自研芯片帶來多大受益？從蘋果看自研芯片的重要性

有人評論，蘋果真的沒有競爭對手，如果有，那就只有它自己了。

長期以來，蘋果就是電子消費品的技術風向標，從電容式觸摸屏、3D Touch……到自研芯片，甚至被吐槽“奇丑”的“齊劉?！痹O計都被業(yè)界模仿，也成為一個個科技新噱頭。

近日，日本調查公司Techno Systems Research(簡稱 TSR)調查了電路線寬為 4～5納米的尖端邏輯半導體市場占比的情況，其中2022年蘋果公司預計占到全球份額的53%，是4～5納米尖端半導體最大客戶，且其銷售也正影響著尖端半導體的投資發(fā)展風向。

其實，正是蘋果堅持自研芯片之路，才推進了硬件底層持續(xù)進化，同時也強化了自身的生態(tài)優(yōu)勢。對于飽受“缺芯”之痛的中國芯片產業(yè)，蘋果的自研芯片之路值得借鑒，特別在美國持續(xù)打壓、限制中國芯片產業(yè)的大背景下，更凸顯其重要意義。

強大的蘋果不是與生俱來

實際上，蘋果的造芯計劃可以追溯到上世紀90年代。蘋果創(chuàng)始人喬布斯重新回歸之后，推動蘋果與IBM、摩托羅拉組建了MI PowerPC(Apple、IBM、Motorola)聯(lián)盟，共同研發(fā)并推出PowerPC芯片，以期重新奪回個人電腦市場的主動權。其中，IBM、摩托羅拉負責聯(lián)合研發(fā)PowerPC芯片，蘋果則負責將PowerPC芯片裝配到個人電腦上，同時芯片也向聯(lián)盟以外的公司提供。

據(jù)悉，PowerPC芯片采用了IBM Power的精簡版RISC芯片架構，并繼承了IBM高端服務器工作站的強大計算性能，以及摩托羅拉的頂尖芯片技術儲備，具有可伸縮性好、方便靈活等優(yōu)點。不過PowerPC芯片也存在能耗過高、價格昂貴等劣勢。

彼時的蘋果還未有如今的科技影響力，也沒有現(xiàn)在對供應鏈強大的掌控能力。由于PowerPC芯片僅在蘋果電腦上配置，其他廠商使用PowerPC芯片的比例極低，導致了研發(fā)投入和盈利回報極其不平衡。

因此，基于自身實際利益，IBM也無法接受為蘋果研發(fā)芯片繼續(xù)投入巨資，與摩托羅拉將一部分設計精力轉向汽車制造領域的嵌入式PowerPC芯片，而不是只專注于滿足蘋果Mac的需求。這就導致了IBM提供的PowerPC芯片存在技術問題，而蘋果對此也無計可施，于2005年在PowerPC芯片上虧損了數(shù)億美元后，決定從AMI聯(lián)盟退場，轉投英特爾懷抱。

不過，英特爾“擠牙膏”式的研發(fā)速度顯然無法滿足蘋果在技術創(chuàng)新上的節(jié)奏，導致蘋果新品發(fā)布計劃常常出現(xiàn)延遲以及安全問題。當然，除了技術本身的問題之外，英特爾對供給芯片的強大的控制力，已經(jīng)對蘋果供應鏈安全帶來了諸多不安全因素。由此，英特爾和蘋果合作的蜜月期并未持續(xù)很久。

實際上，盡管蘋果之后在基帶芯片上還曾與英特爾有過短暫的合作，但打造自主可控的芯片這樣重要的硬件上，已經(jīng)成為蘋果堅定的長期發(fā)展規(guī)劃。加之在PowerPC芯片研發(fā)受制于人的深刻教訓，蘋果正式下場走自研芯片之路。與此同時，iPhone、ipad等產品熱銷也能夠支撐蘋果自研手機芯片的之路，也讓其逐漸贏得了改變世界的機會。

自研芯片帶來多大受益?

據(jù)悉，蘋果為了研發(fā)PC處理器，已經(jīng)投入了10多年，至少斥資10億美元收購了6家以上的公司。但要說蘋果芯片研發(fā)能力，我們自然要提一下蘋果于2008年收購的芯片設計公司 P.A.Semi。

可以說，蘋果的整個芯片研發(fā)業(yè)務可以說是繼承了P.A.Semi公司的衣缽，也是蘋果自研芯片戰(zhàn)略騰飛的重要一步。

P.A.Semi創(chuàng)立于2003年，位于美國加州Santa Clara，由曾在2003年獲頒IEEE Solid State Circuits Award的芯片設計大師Daniel W. Dobberpuhl成立。如今，蘋果A系列與M系列處理器之所以能取得今天表現(xiàn)與地位，除了封閉性生態(tài)系統(tǒng)帶來的先天“不對稱”優(yōu)勢，P.A.Semi團隊絕對居功至偉。

