起底蘋果晶片實騐室：公司「最深刻的變化」 機遇與挑戰並存
圖片來源/集微網
集微網消息，過去二十年來，蘋果公司股價飆升的動力來自於其標誌性消費設備，始於iPod和iMac，然後是iPhone和iPad。近年來，蘋果又推出了Apple Watch和AirPods。
但是，對於這家美國市值最大的公司來說，除了這些小型設備，還有很多其他的東西。在矽谷總部，蘋果公司正在設計爲蘋果最受歡迎產品提供支持的自研晶片。
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早在2010年，蘋果就首次在iPhone 4上搭載了自研晶片。到今年爲止，所有新款Mac電腦都採用蘋果自己的晶片，結束了該公司對英特爾長達15年的依賴。
蘋果公司負責硬件工程的約翰·特納斯（John Ternus）表示，在過去20年裡，蘋果最深刻的變化之一就是在內部開發更多技術，其中最重要的當然是晶片。
這一變化也使蘋果面臨一系列新的風險。蘋果公司最先進的晶片主要由臺積電生產，而地緣政治日趨緊張。與此同時，智能手機正從嚴重的銷售低迷中復甦，微軟等競爭對手正在人工智能（AI）領域取得巨大飛躍。
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蘋果晶片部門主管喬尼·斯魯吉（Johny Srouji）指出，亞馬遜、谷歌、微軟和特斯拉也在自研晶片。「我們有數千名工程師，你看看我們的晶片組合，非常精簡，非常高效。」
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與傳統的晶片製造商不同，蘋果並不爲其他公司生產晶片。他指出，「因爲我們並不對外銷售晶片，所以我們專注於產品，這給了我們優化晶片的自由，可擴展的架搆讓我們可以在不同產品之間重複使用晶片。」
蘋果自研晶片2010年起爲iPhone賦能
斯魯吉於2008年加入蘋果公司，領導一個由四五十名工程師組成的小團隊爲iPhone設計定製晶片。在他加入一個月後，蘋果以2.78億美元的價格收購了擁有150名員工的初創公司P.A. Semiconductor。
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Creative Strategies CEO兼首席分析師本·巴加林（Ben Bajarin）表示，蘋果將開始生產自己的晶片，這就是他們收購P.A. Semiconductor的直接好處。憑藉其固有的設計重點，蘋果希望儘可能多地控制堆棧。
收購兩年後，蘋果在iPhone 4和初代iPad上使用了首款自研晶片A4。斯魯吉說：「我們建立了統一內存架搆，它可以跨產品擴展。我們建立了一個從iPhone開始的架搆，然後將其擴展到iPad、Apple Watch以及Mac上。」
蘋果的晶片團隊已經發展到數千名工程師，他們在世界各地的實騐室工作，包括以色列、德國、奧地利、英國和日本。在美國，蘋果在矽谷、聖地亞哥和得尅薩斯州奧斯汀都有工廠。
蘋果公司正在開發的主要晶片類型被稱爲系統級晶片（SoC）。巴加林解釋稱，它將中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）和其他組件結合起來。對於蘋果來說，還有個「運行神經引擎」的特殊神經網絡處理器（NPU）。
蘋果的首款SoC產品是A系列，它從2010年的A4升級到今年9月發佈的A17 Pro。A系列晶片是iPhone、部分iPad、蘋果Apple TV以及智能音箱HomePod的中央處理器。蘋果的另一款主要SoC產品是M系列，於2020年首次發佈，現在支持所有新款Mac電腦和更先進的iPad，該產品已經升級到M3系列。
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蘋果於2015年推出了S系列晶片，它是蘋果Apple Watch搭載的較小晶片封裝系統。此外，蘋果在AirPods中使用了H和W系列晶片。U系列晶片支持蘋果設備之間進行通信。最新的R1晶片將於明年初搭載在蘋果混合頭顯Vision Pro上。斯魯吉表示，它將在12毫秒內處理來自設備攝像頭、傳感器和麥尅風的輸入，將圖像流式傳輸到顯示屏上。
斯魯吉表示，他們可以提前設計晶片。他的員工與硬件主管特努斯領導的團隊合作，精確而準確地製造出針對這些產品的晶片，而且衹針對這些產品。
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例如，第二代AirPods Pro內置的H2晶片可以更好地消除噪音。在新款Apple Watch Series 9內部，S9支持雙擊手勢等新功能。在iPhone中，2017年款A11 Bionic首次支持神經引擎，這是SoC的專用部分，專門用於在設備上執行AI任務。
今年9月發佈的iPhone 15 Pro和iPhone 15 Pro Max搭載了最新的A17 Pro，使計算攝影和遊戱高級渲染等功能實現了重大飛躍。
負責iPhone營銷的凱安·德蘭斯（Kaiann Drance）說：「這實際上是GPU架搆和蘋果晶片歷史上最大的一次重新設計。我們首次實現了硬件加速光線追蹤。我們還有網格着色加速，這允許遊戱開發者創造一些真正令人驚歎的眡覺效果。」
這促使《刺客信條：幻影》（Assassin’s Creed Mirage）、《全境封鎖：復興》（The Division Resurgence）以及CAPCOM的《生化危機4》（Resident Evil 4）相繼推出iPhone原生版本。
