苹果正成为一家领先的芯片公司

苹果在芯片领域的优势越来越凸显。

文|砺石商业评论 李平

北京时间3月9日,苹果召开2022年春季新品发布会,除了全新配色的iPhone 13和iPhone 13 Pro、新iPhone SE以及Mac Studio和Studio Display等5款新品外,号称地球最强桌面级处理器的M1 Ultra也备受全球关注。

作为M1系列的第四代产品,M1 Ultra利用全新的UltraFusion封装架构实现两枚M1 Max芯片互连,进而达到更高的性能以及更低的能耗。据介绍,M1 Ultra包含高达1140亿个晶体管,支持最高128GB的统一内存,并拥有20核CPU、64核GPU,比M1提升8倍速度。另外,在高性能之下,M1 Ultra性能功耗比如今16核电脑能耗低90%。

M1 Ultra的发布不仅丰富了苹果M1的处理器阵营,也让苹果可以更加从容地与“老朋友”英特尔说再见。一个日渐强大的苹果芯片帝国,也正改变着全球半导体行业的竞争格局。

01 苹果也曾受制于人

苹果的造芯计划,最早始于上个世纪90年代。

1997年,此前遭遇驱逐的苹果创始人乔布斯重新被请回公司后,发现此时的个人电脑市场已经被Wintel(Windows & 英特尔)联盟所主宰,苹果的市场份额少的可怜。面对微软和英特尔的软硬结合,乔布斯联合IBM、摩托罗拉成立了AMI PowerPC(Apple、IBM、Motorola)联盟,共同研发并推出了PowerPC芯片,以求重新夺回PC市场的主导权。

按照AMI联盟的最初构想,PowerPC芯片主要由IBM、摩托罗拉联合研发,苹果则负责将PowerPC芯片装配到个人电脑上,另外芯片也向联盟以外的公司提供。

PowerPC芯片采用了IBM Power的精简版RISC芯片架构,并继承了IBM高端服务器工作站的强大计算性能,以及摩托罗拉的顶尖芯片技术储备,具有可伸缩性好、方便灵活等优点。不过PowerPC芯片也存在能耗过高、价格昂贵等劣势。

最终,搭载PowerPC芯片的苹果Mac电脑虽然受到了苹果粉丝们的抢购,但却并没有继续扩大市场份额。

实际上除了苹果电脑之外,其他厂商使用PowerPC芯片的比例极低。这就让研发投入与销售获利之间产生了矛盾。

对IBM而言,供应芯片给苹果需要投入巨资来研发芯片组、编译器及其他支持技术,但由于当时苹果电脑是小众市场,IBM获得的PC芯片市场份额非常有限,很难赚钱。而苹果则公开批评IBM在供货方面存在问题,并认为IBM生产的Power Mac G5芯片由于散热和功耗的问题而无法用于笔记本电脑。双方之间龃龉不断。

虽然号称联合研发,但PowerPC芯片的研发主要依赖IBM,并不由苹果主导。由于投入产出不成比例,IBM和摩托罗拉只得将一部分设计精力转向汽车制造领域的嵌入式PowerPC芯片,而不是只专注于满足苹果Mac的需求。乔布斯本人对此抱怨不断,但又无计可施。

2003年,乔布斯在推出搭载PowerPC处理器的Mac时曾公开表示,十二个月内处理器的频率将会达到3GHz。但实际上在24个月之后,3GHz的处理器依然不见踪影,这也让乔布斯首次尝到了关键部件受制于人的滋味。

2005年,在PowerPC芯片上亏损了数亿美元后,苹果决定从AMI联盟退场,转投英特尔怀抱。2006年6月6日,苹果正式宣布将在麦金塔电脑中采用英特尔处理器,同时放弃PowerPC架构,结束同IBM长达十数年的合作关系。对此,乔布斯称:“英特尔未来将开发出最强大的处理器产品,我相信未来十年内英特尔技术将帮助我们打造最好的个人计算机。”

不过,双方的蜜月期并没有维持多久,合作不久就出现裂痕。一方面,“挤牙膏”般研发进度的英特尔与快节奏的Mac难以同步,苹果新品的发布计划常常受制于英特尔芯片延迟和安全等问题。另一方面,或许是在PowerPC芯片时代受制于人的教训过于深刻,苹果始终未放弃实现“芯片自主”的努力。因此,虽然苹果同意将其Mac平台转移到英特尔的x86,但却在内部制定了其他产品不涉及英特尔的计划。