據(jù)悉，P.A.Semi當時研發(fā)名為PWRficient的產品線，即追求極致能耗比的處理器。該產品先分成三部分：兼容PowerPC指令集的PA6T核心、CONEXIUM芯片內連結架構、ENVOI I/O子系統(tǒng)。有人認為，此后蘋果自研處理器的諸多特色，或多或少都可在PWRficient產品線上探尋到相關的蹤跡，也可從P.A.Semi公司“技術遺產”判斷蘋果自家芯片未來的可能方向。

整體來看，蘋果的芯片團隊是非常有歷史積淀的，僅是P.A.Semi公司就有近20年歷史，而且在其發(fā)展的各個階段還通過并購收攏了不少相應的人才。除了P.A.Semi公司，于1999年在美國德州奧斯汀成立的Intrinsity也可以說是蘋果芯片核心團隊主要來源之一，其強項在于優(yōu)化Wave Pipeline(無鎖存流水線)電路設計，直接應用于A4處理器。

蘋果于2010年4月發(fā)布首款自研處理器A4，正式走上了自研芯片的道路。但嚴格意義上來講，A4不能算是蘋果真正的自研芯片，因為該芯片的研發(fā)思路參考了三星S5PC110。但毫無疑問，A4處理器是蘋果自研芯片的開端。

但隨后，P.A.Semi團隊于2012年推出了A6處理器，其為搭載蘋果的首款自研處理器架構Swift，而不是公版設計。2017年，蘋果A11 Bonic仿生芯片的推出，讓智能手機跨入了AI時代，神經(jīng)引擎的加入，通過算法進一步提升了手機全方位的功能和體驗，如AR、人臉識別、圖像合成都成為現(xiàn)實。2020年推出M1芯片，正式進軍個人電腦芯片，M1衍生自手機的A14架構。今年6月，蘋果發(fā)布M2系列芯片，也讓蘋果在封閉的生態(tài)中，把性能提升到一個新的極致水平，采用8核CPU+10核GPU，支持每秒15.8萬億次的神經(jīng)網(wǎng)絡引擎運算，相比于M1芯片多出40%。

除了芯片性能提升之外，自研芯片還給蘋果帶來了實實在在的經(jīng)濟利益。根據(jù)機構估計，2020年蘋果推出首款自研電腦芯片之后，年內為蘋果總共節(jié)省了25億美元的成本。當然，自研芯片此舉還進一步提升了蘋果的競爭力和掌控了產品創(chuàng)新節(jié)奏的話語權。

全面實踐芯片自研計劃

據(jù)TSR調查結果，目前蘋果已成為尖端半導體的最大需求方。2020年以后，蘋果MacBook筆記本電腦和iPad平板電腦一直采用5納米半導體，iPhone也自iPhone12系列以后采用4～5納米芯片。雖然在手機和PC等消費性電子市場萎縮的當下，半導體供應已經(jīng)出現(xiàn)過剩的情況，但在4～5納米尖端半導體領域，仍屬于供不應求。這足以證明蘋果自研芯片已經(jīng)為其技術創(chuàng)新和產品競爭帶來了正向反饋效應。

2020年6月，庫克在WWDC開發(fā)者大會上公開宣布，未來Mac電腦將放棄英特爾處理器，“兩年內”要讓蘋果的所有Mac產品都用上蘋果自研的芯片。這很大程度上是蘋果對英特爾5G基帶芯片問題的徹底絕望。如今，“兩年之約”已到，蘋果如愿擺脫了英特爾的束縛，幾乎實現(xiàn)了Mac產品線自研芯片的全面替換。

不過，蘋果自研芯片還有一座大山需要逾越，那就是5G基帶芯片。多年來，蘋果與高通在基帶芯片上的糾葛不斷，2019年甚至向高通支付了45億美金和解費，但缺乏5G基帶芯片的根本問題仍然沒有解決。由于在通信領域技術積淀不足以及專利缺失，時至今日蘋果仍需向高通外購基帶芯片。

不過，盡管目前為止自研5G基帶未能成功，而且規(guī)避高通專利難度很大，但蘋果自然不能容忍被高通“獨家挾制”。今年8月，據(jù)《圣迭戈聯(lián)合論壇報》報道，蘋果斥資4.45億美元(約合30億元)買下了原本屬于惠普的67.6英畝老園區(qū)，其名稱為蘭喬·維斯塔企業(yè)中心。這可能是蘋果在該地區(qū)的首次商業(yè)收購，其正在加緊自研基帶芯片等組件。由此可見，未來蘋果自研芯片之路必然如以往那樣堅定。

當然，除了以自研芯片提升產品性能之外，近十年來蘋果實際上還實現(xiàn)了軟硬件一體化發(fā)展，構建了芯片、系統(tǒng)軟件、終端產品的生態(tài)閉環(huán)，很大程度上進一步構筑了更加寬廣的“護城河”。而從蘋果自研芯片，我們可以得到結論：芯片是一個需要持續(xù)投入的過程，包括歷史積淀、人才、投入。唯有如此，才終見曙光。

作者 |張河勛