gòu)的 A8 以及 Twister 微架構(gòu)的 A9 碾壓 Android 高端產(chǎn)品陣營，其設(shè)計理念也很一致，用大規(guī)模同步指令譯碼能力取代原本的高頻設(shè)計，并且增加帶寬與緩存，讓指令集運行更有效率，而同時期的芯片廠仍持續(xù)強調(diào)運作頻率等蘋果根本看不上眼的規(guī)格。

也因此，蘋果能夠長期穩(wěn)定運作在相對高效能之下，而其他產(chǎn)品通常只能全力運作非常短的時間，然后就碰到功耗門，被強制降頻，該時期代表作驍龍 810 甚至只能在低于一半的預(yù)設(shè)頻率下才能勉強維持穩(wěn)定運作，雖然號稱 8 核心，但實際性能遠遠落后于蘋果的雙核產(chǎn)品。

移動領(lǐng)域雖稱霸，但意圖取代 X86 的大計并不成功

前面也提到，蘋果布局 64 位 ARM 架構(gòu)其實目的不是只為了手機等移動終端，而是要全面取代其在 Mac 計算器上的處理器，然而理想很豐滿，現(xiàn)實狀況是，即便增加了 64 位指令，ARM 的基本結(jié)構(gòu)本來就不適合大規(guī)模高頻率的運作方式，即便蘋果已經(jīng)做了很多嘗試，但仍然事倍功半。

而英特爾過去幾年在市場上毫無敵手，core 微架構(gòu)撐了十幾年仍淘汰不了，每年固定擠牙膏的作法雖然讓其包括蘋果在內(nèi)的客戶非常不滿，但也只能無奈的買單。英特爾雖然躺著賺，但也不敢忽視了蘋果的一舉一動。

只要蘋果推新架構(gòu)，英特爾就會推出性能剛好領(lǐng)先一段距離的產(chǎn)品壓陣，甚至部分小改版，或者是針對特殊市場的處理器產(chǎn)品也會優(yōu)先供應(yīng)蘋果，避免蘋果真的下了要全面替換處理器的決定。

這個策略也被證實十分有效，截至目前為止，蘋果要替換處理器架構(gòu)都還只是停留在傳言的階段而沒有成真。當然，之前的確有某家代工廠已經(jīng)在幫蘋果設(shè)計代工基于 ARM 架構(gòu)的 NB 產(chǎn)品，只是最后因為市場策略調(diào)整，或是因為產(chǎn)品性能表現(xiàn)不佳，亦或者是因為來自英特爾的壓力，相關(guān)產(chǎn)品最終胎死腹中。

雖然蘋果相關(guān)的規(guī)劃進行狀況并不順利，但未來肯定還是會繼續(xù)嘗試替換掉來自英特爾的芯片產(chǎn)品，畢竟蘋果的最高準則就是單一類型產(chǎn)品有要第二供貨來源，而英特爾已經(jīng)獨占太久了。換句話說，就是蘋果認為英特爾實在賺太多了。