回顧蘋(píng)果自研芯片的歷史進(jìn)程

　　蘋(píng)果還有哪些芯片沒(méi)有征服？

　　2010 年，蘋(píng)果首次在 iPhone 4 中首次采用自研芯片。2023年，所有新款 Mac電腦均采用蘋(píng)果自己的芯片，這意味著蘋(píng)果結(jié)束了15 多年對(duì)英特爾的依賴(lài)。

　　“在過(guò)去20年里，蘋(píng)果公司最深刻的變化之一，就是我們現(xiàn)在如何在內(nèi)部做這么多這樣的技術(shù)，”蘋(píng)果公司硬件工程負(fù)責(zé)人約翰·特爾努斯（John Ternus）說(shuō)?！爱?dāng)然，排在首位的是我們的芯片。”

　　這一變化也讓蘋(píng)果面臨了一系列新的風(fēng)險(xiǎn)。其最先進(jìn)的芯片主要由臺(tái)積電制造。與此同時(shí)，智能手機(jī)正在從嚴(yán)重的銷(xiāo)售下滑中復(fù)蘇，而微軟等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手人工智能正在取得巨大飛躍。

　　11 月，蘋(píng)果批準(zhǔn)了一部分媒體前往蘋(píng)果位于加利福尼亞州庫(kù)比蒂諾的園區(qū)的芯片實(shí)驗(yàn)室參觀。蘋(píng)果芯片部門(mén)負(fù)責(zé)人 Johny Srouji介紹了該公司進(jìn)軍定制芯片領(lǐng)域并開(kāi)發(fā)這一復(fù)雜業(yè)務(wù)的情況。

　　“我們有數(shù)千名工程師，”Srouji說(shuō)?！暗绻憧纯次覀兊男酒M合：實(shí)際上非常精簡(jiǎn)。效率很高?！迸c傳統(tǒng)芯片制造商不同，蘋(píng)果不為其他公司生產(chǎn)芯片。

　　“因?yàn)槲覀儾⒉徽嬲龑?duì)外銷(xiāo)售芯片，所以我們專(zhuān)注于產(chǎn)品，”Srouji 說(shuō)?！斑@讓我們可以自由地進(jìn)行優(yōu)化，而可擴(kuò)展的架構(gòu)讓我們可以在不同產(chǎn)品之間重復(fù)使用各個(gè)部分?！?/p>

　　自研芯片自 2010 年起為 iPhone 賦能

　　Srouji 于 2008 年加入蘋(píng)果，領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)由 40 到 50 名工程師組成的小團(tuán)隊(duì)，為 iPhone 設(shè)計(jì)定制芯片。他加入一個(gè)月后，蘋(píng)果以 2.78 億美元收購(gòu)了 PA Semiconductor，這是一家擁有 150 名員工的初創(chuàng)公司。

　　Creative Strategies 首席執(zhí)行官兼首席分析師 Ben Bajarin 表示：“蘋(píng)果將開(kāi)始生產(chǎn)自己的芯片：這是他們購(gòu)買(mǎi) PA Semi 后的直接收獲?！?Bajarin表示，憑借其“固有的設(shè)計(jì)重點(diǎn)”，蘋(píng)果希望“控制盡可能多的堆棧”。

　　收購(gòu)兩年后，蘋(píng)果在 iPhone 4 和初代 iPad 中推出了首款定制芯片A4?！拔覀儤?gòu)建了統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)，該架構(gòu)可跨產(chǎn)品擴(kuò)展，”Srouji 說(shuō)。“我們構(gòu)建了一個(gè)從 iPhone 開(kāi)始的架構(gòu)，然后我們將其擴(kuò)展到 iPad，然后擴(kuò)展到apple watch，最終擴(kuò)展到 Mac?！?/p>

　　蘋(píng)果的芯片團(tuán)隊(duì)已發(fā)展到數(shù)千名工程師，在世界各地的實(shí)驗(yàn)室工作，包括以色列、德國(guó)、奧地利、英國(guó)和日本。在美國(guó)，該公司在硅谷、圣地亞哥和得克薩斯州奧斯汀設(shè)有工廠(chǎng)。

