从苹果看自研芯片的重要性

作者：张河勋

EET电子工程专辑原创

有人评论，苹果真的没有竞争对手，假如有，那就只需它自己了。

长期以来，苹果就是电子消费品的技术风向标，从电容式触摸屏、3D Touch……到自研芯片，以至被吐槽“奇丑”的“齐刘海”设计都被业界模仿，也成为一个个科技新噱头。

近日，日本调查公司Techno Systems Research(简称 TSR)调查了电道路宽为 4～5纳米的尖端逻辑半导体市场占比的状况，其中2022年苹果公司估量占到全球份额的53%，是4～5纳米尖端半导体最大客户，且其销售也正影响着尖端半导体的投资展开风向。

其实，正是苹果坚持自研芯片之路，才推进了硬件底层持续进化，同时也强化了自身的生态优势。关于饱受“缺芯”之痛的中国芯片产业，苹果的自研芯片之路值得自创，特别在美国持续打压、限制中国芯片产业的大背景下，更凸显其重要意义。

强大的苹果不是与生俱来

实践上，苹果的造芯计划能够追溯到上世纪90年代。苹果开创人乔布斯重新回归之后，推进苹果与IBM、摩托罗拉组建了MI PowerPC(Apple、IBM、Motorola)联盟，共同研发并推出PowerPC芯片，以期重新夺回个人电脑市场的主动权。其中，IBM、摩托罗拉担任分离研发PowerPC芯片，苹果则担任将PowerPC芯片装配到个人电脑上，同时芯片也向联盟以外的公司提供。

据悉，PowerPC芯片采用了IBM Power的精简版RISC芯片架构，并继承了IBM高端效劳器工作站的强大计算性能，以及摩托罗拉的顶尖芯片技术贮藏，具有可伸缩性好、方便灵活等优点。不外PowerPC芯片也存在能耗过高、价钱昂贵等优势。

彼时的苹果还未有往常的科技影响力，也没有往常对供给链强大的掌控才干。由于PowerPC芯片仅在苹果电脑上配置，其他厂商运用PowerPC芯片的比例极低，招致了研发投入和盈利回报极端不均衡。

因而，基于自身实践利益，IBM也无法接受为苹果研发芯片继续投入巨资，与摩托罗拉将一部分设计肉体转向汽车制造范畴的嵌入式PowerPC芯片，而不是只专注于满足苹果Mac的需求。这就招致了IBM提供的PowerPC芯片存在技术问题，而苹果对此也黔驴技穷，于2005年在PowerPC芯片上亏损了数亿美圆后，决议从AMI联盟退场，转投英特尔怀抱。

不外，英特尔“挤牙膏”式的研发速度显然无法满足苹果在技术创新上的节拍，招致苹果新品发布计划常常呈现延迟以及保险问题。当然，除了技术自身的问题之外，英特尔对供给芯片的强大的控制力，曾经对苹果供给链保险带来了诸多不保险要素。由此，英特尔和苹果协作的蜜月期并未持续很久。

实践上，固然苹果之后在基带芯片上还曾与英特尔有过短暂的协作，但打造自主可控的芯片这样重要的硬件上，曾经成为苹果坚决的长期展开规划。加之在PowerPC芯片研发受制于人的深化经验，苹果正式下场走自研芯片之路。与此同时，iPhone、ipad等产品热销也能够支撑苹果自研手机芯片的之路，也让其逐步赢得了改动世界的机遇。

自研芯片带来多大受益?

据悉，苹果为了研发PC处置器，曾经投入了10多年，至少斥资10亿美圆收购了6家以上的公司。但要说苹果芯片研发才干，我们自然要提一下苹果于2008年收购的芯片设计公司 P.A.Semi。

能够说，苹果的整个芯片研发业务能够说是继承了P.A.Semi公司的衣钵，也是苹果自研芯片战略起飞的重要一步。

P.A.Semi创建于2003年，位于美国加州Santa Clara，由曾在2003年获颁IEEE Solid State Circuits Award的芯片设计巨匠Daniel W. Dobberpuhl成立。往常，苹果A系列与M系列处置器之所以能取得今天表示与位置，除了封锁性生态系统带来的先天“错误称”优势，P.A.Semi团队绝对居功至伟。

