蘋果“芯”事

近期，高通總裁安蒙在接受采訪時(shí)表示，目前還沒(méi)有與蘋果公司達(dá)成2024年的供應(yīng)計(jì)劃。在他的規(guī)劃設(shè)想中，2024年高通不會(huì)為蘋果供應(yīng)基帶芯片，但具體還要看蘋果的決策。業(yè)內(nèi)分析師預(yù)測(cè)，蘋果最早會(huì)在2024年生產(chǎn)的iPhone SE4上搭載自研基帶芯片。

此外，蘋果公司近期宣布，未來(lái)六年將在德國(guó)工程領(lǐng)域追加投資10億歐元，擴(kuò)建位于慕尼黑的硅設(shè)計(jì)中心。此次擴(kuò)建致力于定制芯片設(shè)計(jì)、電源管理芯片、無(wú)線技術(shù)等領(lǐng)域的創(chuàng)新。

長(zhǎng)期以來(lái)，蘋果的芯片研發(fā)都服務(wù)于軟硬件一體化的閉環(huán)體系，基帶芯片已經(jīng)成為蘋果高度閉環(huán)生態(tài)最大且最難攻克的障礙之一。以蘋果30余年“芯”史所積攢的經(jīng)驗(yàn)，能否解決基帶芯片這樁“芯”事？

30年芯史：始終強(qiáng)調(diào)掌控力

1989年，蘋果創(chuàng)始人史蒂夫·喬布斯和微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨在參加一個(gè)論壇時(shí)表達(dá)了截然相反的觀點(diǎn)。喬布斯相信如NeXT電腦一般將面向?qū)ο蟮木幊谭椒ㄅc計(jì)算機(jī)捆綁起來(lái)的模式，正在引領(lǐng)新的浪潮，大型軟件廠商都應(yīng)該成為這股浪潮的一部分（即根據(jù)計(jì)算機(jī)的功能需求開發(fā)定制化軟件）。蓋茨則強(qiáng)調(diào)軟件的兼容性，認(rèn)為軟件和硬件市場(chǎng)是分開的，不看好喬布斯推崇的軟硬件端到端一體化系統(tǒng)。

事實(shí)證明，兩個(gè)人推崇的發(fā)展模式都在各自的領(lǐng)域取得了成就。微軟的操作系統(tǒng)兼容了市場(chǎng)上的大量機(jī)型，在全球PC市場(chǎng)保持著70%以上的份額。而蘋果自研了一系列的操作系統(tǒng)和芯片，在手機(jī)、平板、電腦等主要產(chǎn)品線均實(shí)現(xiàn)了軟硬件高度耦合的閉環(huán)生態(tài)。

涉足芯片研發(fā)，可以從1991年說(shuō)起。當(dāng)年，蘋果與IBM、摩托羅拉成立了PowerPC聯(lián)盟，共同研發(fā)和生產(chǎn)PowerPC系列處理器。PowerPC主打RISC（精簡(jiǎn)指令集），相比英特爾x86采用的CISC（復(fù)雜指令集）更擅長(zhǎng)流水作業(yè)，有利于提升處理器的速度。1994年，蘋果正式從基于CISC的摩托羅拉68000轉(zhuǎn)向了PowerPC架構(gòu)。然而，到了21世紀(jì)初，RISC陣營(yíng)的芯片性能提升和生態(tài)成長(zhǎng)速度已經(jīng)難以匹敵同期的英特爾。2005年，喬布斯在WWDC宣布將逐步從PowerPC架構(gòu)轉(zhuǎn)向英特爾的x86架構(gòu)。

在2006 Macworld，時(shí)任英特爾首席執(zhí)行官保羅·歐德寧將一片晶圓遞給喬布斯，說(shuō)道：“報(bào)告史蒂夫,英特爾準(zhǔn)備好了?！眴滩妓够卮穑骸拔铱梢韵蚰銏?bào)告，蘋果也準(zhǔn)備好了?！?/p>

就在業(yè)界普遍認(rèn)為蘋果會(huì)順勢(shì)在iPhone搭載英特爾低功耗芯片Atom時(shí)，蘋果收購(gòu)了PA Semi，一家主打低功耗的芯片設(shè)計(jì)商，釋放出蘋果將為移動(dòng)設(shè)備自研芯片的信號(hào)。

兩年后，蘋果發(fā)布了第一款自研芯片A4。A4芯片采用了由芯片設(shè)計(jì)商Intrinsity與三星合作開發(fā)的性能增強(qiáng)功能，使A4中的Arm Cortex-A8 CPU能夠以更高的時(shí)鐘頻率運(yùn)行。

而Intrinsity這位為A4強(qiáng)化性能的“功臣”，也很快被蘋果收購(gòu)，補(bǔ)強(qiáng)了蘋果開發(fā)高速處理器的能力。結(jié)合了PA Semi和Intrinsity的班底，以及蘋果的軟硬件統(tǒng)籌能力，蘋果在之后十幾年的時(shí)間里基本保持了一年迭代一款芯片的節(jié)奏，并在每一代芯片貫徹了蘋果平衡性能與能效的理念。