　　蘋(píng)果正在開(kāi)發(fā)的主要芯片類(lèi)型被稱(chēng)為片上系統(tǒng)（SoC）。它將中央處理單元 （CPU）、圖形處理單元 （GPU） 和其他組件結(jié)合在一起。蘋(píng)果還有一個(gè)“運(yùn)行神經(jīng)引擎”的神經(jīng)處理單元 （NPU）?！斑@是硅芯片以及芯片上的所有模塊，”Bajarin說(shuō)。

　　蘋(píng)果的首款 SoC 是 A 系列，從 2010 年的 A4 進(jìn)階到今年 9 月發(fā)布的 A17 Pro。它是 iPhone 以及部分 iPad、Apple TV 和 HomePod 中的中央處理器。Apple 的另一個(gè)主要 SoC 是 M 系列，于 2020 年首次發(fā)布，現(xiàn)在為所有新款 Mac 和更先進(jìn)的 iPad 提供支持。該產(chǎn)品已達(dá)到 M3 系列。

　　S 系列于 2015 年推出，采用系統(tǒng)級(jí)封裝 （SiP），適用于 Apple Watch。AirPods 中使用了 H 和 W 芯片。U 芯片允許 Apple 設(shè)備之間進(jìn)行通信。最新的芯片 R1將于明年初在蘋(píng)果的 Vision Pro 耳機(jī)中上市。蘋(píng)果致力于處理來(lái)自設(shè)備攝像頭、傳感器和麥克風(fēng)的輸入，表示將在 12 毫秒內(nèi)將圖像傳輸?shù)斤@示器。

　　“我們可以提前設(shè)計(jì)芯片，”Srouji說(shuō)。他的員工與 Ternus 的團(tuán)隊(duì)合作，“準(zhǔn)確無(wú)誤地制造針對(duì)這些產(chǎn)品的芯片，而且只針對(duì)這些產(chǎn)品?！崩纾诙?AirPods Pro 內(nèi)的 H2 可以實(shí)現(xiàn)更好的降噪效果。在新款 Apple Watch Series 9 中，S9 提供了雙擊等不尋常的功能。在 iPhone 中，2017 年的 A11 Bionic 配備了第一個(gè) Apple Neural Engine，這是 SoC 的專(zhuān)用部分，用于完全在設(shè)備上執(zhí)行 AI 任務(wù)。

　　9 月份在 iPhone 15 Pro 和 Pro Max 中發(fā)布的最新 A17 Pro 實(shí)現(xiàn)了計(jì)算攝影和游戲高級(jí)渲染等功能的重大飛躍。iPhone 營(yíng)銷(xiāo)負(fù)責(zé)人 Kaiann Drance 表示：“這實(shí)際上是 GPU 架構(gòu)和蘋(píng)果芯片歷史上最大的重新設(shè)計(jì)。我們第一次擁有硬件加速光線(xiàn)跟蹤。我們還擁有網(wǎng)格著色加速功能，讓游戲開(kāi)發(fā)者能夠創(chuàng)造出一些真正令人驚嘆的視覺(jué)效果。”連鎖反應(yīng)是，新版芯片導(dǎo)致了Ubisoft的《刺客信條：幻影》、《全境封鎖》和Capcom的《生化危機(jī) 4》等 iPhone 原生版本的開(kāi)發(fā)。

　　蘋(píng)果表示，A17 Pro 是首款大批量出貨的 3 納米芯片?！拔覀兪褂?3 納米的原因是它使我們能夠在給定尺寸內(nèi)封裝更多晶體管。這對(duì)于產(chǎn)品和更高的能效非常重要，”Srouji 說(shuō)。“盡管我們不是一家芯片公司，但我們引領(lǐng)行業(yè)是有原因的。”