实际上,苹果与英特尔的合作一直矛盾重重。早在1997年,乔布斯与英特尔时任首席运营官安迪·格鲁夫会面时就要求享受“最大客户价格”,但被格鲁夫断然拒绝,因此苹果当时仅与英特尔合作了一年时间。

对此,格鲁夫曾表示:“从那时候起,在乔布斯眼里,英特尔便一文不值,不管我们做了什么,都不能改变他的想法。”

而据英特尔前CEO保罗·欧德宁披露,英特尔本有机会成为苹果第一代iPhone的处理器供应商,苹果当时对英特尔的一款芯片表示出浓厚的兴趣,只是提出的价格远远低于预期,英特尔因此失去了这笔订单。最终,苹果选择了来自三星的ARM架构芯片。

不难看出,作为各自领域的老大,苹果和英特尔之间的合作充满了讨价还价的矛盾。对于高度重视供应链安全的苹果而言,处于垄断地位的英特尔始终是一个不安全因素。毕竟,对坚持软硬一体的苹果而言,芯片本就是最核心的硬件,自研也就成为必选项。

最终,当苹果凭借iPhone、ipad等产品热销而满血复活后,立刻开启了手机芯片的自研之路。同时,英特尔则因为价格问题失去了苹果手机的订单,也彻底失去了改变世界的机会。

02 手机芯片自研之路

虽然PowerPC处理器以失败退场,但却真正拉开了苹果自研芯片的序幕。乔布斯在彻底认清了芯片重要性的同时,也明白了芯片自研的难度之大。为此,苹果选择从尚在行业发展初期的手机芯片切入,而在桌面芯片领域则继续与英特尔保持合作。

2010年,苹果推出了首款自研手机芯片Apple A4,主频跨过了当时ARM公版的650MHz,一举突破到了1GHz,之后这款芯片被陆续搭载在初代iPad、iPhone 4、以及iPod touch 4上。

事实证明,搭载A4芯片的iPhone 4成为了苹果智能手机发展史上的一座里程碑,iPad也几乎成为平板电脑的代名词。此后,A系列芯片凭借在工艺制程、CPU架构和GPU核心上的代代改进,一直是移动平台上高性能芯片的代表。

站稳手机端芯片后,苹果芯片研发也从手机平板扩展到智能手表、真无线耳机等品类,比如Apple Watch上的S系列芯片以及无线蓝牙芯片W系列。

在芯片架构方面,苹果A系列、S系列、W系列芯片均采用了ARM的架构。相比英特尔的x86架构,ARM具有低能耗、低成本、高性能等优势,这对消费电子产品具有重大影响,尤其是更长的电池寿命、更薄和无风扇设计等功能让基于ARM的苹果芯片在系统稳定性、续航能力等方面获得了其他厂商难以比拟的优势。

比性能提升更为重要的是,苹果通过芯片自研大大筑高了苹果封闭生态的城墙,让苹果生态系统得以更顺畅地实现内循环。

自研芯片很快给苹果带来了正激励。由于每一代A系列都相较同时期其他手机芯片有明显性能优势,这让每一代iPhone相较同期旗舰机有了更加领先的综合体验——尽管苹果卖得越来越贵,却又卖得越来越好。

2017年,苹果A11 Bonic仿生芯片的推出,让智能手机跨入了AI时代,神经引擎的加入,通过算法进一步提升了手机全方位的功能和体验,如AR、人脸识别、图像合成都成为现实。同时,A11也是苹果史上自主程度最高的一代A系列处理器,包括自研CPU,自研GPU,自研ISP,自研解码器等,尤其是第一次采用了自己设计的GPU核心。

不过,由于在通信领域技术积淀不足以及专利缺失,此时的苹果仍需要外购基带芯片。在基带芯片领域,高通技术实力和市场份额均处于领先地位,但却与苹果之间存在巨额的专利授权诉讼。为此,苹果选择向英特尔和高通两家企业同时采购基带处理器。