2013年的A7芯片，奠定了蘋果在手機(jī)處理器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。這款芯片不僅運(yùn)行速度是前一代產(chǎn)品的2倍，也是第一款搭載在智能手機(jī)的64位SoC。A7采用了64位ARMv8-A雙核 CPU，ARMv8-A架構(gòu)使A7的寄存器數(shù)量增加了一倍，從而實(shí)現(xiàn)了更快的讀取。A7還引入了M7協(xié)處理器，用于收集、處理來(lái)自加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步降低了A7的功耗。

之后，蘋果持續(xù)調(diào)整芯片架構(gòu)，并一直在單核、多核、GPU的跑分中保持領(lǐng)先。從2016年發(fā)布的A10開始，蘋果引入“大小核”架構(gòu)。A10采用了2顆性能核心+2顆能效核心的架構(gòu)，分別運(yùn)行游戲等高負(fù)載任務(wù)和日常任務(wù)。在A11中，蘋果又增加了兩顆能效核，并將這種2顆性能核心+4顆能效核心的架構(gòu)一直延續(xù)到A16. 也是從A11開始，蘋果面向Animoji、FaceID等基于實(shí)時(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)算法的任務(wù)，引入了NPU。2022年推出的A16已經(jīng)搭載了16顆NPU核心，實(shí)現(xiàn)了每秒17萬(wàn)億次的運(yùn)算能力。

有了A系列的經(jīng)驗(yàn)，蘋果又將自研芯片的版圖向更多產(chǎn)品線拓展。2014年，蘋果為Apple Watch開發(fā)了S系列芯片，一年之后，蘋果又為watch產(chǎn)品推出了專用操作系統(tǒng)。2019年，蘋果為AirPod研發(fā)了H系列芯片。

2020年，蘋果推出了基于Arm架構(gòu)的M1處理器，代替英特爾的x86處理器運(yùn)行在Mac臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦上，蘋果與英特爾長(zhǎng)達(dá)15年的PC芯片合作也宣告結(jié)束。M1承襲了部分來(lái)自A系列芯片的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，比如4個(gè)性能核心+4個(gè)能效核心的“大小核”架構(gòu)，與A14類似的16核NPU，將CPU、GPU等元器件都集成起來(lái)的SoC形式等。

蘋果M1芯片

iOS+A系列芯片、macOS+M系列芯片、WatchOS+S系列芯片……蘋果通過(guò)一系列自研操作系統(tǒng)與自研芯片，構(gòu)成了軟硬件高度耦合的閉環(huán)生態(tài)，增強(qiáng)了對(duì)產(chǎn)品功能的掌控能力和供應(yīng)鏈話語(yǔ)權(quán)。

最難的芯事：漫長(zhǎng)拉鋸的基帶芯片

雖然蘋果的軟硬件端到端一體化程度已經(jīng)難有匹敵，可還有一個(gè)尚未攻克的重要環(huán)節(jié)——基帶芯片。

在2G和3G時(shí)代，蘋果iPhone主要采用英飛凌的基帶芯片。2010年8月，英特爾與英飛凌達(dá)成協(xié)議，收購(gòu)了英飛凌的無(wú)線解決方案業(yè)務(wù)。但從2011年的iPhone 4S開始，蘋果轉(zhuǎn)向了高通的基帶芯片。在4G時(shí)代，蘋果的iPhone機(jī)型或采用高通基帶，或采用高通、英特爾雙版本基帶。從2017年1月起，蘋果圍繞專利許可費(fèi)用的收取方式和收取額度，與高通展開了多次交鋒，這也導(dǎo)致了2018年的iPhone機(jī)型幾乎全部采用了英特爾基帶芯片。2019年4月，蘋果和高通宣布撤銷兩家公司在全球范圍內(nèi)的所有訴訟，并達(dá)成了一項(xiàng)為期六年的芯片供應(yīng)協(xié)議。

然而，與高通的和解，并不是這場(chǎng)基帶芯片拉鋸戰(zhàn)的終點(diǎn)——從不依靠單一供應(yīng)商的蘋果，決定自己研發(fā)。與高通和解3個(gè)月后，蘋果就收購(gòu)了英特爾的手機(jī)基帶業(yè)務(wù)，包括知識(shí)產(chǎn)權(quán)、設(shè)備和租約，2200名英特爾員工加入蘋果。收購(gòu)?fù)瓿珊?，Apple 將擁有超過(guò) 17000 項(xiàng)無(wú)線技術(shù)專利。