据悉，P.A.Semi当时研发名为PWRficient的产品线，即追求极致能耗比的处置器。该产品先分红三部分：兼容PowerPC指令集的PA6T中心、CONEXIUM芯片内连结架构、ENVOI I/O子系统。有人以为，尔后苹果自研处置器的诸多特征，或多或少都可在PWRficient产品线上探寻到相关的踪迹，也可从P.A.Semi公司“技术遗产”判别苹果自家芯片未来的可能方向。

整体来看，苹果的芯片团队是十分有历史沉淀的，仅是P.A.Semi公司就有近20年历史，而且在其展开的各个阶段还经过并购收拢了不少相应的人才。除了P.A.Semi公司，于1999年在美国德州奥斯汀成立的Intrinsity也能够说是苹果芯片中心团队主要来源之一，其强项在于优化Wave Pipeline(无锁存流水线)电路设计，直接应用于A4处置器。

苹果于2010年4月发布首款自研处置器A4，正式走上了自研芯片的道路。但严厉意义上来讲，A4不能算是苹果真正的自研芯片，由于该芯片的研发思绪参考了三星S5PC110。但毫无疑问，A4处置器是苹果自研芯片的开端。

但随后，P.A.Semi团队于2012年推出了A6处置器，其为搭载苹果的首款自研处置器架构Swift，而不是公版设计。2017年，苹果A11 Bonic仿生芯片的推出，让智能手机跨入了AI时期，神经引擎的参与，经过算法进一步提升了手机全方位的功用和体验，如AR、人脸辨认、图像合成都成为理想。2020年推出M1芯片，正式进军个人电脑芯片，M1衍生自手机的A14架构。今年6月，苹果发布M2系列芯片，也让苹果在封锁的生态中，把性能提升到一个新的极致水平，采用8核CPU+10核GPU，支持每秒15.8万亿次的神经网络引擎运算，相比于M1芯片多出40%。

除了芯片性能提升之外，自研芯片还给苹果带来了实真实在的经济利益。依据机构估量，2020年苹果推出首款自研电脑芯片之后，年内为苹果总共俭省了25亿美圆的成本。当然，自研芯片此举还进一步提升了苹果的竞争力和掌控了产品创新节拍的话语权。

全面理论芯片自研计划

据TSR调查结果，目前苹果已成为尖端半导体的最大需求方。2020年以后，苹果MacBook笔记本电脑和iPad平板电脑不时采用5纳米半导体，iPhone也自iPhone12系列以后采用4～5纳米芯片。固然在手机和PC等消费性电子市场萎缩的当下，半导体供给曾经呈现过剩的状况，但在4～5纳米尖端半导体范畴，仍属于供不应求。这足以证明苹果自研芯片曾经为其技术创新和产品竞争带来了正向反响效应。

2020年6月，库克在WWDC开发者大会上公开宣布，未来Mac电脑将放弃英特尔处置器，“两年内”要让苹果的一切Mac产品都用上苹果自研的芯片。这很大水平上是苹果对英特尔5G基带芯片问题的彻底失望。往常，“两年之约”已到，苹果如愿解脱了英特尔的约束，简直完成了Mac产品线自研芯片的全面交流。

不外，苹果自研芯片还有一座大山需求逾越，那就是5G基带芯片。多年来，苹果与高通在基带芯片上的纠葛不时，2019年以至向高通支付了45亿美金和解费，但缺乏5G基带芯片的基本问题依旧没有处置。由于在通讯范畴技术沉淀缺乏以及专利缺失，时至今日苹果仍需向高通外购基带芯片。

不外，固然目前为止自研5G基带未能胜利，而且规避高通专利难度很大，但苹果自然不能容忍被高通“独家挟制”。今年8月，据《圣迭戈分离论坛报》报道，苹果斥资4.45亿美圆(约合30亿元)买下了原本属于惠普的67.6英亩老园区，其称号为兰乔·维斯塔企业中心。这可能是苹果在该地域的初次商业收购，其正在加紧自研基带芯片等组件。由此可见，未来苹果自研芯片之路必定如以往那样坚决。

当然，除了以自研芯片提升产品性能之外，近十年来苹果实践上还完成了软硬件一体化展开，构建了芯片、系统软件、终端产品的生态闭环，很大水平上进一步构筑了愈加宽广的“护城河”。而从苹果自研芯片，我们能够得到结论：芯片是一个需求持续投入的过程，包含历史沉淀、人才、投入。唯有如此，才终见曙光。