　　取代 Mac 中的英特爾

　　蘋(píng)果公司在 10 月份發(fā)布了用于 Mac 電腦的 M3 芯片，繼續(xù)向 3 納米工藝邁進(jìn)。蘋(píng)果表示，M3 具有 22 小時(shí)電池續(xù)航時(shí)間等功能，并且與 A17 Pro 類(lèi)似，還提高了圖形性能。

　　“現(xiàn)在還為時(shí)過(guò)早，”在蘋(píng)果工作了 22 年的 Ternus 說(shuō)?！拔覀冞€有很多工作要做，但現(xiàn)在幾乎所有 Mac 都能夠運(yùn)行 3A 游戲，這與五年前不同?！盩ernus 表示，他在開(kāi)始這項(xiàng)工作時(shí)，“傾向于使用其他公司的技術(shù)來(lái)制造產(chǎn)品，然后圍繞該技術(shù)有效地構(gòu)建產(chǎn)品。” 當(dāng)時(shí)盡管注重美觀的設(shè)計(jì)，但“還是受到了當(dāng)時(shí)可用技術(shù)的限制?！?/p>

　　蘋(píng)果在 2020 年放棄使用英特爾的 PC 處理器，轉(zhuǎn)而在 MacBook Air 和其他 Mac 中使用自己的 M1 芯片，這是半導(dǎo)體行業(yè)的一項(xiàng)重大轉(zhuǎn)變。

　　“這幾乎就像物理定律發(fā)生了變化，”Ternus說(shuō)。“突然之間，我們可以打造出一款極其輕薄、無(wú)風(fēng)扇、電池續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 18 小時(shí)的 MacBook Air，并且性能優(yōu)于我們剛剛發(fā)貨的 MacBook Pro。”配備蘋(píng)果最先進(jìn)芯片 M3 Max 的最新 MacBook Pro“比我們生產(chǎn)的最快的英特爾 MacBook Pro 快 11 倍。就在兩年前我們才發(fā)貨?！?/p>

　　英特爾處理器基于 x86 架構(gòu)，這是 PC 制造商的傳統(tǒng)選擇，并為此開(kāi)發(fā)了很多軟件。蘋(píng)果公司的處理器基于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的Arm架構(gòu)，該架構(gòu)以功耗更低、筆記本電腦電池續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)而聞名。蘋(píng)果 2020 年的 M1 是高端計(jì)算機(jī)中基于 Arm 的處理器的一個(gè)證明，與高通等其他大牌一樣，AMD和英偉達(dá)也被傳出在開(kāi)發(fā)基于 Arm 的 PC 處理器。2023年9 月，蘋(píng)果將與 Arm 的協(xié)議至少延長(zhǎng)至 2040 年。

　　13 年前，當(dāng)?shù)谝活w定制芯片問(wèn)世時(shí)，蘋(píng)果公司作為一家試圖在競(jìng)爭(zhēng)激烈、成本高昂的半導(dǎo)體市場(chǎng)上生產(chǎn)自己產(chǎn)品的非芯片公司，顯得不同尋常。從那時(shí)起，亞馬遜、谷歌、微軟和特斯拉都嘗試了定制芯片。

　　伯恩斯坦研究公司 （Bernstein Research） 董事總經(jīng)理兼高級(jí)分析師史黛西·拉斯岡 （Stacy Rasgon） 表示：“蘋(píng)果可以說(shuō)是開(kāi)拓者。他們證明了，如果你這樣做，你就可以嘗試讓你的產(chǎn)品脫穎而出?！?/p>

　　“調(diào)制解調(diào)器很難”

　　蘋(píng)果尚未生產(chǎn)其設(shè)備中的所有芯片。例如，調(diào)制解調(diào)器是該公司尚未獨(dú)自攻克的一大組件。

　　“處理器開(kāi)發(fā)的進(jìn)度非常好。蘋(píng)果陷入困境的地方是調(diào)制解調(diào)器方面，是電話(huà)中的無(wú)線(xiàn)電方面，”Rasgon說(shuō)?！罢{(diào)制解調(diào)器很難?！?/p>