而英特尔再次成为了苹果的“猪队友”。后来消费者反映,搭载英特尔处理器的iPhone 8在上网性能上明显弱于高通版本,为此苹果只能降低了所有手机的网速。

更为严重的是,2019年,因为英特尔的5G基带芯片难产,苹果5G iPhone的发布时间被迫推迟了一年,苹果再次尝到了核心技术受制于人的滋味。

最终,苹果只得与高通握手言和,从iPhone 12这一代开始全面回归到高通骁龙基带,彻底放弃了英特尔。

失去苹果这一大客户,也让英特尔基带业务彻底陷入困境。最终,英特尔将手机基带业务以10亿美元的价格全盘出售给了苹果,苹果也由此进一步提升了手机芯片自研比率。

截至目前,苹果iPhone13系列采用的仍是高通的骁龙X60 5G调制解调器。根据最新消息,苹果计划从2023年开始让台积电制造5G iPhone基带,预计将在iPhone 15系列中正式亮相。据称,苹果希望推出的是一款“高端基带”,其性能将会远超高通产品,所以研发周期较长。

业内普遍认为,凭借苹果向来优秀的垂直整合能力与在产品端的软硬件优化能力,有条件与实力将英特尔基带芯片业务进行改良优化,解决信号问题等技术短板,进而整合A系列处理器和基带处理器,使之完美适用于苹果产品,摆脱高通的掣肘。而这也将进一步强化苹果在供应链上的主导权。

03 彻底告别英特尔

或许是5G基带芯片问题让苹果对英特尔彻底绝望,2020年6月的WWDC开发者大会上,库克公开宣布,未来Mac电脑将放弃英特尔处理器,“两年内”要让苹果的所有Mac产品都用上苹果自研的芯片。

5个月之后,苹果正式推出了第一块电脑芯片M1,并装配到新发布的MacBook Air、MacBook Pro和 Mac Mini之上。这也意味着,苹果笔记本和台式机放弃了已经使用了15年的英特尔处理器。

就英特尔来说,5G基带芯片的缺位不仅让其在5G时代的发展处处掣肘,甚至在桌面芯片领域也丢失了苹果这一大客户。不过,苹果之所以能够彻底放弃英特尔并非出于报复心理,根本原因还在于两者研发实力的此消彼长,以及英特尔芯片制造能力的落后。

比如作为苹果首款Mac自研芯片,M1采用了台积电最先进的5nm工艺,内部封装了惊人的160亿根晶体管,将8核CPU、8核GPU、神经网络引擎、DRAM内存等功能全部集成在同一芯片,CPU最高提升3.5倍、GPU最高提升2倍,性能上全面吊打英特尔处理器。

而此时的英特尔仍在14nm工艺技术上止步不前,10nm工艺制程因良率、产能瓶颈等问题量产迟迟不能落地,7nm工艺制程更是一再延期,继续坐实了“牙膏厂”绰号。

继M1之后,苹果在2021年发布了性能更强的M1 Pro、M1 Max,性能和功耗在M1的基础上都有成倍的优化。而在M1系列芯片的加持之下,苹果Mac产品销量节节高升,其中2021年第四季度营收首次突破100亿美元大关,创下了历史最高纪录。

芯片自研给苹果财务数据带来了明显的提振。2021年四季度,苹果硬件业务整体毛利率达到38.4%,创出6年以来新高,综合毛利率达到43.8%,同比增长4个百分点,创下10年以来的新高。2021财年,苹果净利润达到创纪录的946.8亿美元,芯片自研的功劳居功至伟。

除了性能提升之外,苹果自研芯片还有着平台整合的考虑。由于M1芯片同样采用了ARM架构,iPhone、iPad上的App就可以同步到Mac上使用,苹果由此打通了iOS和macOS两大独立操作系统之间的壁垒,实现硬件、软件等层面的大一统,生态闭环从此更进一步。

一直以来,库克时代的苹果总被人批评创新不足,缺少iPhone式的“颠覆性产品”。但实际上,近十年来库克带领苹果通过芯片自研不仅实现了硬件底层上的持续进化,同时也强化了自身的生态优势。这既是苹果对软硬件一体化发展策略的专注,也是其技术实力日积月累之后的厚积薄发。这对于饱受“缺芯”痛苦的中国企业来说,应该是一个很好的借鉴。

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