但是，基帶芯片的研發(fā)門檻極高。Gartner研究副總裁盛陵海向《中國(guó)電子報(bào)》指出，基帶芯片的難度可以從寬度和垂直兩個(gè)維度來(lái)看。從垂直角度來(lái)說(shuō)，基帶芯片不僅要支持5G，還要向下兼容 4G、3G和2G。從寬度來(lái)看，基帶芯片要支持全球的網(wǎng)絡(luò)制式，和各國(guó)主要運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行測(cè)試。如今市場(chǎng)上的智能手機(jī)基帶芯片供應(yīng)商，基本上都是從2G時(shí)代就開始進(jìn)行技術(shù)和專利積累。

這就意味著，既便吸納了英特爾的專利和人才團(tuán)隊(duì)，蘋果對(duì)基帶芯片的研發(fā)仍然面臨著多重挑戰(zhàn)。

一位產(chǎn)業(yè)觀察人士向《中國(guó)電子報(bào)》表示，蘋果研發(fā)基帶芯片有四道難關(guān)。一是兼容通信協(xié)議?；鶐酒暮诵氖侵С侄喾N通信協(xié)議，并與各種天線、濾波器、功放模塊進(jìn)行配合。不同的通信協(xié)議之間相互獨(dú)立，彼此之間的復(fù)雜度不同，對(duì)于非通信起家的企業(yè)有一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程。二是信號(hào)處理技術(shù)?；鶐酒捎?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1568173.html">高頻信號(hào)處理技術(shù)，如數(shù)字信號(hào)處理、射頻集成電路設(shè)計(jì)等，這些環(huán)節(jié)背后所需的工程實(shí)踐是短時(shí)間內(nèi)難以就緒的。三是電源管理和功耗控制，基帶芯片需要處理大量的通信數(shù)據(jù)，并需要控制各種模塊的功耗，以確保整個(gè)系統(tǒng)能夠在有限的電量下正常運(yùn)行。四是安全性。基帶芯片需要處理包括電話、短信、移動(dòng)支付等通信和安全數(shù)據(jù)，其安全性和保密性的實(shí)現(xiàn)有著相當(dāng)?shù)募夹g(shù)門檻。

雖然困難重重，可一旦自研成功，在提升手機(jī)盈利表現(xiàn)和性能表現(xiàn)等層面的回報(bào)可謂豐厚。

盛陵海向記者表示，高通基帶芯片的毛利一般在50%以上。以蘋果的銷售體量來(lái)看，一旦成功自研基帶芯片并搭載到iPhone機(jī)型，能在基帶芯片采購(gòu)層面節(jié)省大量經(jīng)費(fèi)。這對(duì)于一向在激烈競(jìng)爭(zhēng)的手機(jī)市場(chǎng)保持較高毛利的蘋果來(lái)說(shuō)，能夠進(jìn)一步提升議價(jià)能力和盈利表現(xiàn)。

在性能層面，業(yè)內(nèi)專家向記者指出，如果蘋果研發(fā)出基帶芯片，就可以將基帶整合到自家的A系列處理器，進(jìn)而降低手機(jī)功耗，延長(zhǎng)電池壽命。同時(shí)，整合基帶芯片可以提高系統(tǒng)的通信能力和響應(yīng)速度，也可以更加精準(zhǔn)地控制通信信號(hào)質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速度。

記者近期查詢蘋果官網(wǎng)時(shí)，注意到蘋果在本月發(fā)布了對(duì)基帶硬件設(shè)計(jì)工程師的招募，并提出了“電氣工程學(xué)士及3年以上相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)”等12項(xiàng)資質(zhì)要求。這表示蘋果對(duì)基帶芯片的攻堅(jiān)戰(zhàn)還在繼續(xù)。

蘋果在德國(guó)慕尼黑的布局，也與其基帶研發(fā)芯片有所呼應(yīng)。盛陵海指出，曾為蘋果供應(yīng)基帶芯片的英飛凌總部位于慕尼黑，英飛凌的前身西門子總部在慕尼黑和柏林。蘋果在慕尼黑成立研發(fā)中心，有利于工程人才和技術(shù)的獲取。業(yè)內(nèi)專家也向記者指出，企業(yè)在海外設(shè)立研發(fā)中心的核心思路是盡可能接近人才集聚地或產(chǎn)業(yè)鏈核心的企業(yè)總部。德國(guó)擁有世界排名靠前的科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)，也是一些主力芯片廠商和供應(yīng)商的總部所在地。其通信和半導(dǎo)體方面的工程人才儲(chǔ)備與創(chuàng)新環(huán)境，能夠?yàn)樘O果提供支持。

從PowerPC至今，蘋果的“芯”路始終面向軟硬件一體化的產(chǎn)品理念，以及不依賴任何供應(yīng)商的布局策略，這也為什么蘋果對(duì)于自研基帶芯片如此執(zhí)著。而對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，自研的基帶芯片能夠?yàn)閕Phone等產(chǎn)品帶來(lái)怎樣的提升，才是最關(guān)鍵的考量。而更加值得期待的是，一旦掃清基帶芯片這一軟硬件高度耦合的最大障礙，蘋果下一步的性能提升和創(chuàng)新方向，又將落筆何處。