蘋果的芯片帝國(guó)

若不出意外，蘋果極有可能在下周的WWDC2020上官宣Mac電腦的“芯”計(jì)劃，將要用自研的芯片了，這是一件讓喬布斯知道了都會(huì)興奮不已的大事。

目前，蘋果公司手里的iPhone、iPad、AirPods、Apple Watch等主力產(chǎn)品早就用上了各種各樣的自研芯片，從SoC到網(wǎng)絡(luò)連接、安全等等，只剩Mac系列電腦。不論是iMac還是MacBook，其芯片上仍然還印著一個(gè)大大的“Intel”Logo。

一旦蘋果實(shí)現(xiàn)了Mac芯片自給自足，對(duì)英特爾會(huì)有多大影響呢？大約每年少賣36億美元，占比5%。心疼是心疼，但還不夠要命，雖然PC業(yè)務(wù)占大頭，但英特爾也有超過36%的營(yíng)收都來自于數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)，且增速接近20%，反觀PC業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)已經(jīng)陷入瓶頸。但這對(duì)于蘋果來說，卻是一盤打造“蘋果芯片全家桶”大棋中的關(guān)鍵一子。補(bǔ)齊Mac自研芯片后，蘋果就徹底實(shí)現(xiàn)了主力產(chǎn)品核心芯片的全自研，iPhone所用A系列芯片在智能手機(jī)領(lǐng)域一枝獨(dú)秀，而性能略顯羸弱的蘋果Mac芯片終于可以擺脫對(duì)英特爾的依賴。

Mac性能提升是一方面，蘋果芯片帝國(guó)的崛起則更值得關(guān)注。在10億美元收購(gòu)英特爾基帶業(yè)務(wù)后，蘋果又鐵了心搞定Mac芯片自給，加之A系列、W系列、H系列、S系列等多個(gè)芯片產(chǎn)品線的完善，我們不由得要問，蘋果造芯的野心到底有多大？這個(gè)眼看就要補(bǔ)齊最后一隅的芯片版圖是如何從零到一，一步步構(gòu)建完整的呢？這是本文要探尋的答案。

01

蘋果Mac芯片受制于人，早已不是一年兩年。1994年，蘋果公司認(rèn)定了IBM的PowerPC處理器，一用就是10年；2005年，喬布斯與英特爾CEO歐德寧共同登臺(tái)，宣布Mac將采用英特爾處理器，這一用就是15年。可以說蘋果最輝煌的日子，基本都是英特爾陪著他一起走過的。但商業(yè)合作永遠(yuǎn)逃不了那句老話，沒有永遠(yuǎn)的朋友，只有永遠(yuǎn)的利益。一旦有一天你拼盡全力也給不了他想要的，他自然會(huì)離你而去，更何況，你可能并未拼盡全力。2003年，喬布斯在推出搭載PowerPC處理器的Mac時(shí)說，十二個(gè)月內(nèi)處理器的頻率就會(huì)達(dá)到3GHz，但實(shí)際上在24個(gè)月之后，3GHz的處理器依然不見蹤影，沒錯(cuò)，消費(fèi)者被放鴿子了。但這個(gè)鍋，雖然是IBM的，但是卻要蘋果來背，核心零部件被別人攥在手里，而且是被一個(gè)人攥在手里的感覺，就是這么不好受，蘋果第一次嘗到了關(guān)鍵技術(shù)受制于人的滋味。也許在那個(gè)時(shí)候，蘋果就恨為什么芯片不是自己來做。

后來與英特爾搭伙做飯，蘋果吃到了甜頭，起碼開始十年，英特爾在摩爾定律的催促下，處理器性能雖然是“擠牙膏”，但還多少夠看，并且蘋果在Mac上更看重輕薄、續(xù)航，穩(wěn)定易用的MacOS也沒有給處理器增加太多負(fù)擔(dān)。如今，摩爾定律的推進(jìn)逐漸進(jìn)入瓶頸期，英特爾的“14nm”已經(jīng)用了六年，不知道其后綴已經(jīng)添了多少個(gè)“+”，雖然今年10nm處理器也陸續(xù)落地，但其仍舊集中在筆記本市場(chǎng)的移動(dòng)處理器領(lǐng)域，而代表其消費(fèi)級(jí)最高水平的10nm PC處理器仍然遙遙無期。英特爾稱自己的14nm工藝經(jīng)過多輪迭代也有性能上的顯著提升，但不可否認(rèn)的是，英特爾與臺(tái)積電、三星在制程工藝上的差距在越拉越大。AMD憑借Zen 2架構(gòu)和臺(tái)積電7nm工藝加持，在PC市場(chǎng)中連連獲得消費(fèi)者“AMD Yes！”大呼真香。高通、華為等Arm架構(gòu)同門兄弟也對(duì)輕薄筆記本SoC蠢蠢欲動(dòng)，在這個(gè)看重輕薄、續(xù)航，性能“夠用就行”的品類里，英特爾處理器絕對(duì)性能高的優(yōu)勢(shì)愈發(fā)得不明顯了。同樣的功率下，Arm架構(gòu)能提供更強(qiáng)的性能。而英特爾在不改變制程工藝的前提下，只靠提升主頻來提升性能，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足蘋果的需求了。低功耗的i3、i5處理器，其性能甚至已經(jīng)被iPhone的A系芯片趕超，目前搭載A12X的2018款iPad Pro，其Geekbench 5單核、多核性能均已超過搭載英特爾酷睿i5處理器的2020款MacBook Air。