　　蘋(píng)果公司的調(diào)制解調(diào)器依賴(lài)高通公司，盡管兩家公司在 2019 年解決了為期兩年的知識(shí)產(chǎn)權(quán)法律糾紛。不久之后，蘋(píng)果以 10 億美元收購(gòu)了英特爾 5G 調(diào)制解調(diào)器業(yè)務(wù)的大部分股份，此舉可能是為了開(kāi)發(fā)自己的蜂窩調(diào)制解調(diào)器。但調(diào)制解調(diào)器的開(kāi)發(fā)沒(méi)有那么順利，9 月，蘋(píng)果與高通簽約，在 2026 年之前供應(yīng)其調(diào)制解調(diào)器。

　　“高通仍然制造世界上最好的調(diào)制解調(diào)器，”Bajarin說(shuō)。“在蘋(píng)果公司能夠做到同樣出色的工作之前，我很難看到他們完全投入到這一點(diǎn)。”

　　蘋(píng)果公司的Srouji表示，他無(wú)法評(píng)論“未來(lái)的技術(shù)和產(chǎn)品”，但表示“我們關(guān)心蜂窩網(wǎng)絡(luò)，我們有團(tuán)隊(duì)支持這一點(diǎn)。”

　　據(jù)報(bào)道，蘋(píng)果公司還在開(kāi)發(fā)自己的 Wi-Fi 和藍(lán)牙芯片。目前，蘋(píng)果與博通就無(wú)線(xiàn)組件達(dá)成了一項(xiàng)價(jià)值數(shù)十億美元的新協(xié)議 。蘋(píng)果依賴(lài)三星和美光等第三方提供內(nèi)存。

　　當(dāng)被問(wèn)及蘋(píng)果是否會(huì)嘗試設(shè)計(jì)其芯片的每個(gè)部分時(shí)，Srouji說(shuō)：“我們的愿望是產(chǎn)品。我們希望打造地球上最好的產(chǎn)品。作為一個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)（還包括芯片），我們希望構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)這一愿景的最佳技術(shù)。”

　　Srouji表示，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，蘋(píng)果將“購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)成的產(chǎn)品”，如果這意味著團(tuán)隊(duì)可以專(zhuān)注于“真正重要的事情”。

　　無(wú)論蘋(píng)果最終設(shè)計(jì)了多少芯片，它仍然需要在外部制造芯片。這需要臺(tái)積電等代工公司擁有的大型制造工廠(chǎng)。

　　全球90%以上的先進(jìn)芯片是由臺(tái)積電生產(chǎn)的，這使得蘋(píng)果和其他行業(yè)公司很容易受到單一供應(yīng)鏈的影響。蘋(píng)果至少希望將部分制造業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到美國(guó)，并致力于成為臺(tái)積電在亞利桑那州新建工廠(chǎng)的最大客戶(hù)。12月1日，蘋(píng)果宣布將成為Amkor在亞利桑那州價(jià)值 20 億美元新封測(cè)廠(chǎng)的第一個(gè)客戶(hù)。Amkor 將封裝臺(tái)積電亞利桑那工廠(chǎng)生產(chǎn)的蘋(píng)果芯片?！拔覀円恢毕Ｍ麚碛卸嘣墓?yīng)：亞洲、歐洲和美國(guó)，這就是為什么我認(rèn)為臺(tái)積電在亞利桑那州建造工廠(chǎng)很棒，”Srouji說(shuō)。

　　尋找人才

　　另一個(gè)擔(dān)憂(yōu)是美國(guó)熟練芯片勞動(dòng)力的短缺，美國(guó)幾十年來(lái)都沒(méi)有建造先進(jìn)的晶圓廠(chǎng)。臺(tái)積電表示，由于缺乏熟練工人，其亞利桑那工廠(chǎng)現(xiàn)已推遲至 2025 年。