更雪上加霜的是，從2018年三季度開始，英特爾還時(shí)不時(shí)地玩缺貨，即便在2018年底做出承諾提升產(chǎn)能，但缺貨的問題直到2019年一季度結(jié)束仍然沒有得到解決。蘋果Mac業(yè)務(wù)之前在IBM手里就吃過“把雞蛋放在一個(gè)籃子里”的虧，既然好言相勸不奏效，這一次，蘋果確實(shí)要?jiǎng)诱娓竦牧恕?/span>這一次選擇基于Arm架構(gòu)自研，蘋果將Mac芯片核心技術(shù)牢牢把握在了自己手中，變得真正可控，芯片突破性能瓶頸的可能性也隨之提高。但在這背后，我們更多看到的是蘋果在幾十年的隱忍、學(xué)習(xí)之后，終于有能力去補(bǔ)齊自己芯片版圖的最后一塊明顯短板。建立屬于自己的芯片帝國(guó)，才是蘋果的野心所在。

02

當(dāng)然，凡事皆有開始，任何偉大的企業(yè)、組織，都有一窮二白的早期。蘋果想造芯片，當(dāng)然也不是動(dòng)動(dòng)嘴的事情。喬布斯曾認(rèn)為，一個(gè)真正要把軟件做到最好的人肯定要自己做硬件，做好“軟硬一體”，因此必須自己做芯片。但蘋果此前從未涉足芯片領(lǐng)域，所以他們是挑了一個(gè)硬骨頭啃。蘋果Mac電腦稱霸的年代，可能離我們都有些久遠(yuǎn)了，不過蘋果就是靠著Mac起家積累了第一桶金。憑借著原始資本的積累，蘋果才有能力找到最初的幾塊落腳石。首先要造芯片，沒有底層架構(gòu)不行，蘋果花費(fèi)巨資，從Arm那里直接買來了當(dāng)時(shí)最高等級(jí)架構(gòu)授權(quán)。有了底層架構(gòu)，接下來就是集齊各路大神在上面搭建起屬于自己的芯片。P.A半導(dǎo)體、Intrinsty，這些耳熟能詳?shù)男酒咀圆槐卣f，2008年那會(huì)兒，蘋果花了不到4億美元，買下了這兩家公司。但公司只是個(gè)皮毛，蘋果最終要的是技術(shù)和人才。這兩家公司加在一起，一共250位優(yōu)秀的硅谷工程師被納入蘋果的麾下，其中就包括當(dāng)時(shí)的芯片設(shè)計(jì)大牛Sribalan Santhanam和傳奇芯片設(shè)計(jì)師Jim Keller。同年曾為英特爾和IBM工作的Johny Srouji也加入了蘋果，另外還有AMD、ATI、IBM的一些優(yōu)秀工程師也相繼加入。

Santhanam曾扛起P.A半導(dǎo)體的芯片研發(fā)重任，帶領(lǐng)P.A掌握了復(fù)雜超低功耗芯片的設(shè)計(jì)能力；Srouji則是蘋果核心三大件iPhone、iPad、Macbook芯片的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人；而被稱為“硅仙人”Keller更是有著那句名言：“我這個(gè)人沒什么太大成就，你們用過最好的CPU，都是我設(shè)計(jì)的。”

這幾個(gè)人的名字每一個(gè)拿出來都是一段傳奇故事，可以說，蘋果把21世紀(jì)初期硅谷芯片界最聰明的幾個(gè)大腦全都聚到了一起，而他們都成為了蘋果芯片業(yè)務(wù)的靈魂人物。自2008年之后，iPhone 4、初代iPad等產(chǎn)品的蘋果自研芯片就出自這幾位大佬所在團(tuán)隊(duì)之手。有人說，蘋果就是有錢吧，買人，誰不會(huì)？但仔細(xì)想想，在當(dāng)時(shí)，英特爾、IBM、AMD、ATI、高通，哪一家都是半導(dǎo)體行業(yè)的巨頭玩家，都有著各自擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。為什么是蘋果將這些人聚在了一起？歷史的細(xì)節(jié)我們無法知曉，我們也不知道喬老爺子究竟跟他們聊過什么。但對(duì)于Sribalan Santhanam、Jim Keller、Johny Srouji這樣的人來說，如果你給了他們一個(gè)可以改變世界的機(jī)會(huì)，那么他們一定會(huì)毫不猶豫。在強(qiáng)大團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)之上，蘋果僅用了兩年，就推出了自己的第一款自研芯片A4，就在2010年，iPhone 4也成為了蘋果智能手機(jī)發(fā)展史上的一座里程碑。雖然A4在同等頻率下的性能僅略高于同時(shí)期的三星S5PC110，核心結(jié)構(gòu)也與蘋果此前使用的三星處理器比較相似，但不可否認(rèn)的是，蘋果第一次將智能手機(jī)的命根子攥在了自己手里。2011年底，蘋果又豪擲3900萬美元收購(gòu)了以色列閃存控制器設(shè)計(jì)公司Anobit。存儲(chǔ)芯片是整個(gè)手機(jī)上，除了SoC以外，最值錢的芯片組件，不過蘋果收購(gòu)它們，并不是要造閃存顆粒，而是掌握閃存控制器相關(guān)技術(shù)，從而優(yōu)化存儲(chǔ)模塊和處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸效率。2013年8月1日，蘋果收購(gòu)擅長(zhǎng)低功耗無線通訊芯片的加州Passif半導(dǎo)體公司，兩年后買下加州一座芯片制造工廠，這也是第一次，蘋果擁有了芯片制造的能力，據(jù)說工廠地址跟三星半導(dǎo)體挨得很近。

蘋果造芯重要節(jié)點(diǎn)：

03

從0到1是最難的，而在A4芯片落地iPhone 4系列之后，蘋果的芯片之路似乎走的越來越順了，蘋果芯片也逐漸開始踏足更多新的領(lǐng)域。2013年的A7芯片開啟了手機(jī)處理器的64位時(shí)代。它使用蘋果自家的Cyclone架構(gòu)，采用28nm工藝，主頻1.3GHz，其處理器的性能比iPhone 5上的A6快2倍，是初代A4的40倍，圖形能力是初代A4的56倍。也就是在那一年，蘋果A系芯片的霸主地位正式確立，一眾安卓8核旗艦手機(jī)被A7的6核心“按在地上摩擦”，安卓“一核有難，多核圍觀”的問題暴露無遺。高通、聯(lián)發(fā)科面對(duì)蘋果A系芯片，在當(dāng)時(shí)可以說毫無還手之力。四年后，A11 Bonic仿生芯片的推出，讓智能手機(jī)跨入了AI時(shí)代，神經(jīng)引擎的加入，通過算法進(jìn)一步提升了手機(jī)全方位的功能和體驗(yàn)，如AR、人臉識(shí)別、圖像合成都成為現(xiàn)實(shí)。而也是在A11上，蘋果第一次采用了自己設(shè)計(jì)的GPU核心。