　　無(wú)論是否與人才短缺有關(guān)，蘋(píng)果新芯片的發(fā)布速度都在放緩。“幾代人花費(fèi)的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，因?yàn)樗麄冏兊迷絹?lái)越難，”Srouji說(shuō)?！岸曳庋b更多晶體管并獲得能效的能力也與 10 年前不同?！?/p>

　　Srouji 重申了蘋(píng)果在這方面具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樘O(píng)果“不需要擔(dān)心將芯片賣(mài)給誰(shuí)，如何瞄準(zhǔn)更大的客戶(hù)群？”

　　盡管如此，蘋(píng)果的行動(dòng)還是凸顯了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。2019 年，蘋(píng)果芯片架構(gòu)師Gerard Williams）離職，領(lǐng)導(dǎo)了一家名為 Nuvia 的數(shù)據(jù)中心芯片初創(chuàng)公司，并帶走了一些蘋(píng)果工程師。蘋(píng)果公司因知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題起訴Williams，但今年撤銷(xiāo)了此案。高通于 2021 年收購(gòu)了 Nuvia，此舉是為了在蘋(píng)果等基于 Arm 的 PC 處理器領(lǐng)域展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。

　　“我不能討論法律問(wèn)題，但我們關(guān)心知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，”Srouji說(shuō)?！爱?dāng)某些人因?yàn)槟承┰螂x開(kāi)時(shí)，那是他們的選擇?！?/p>

　　蘋(píng)果的核心業(yè)務(wù)面臨著額外的宏觀挑戰(zhàn)，因?yàn)?a href="http://ttokpm.com/v/" target="_blank">智能手機(jī)銷(xiāo)量剛剛從多年來(lái)的最低水平恢復(fù)。然而，對(duì)人工智能工作負(fù)載的需求正在導(dǎo)致芯片訂單激增，尤其英偉達(dá)等公司生產(chǎn)的 GPU。谷歌自 2016 年起就為 AI 設(shè)計(jì)了張量處理單元。亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)自 2018 年起就有了自己的數(shù)據(jù)中心 AI 芯片。微軟于 11 月發(fā)布了新的 AI 芯片。

　　Srouji 表示，他的蘋(píng)果團(tuán)隊(duì)自 2017 年在 A11 仿生芯片中推出機(jī)器學(xué)習(xí)引擎 Apple Neural Engine 以來(lái)，就一直致力于開(kāi)發(fā)該引擎。他還指出，其 CPU 中嵌入了機(jī)器學(xué)習(xí)加速器，并且“高度優(yōu)化的 GPU”用于機(jī)器學(xué)習(xí)。

　　蘋(píng)果的神經(jīng)引擎為Face ID 和 Animojis 等所謂的“設(shè)備上機(jī)器學(xué)習(xí)功能”提供支持。7 月份，有報(bào)道稱(chēng)，蘋(píng)果公司構(gòu)建了自己的大型語(yǔ)言模型（稱(chēng)為 Ajax）和聊天機(jī)器人（稱(chēng)為 Apple GPT）。發(fā)言人拒絕證實(shí)或否認(rèn)該報(bào)道的準(zhǔn)確性。 自 2015 年以來(lái)，蘋(píng)果收購(gòu)了超過(guò)24家人工智能公司。當(dāng)被問(wèn)及蘋(píng)果在人工智能領(lǐng)域是否落后時(shí)，Srouji說(shuō)：“我不相信我們會(huì)落后?！?/p>

　　不過(guò)，Bajarin持懷疑態(tài)度。在談到蘋(píng)果在人工智能領(lǐng)域的地位時(shí)，Bajarin表示：“這在蘋(píng)果去年的芯片上是可行的，在今年的 M3 芯片上甚至更強(qiáng)大。但軟件必須趕上這一點(diǎn)，這樣開(kāi)發(fā)人員才能利用這一優(yōu)勢(shì)，在 Apple Silicon 上編寫(xiě)明天的人工智能軟件?！?/p>

　　審核編輯：黃飛