A11采用了臺(tái)積電當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的10nm工藝制程，擁有43億個(gè)晶體管，大核性能相比A10提升25%，GPU性能較 A10 性能提升 30%，而功耗則降低了 50%。從芯片自給自足開始，蘋果每次都保證自己的A系采用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的制程工藝，從而保證較為出色的能效比。而基于A系列芯片研發(fā)中積累的技術(shù)，以及蘋果終端產(chǎn)品的不斷豐富，蘋果的芯片生態(tài)也在不斷延展。只要蘋果想做什么品類的產(chǎn)品，那么這個(gè)產(chǎn)品的核心技術(shù)一定要要掌握在自己手中。A4芯片推出的兩年后，2012年，iPad也第一次用上了蘋果自研芯片A5X，從此，以X作為結(jié)尾的A系列芯片就成為了iPad系列產(chǎn)品的專屬。芯片性能的發(fā)揮，很大程度上受制于設(shè)備的散熱規(guī)格，散熱越強(qiáng)，芯片運(yùn)行主頻越高，芯片性能就會(huì)隨之提升，iPad得益于更大的體積空間，可以放入更高規(guī)格的散熱系統(tǒng)，從而也讓X結(jié)尾的A系列芯片的性能相較于同代A系列又有大幅提升。不久前發(fā)布的最新A12Z處理器，在A12X的基礎(chǔ)上又解放了一顆GPU內(nèi)核，其性能已經(jīng)超過一些輕薄筆記本中所搭載的英特爾處理器。2014年和2016年對(duì)于蘋果來說也有著里程碑式的意義，2014年Apple Watch的推出和2016年AirPods的推出讓智能手表和智能耳機(jī)兩個(gè)品類的市場(chǎng)被徹底點(diǎn)燃，而這兩個(gè)品類也成為了蘋果日后“家里有糧，出事不慌”的重要支撐。在初代Apple Watch中，S1芯片首次亮相，雖然沒有超低功耗芯片那樣的長(zhǎng)續(xù)航，卻幫助Apple Watch實(shí)現(xiàn)了語音、連接汽車、查詢航班信息、地圖導(dǎo)航和測(cè)量心跳等多種功能。這些功能的實(shí)現(xiàn)，都需要S1作為性能支撐。

AirPods中搭載了蘋果自研W1芯片，正是憑借這塊小小的W1，AirPods擁有了在當(dāng)時(shí)遠(yuǎn)超同類產(chǎn)品的低延遲和高數(shù)據(jù)傳輸速率，從而讓TWS真無線藍(lán)牙耳機(jī)這個(gè)品類真正在消費(fèi)市場(chǎng)中被引爆。W1支持多種無線協(xié)議，可以減小音頻傳輸受到的影響。同時(shí)它支持音頻解碼、提供立體聲同步、處理用戶控制等功能，讓AirPods與iPhone實(shí)現(xiàn)更加“無縫”的交互體驗(yàn)。

蘋果的A系列、W系列、S系列芯片構(gòu)成了智能手機(jī)、智能耳機(jī)、智能手表三大品類的底層基礎(chǔ)，也讓這些設(shè)備在底層實(shí)現(xiàn)打通。蘋果的智能穿戴生態(tài)，也逐漸枝繁葉茂。
當(dāng)然，除了這些高光時(shí)刻，蘋果還有很多芯片是做在“暗處”，其特性不如這三類芯片來的直觀，但都是蘋果底層芯片生態(tài)的一員。比如蘋果在2016年MacBook中所使用的T1芯片，專門負(fù)責(zé)用戶的身份驗(yàn)證和安全保護(hù)；蘋果在2019年的iPhone 11系列中首次采用的U1芯片，負(fù)責(zé)蘋果設(shè)備之間的短距離精確數(shù)據(jù)傳輸。在下周即將到來的WWDC上，有傳言稱蘋果又將推出首款R系列芯片R1，并在落地AirTag產(chǎn)品。這很可能將成為蘋果無線通信芯片陣營(yíng)中的又一殺器。

從智能手機(jī)到智能手表、從智能耳機(jī)到Mac、從高性能處理到低功耗通信，蘋果的芯片生態(tài)儼然已經(jīng)枝繁葉茂。蘋果芯片主要系列分布：

04

蘋果辛苦建立的芯片帝國(guó)，都給蘋果帶來了什么呢？顯而易見的，就是成本的下降，利潤(rùn)的增長(zhǎng)。2019年第三季度，蘋果賣出了4480萬部手機(jī)，排名全球第三，而第三季度蘋果卻吃下了全球智能手機(jī)市場(chǎng)三分之二的利潤(rùn)，約為80億美元。這樣的利潤(rùn)為蘋果芯片的研發(fā)提供了雄厚的資本支持，而資本驅(qū)動(dòng)技術(shù)升級(jí)則會(huì)再次反哺終端產(chǎn)品，蘋果的手機(jī)芯片戰(zhàn)車，就這樣隆隆向前。雪球，也越滾越大。性能的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)也是自研的甜頭之一。通過自研，芯片性能不必再受制于人，蘋果iPhone中的A系芯片，迭代至今，其性能已經(jīng)接近部分入門級(jí)臺(tái)式機(jī)CPU。許多人都知道蘋果iOS系統(tǒng)的流暢體驗(yàn)，但這流暢體驗(yàn)則需要強(qiáng)大的性能作為保障。正如現(xiàn)在做終端的廠商常說的一句話，“一切脫離硬件談軟件的，都是耍流氓?！?/span>

▲蘋果A12與同時(shí)期高通、華為SoC Geekbench測(cè)試成績(jī)對(duì)比并且更先進(jìn)的芯片制程工藝也帶來了更低的功耗、更輕薄的機(jī)身、更持久的續(xù)航，這些都是蘋果最為看重的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。曾經(jīng)有蘋果工程師透露，當(dāng)初蘋果AirPower無線充電板項(xiàng)目最終流產(chǎn)，一部分原因就是蘋果執(zhí)意將溫度控制在36度以內(nèi)，不愿妥協(xié)，因?yàn)樘O果說，這是要給手表充電的，手表熱了，那怎么辦？蘋果對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的執(zhí)念，必須要靠強(qiáng)大的硬件做支撐。當(dāng)然，硬件與軟件的打通所帶來的流暢使用體驗(yàn)，也是蘋果硬件生態(tài)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。芯片的架構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單來說是告訴CPU該怎樣去執(zhí)行代碼。蘋果的芯片是自己設(shè)計(jì)的，操作系統(tǒng)是自己設(shè)計(jì)的。兩個(gè)同根之人用母語交談，效率自然比異國(guó)人用再好的翻譯機(jī)交流都更加順暢。

除了給用戶帶來的體驗(yàn)提升，自研芯片也讓蘋果核心技術(shù)的安全性得到了保障。蘋果可以對(duì)研發(fā)工作掌握十足的自主權(quán)，避免了向三星等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手泄密的風(fēng)險(xiǎn)。蘋果的芯片，似乎永遠(yuǎn)像個(gè)“黑盒”，蘋果也不希望你了解，他只希望你用著“爽”就可以了。就算你執(zhí)意將小黑盒破拆開，也只會(huì)面對(duì)數(shù)百億密集排布的晶體管，而無從下手。

05

蘋果這種對(duì)于自研的“執(zhí)念”，其實(shí)是植根于他們基因中的。英特爾前CEO歐德寧跟喬布斯打了幾十年的交道，他就曾經(jīng)直接點(diǎn)破說，“這只是喬布斯控制欲的另一個(gè)表現(xiàn)，他想控制產(chǎn)品的每一個(gè)環(huán)節(jié)，從芯片到材料。”在喬布斯的時(shí)代，軟件是蘋果的靈魂，也是蘋果起家的本領(lǐng)，但蘋果知道軟件需要強(qiáng)大的硬件支撐才能帶來更好的體驗(yàn)，因此他們開始構(gòu)建自己軟件+硬件的整體生態(tài)版圖，而芯片，則是沉于硬件下面的一盤大棋。2011年，庫(kù)克接棒，他扛起喬老爺子的意志，繼續(xù)深耕硬件和軟件，并集中攻克所剩不多的芯片硬骨頭。從Apple Watch到AirPods，從Swift編程語言到iPad OS，而這次拿下Mac芯片，則補(bǔ)齊了最后一塊短板。

自此，蘋果二十多年的軟硬件生態(tài)版圖再次來到新的階段。

06

從蘋果造芯的初衷，到他們一步步招兵買馬，從0到1建立自己的芯片帝國(guó)并開枝散葉，我們能感受到蘋果造芯的決心，我們更可以看到其落地產(chǎn)品為他們自身帶來的巨大利益和為消費(fèi)者帶來的優(yōu)質(zhì)體驗(yàn)。而這一次，蘋果要?jiǎng)诱娓竦?，將最后一塊被他人掌控的芯片業(yè)務(wù)重新拿到自己的手里。屆時(shí)，蘋果所有核心硬件產(chǎn)品的芯片都將實(shí)現(xiàn)自研。1994年，蘋果Mac處理器從摩托羅拉轉(zhuǎn)向IBM；2005年從IBM轉(zhuǎn)向英特爾。十五年過去了，下一個(gè)屬于蘋果自己的Mac芯片時(shí)代即將到來。放眼全球科技巨頭，將芯片、系統(tǒng)、終端產(chǎn)品都握在手里的，唯有三星、蘋果和華為這極少數(shù)幾家，有意思的是，他們恰好也是全球智能手機(jī)行業(yè)的頭三位玩家。不過三星雖枝葉繁茂，卻在智能手機(jī)之外的AIoT設(shè)備領(lǐng)域少有亮眼表現(xiàn)，華為相對(duì)全面，但其全球化發(fā)展卻頻頻受阻。蘋果，在這三個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)則不言而喻?？梢哉f，雖然蘋果不可能短時(shí)間撼動(dòng)PC界的“Wintel”生態(tài)，但蘋果芯片生態(tài)帝國(guó)的崛起，已經(jīng)勢(shì)不可擋。