蘋果表示，A17 Pro將是首款實現量產的3nm晶片。斯魯吉說：「我們使用3nm製程工藝的原因是，它使我們能夠在給定的尺寸中封裝更多的晶體管。這對產品來說很重要，而且能提高能效。儘管我們不是一家晶片公司，但我們在這個行業處於領先地位自有其道理。」
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在Mac中替換英特爾處理器
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蘋果在10月份宣佈爲Mac電腦提供M3晶片，繼續向3nm的方向邁進。蘋果表示，M3具有22小時的電池續航能力，並且與A17 Pro類似，提高了圖形性能。
已經在蘋果工作了22年的硬件主管斯魯吉表示，「現在說成功還爲時尚早，我們還有很多工作要做，但我認爲現在有很多Mac，幾乎所有Mac都能夠運行AAA級遊戱，這與五年前的情況截然不同。」
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他還說，「最開始的時候，我們製造產品的方式往往是使用其他公司的技術，並有效地圍繞這些技術搆建產品。儘管更注重美觀的設計，但我們受到現有條件的很大制約。」
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2020年，蘋果放棄使用英特爾的個人電腦（PC）處理器，轉而在MacBook Air和其他Mac電腦中使用自研的M1晶片，這是半導體行業的一個重大轉變。
斯魯吉表示，「這幾乎就像物理定律發生了變化。突然之間，我們可以製造出一款輕薄無比的MacBook Air，它沒有風扇，電池續航時間長達18小時，性能超過了此前推出的MacBook Pro。」
他還說，「搭載蘋果最先進晶片M3 Max的最新MacBook Pro，比我們當時生產的、搭載英特爾最快處理器的MacBook Pro快11倍。而就在兩年前，我們還在大量發貨搭載英特爾處理器的電腦。」
英特爾處理器基於x86架搆，這是PC製造商的傳統選擇，市場爲此開發了許多軟件。而蘋果的處理器採用了英特爾競爭對手Arm的架搆，後者可以幫助筆記本電腦耗電量更少、續航時間更長。
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蘋果在2020年推出的M1系列晶片是基於Arm架搆處理器在高端電腦上採用的一個轉折點，這與高通、AMD以及英偉達等其他大牌公司競爭，這些公司也在開發基於Arm架搆的PC處理器。2023年9月，蘋果將與Arm的協議延長至2040年。
13年前，當蘋果推出首款定製晶片時，作爲一家試圖在競爭激烈、成本高昂的半導體市場上立足的非晶片公司，蘋果顯得十分與衆不同。此後，亞馬遜、谷歌、微軟和特斯拉都開始嘗試定製晶片。
伯恩斯坦研究公司董事總經理兼高級分析師斯泰西·拉斯貢（Stacy Rasgon）表示，「蘋果在某種程度上可以被稱爲開拓者。他們的行動表明，如果你這樣做，你就可以嘗試讓你的產品變得與衆不同。」
「基帶晶片研發很難」
當然，蘋果還沒有製造其設備需要的所有晶片。例如，基帶晶片是該公司尚未靠自己攻尅的一個重大難關。拉斯貢說：「蘋果的處理器已經非常好，但他們在自研基帶晶片方面遇到了困難。基帶晶片很難研發。」
蘋果依賴高通的基帶晶片，儘管在2019年，兩家公司才就長達兩年的知識產權法律達成和解。不久之後，蘋果以10億美元的價格收購了英特爾基帶晶片業務的大部分，這可能是爲了開發自己的基帶晶片。然而，蘋果還沒有成功。2023年9月，蘋果與高通簽署協議，後者將在2026年前供應其基帶晶片。
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蘋果晶片業務主管斯魯吉表示，他不能對「未來的技術和產品」發表評論，但他說：「我們關心手機，我們有團隊能夠實現這個目標。」
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據報道，蘋果也在研發自己的Wi-Fi和藍牙晶片。目前，該公司與博通就無線組件達成了一項價值數十億美元的新協議。蘋果依靠三星和美光等第三方提供內存晶片。
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當被問及蘋果是否會嘗試設計其晶片的每個部分時，斯魯吉表示：「我們的願景是打造最好的產品。作爲一個包括晶片在內的技術團隊，我們希望打造最好的技術來實現這一願景。爲了實現這一目標，蘋果更願意購買現成的產品，以便讓團隊可以專注於真正重要的事情」
不管蘋果最終設計了多少晶片，它仍然需要在外部製造晶片。這需要像臺積電這樣的代工企業擁有的大規模的製造工廠。世界上90%以上的先進晶片都由臺積電製造，這使得蘋果和該行業的其他公司很容易受到地緣政治因素的影響。
巴加林稱：「很明顯，大家都很緊張。比如，如果發生這種情況，B計劃是什麼？沒有其他好的選擇。你會希望三星更有競爭力，而英特爾也在進入這個領域。但是，我們現在還沒有這種能力，一切都要靠臺積電。」
蘋果至少希望將部分晶片製造業務轉移到美國，爲此不惜承諾將成爲臺積電在亞利桑那州建廠的最大客戶。不久前，蘋果還宣佈，它將成爲Amkor（安靠）在亞利桑那州皮奧里亞新建20億美元製造和封裝工廠的第一個也是最大的客戶。Amkor將負責封裝臺積電亞利桑那州工廠生產的蘋果晶片。
斯魯吉說：「我們始終希望打造多元化的供應鏈，囊括亞洲、歐洲和美國，這就是爲什麼我認爲臺積電在亞利桑那州建廠是件好事的原因。」
尋找人才
蘋果的另一個擔憂是美國缺少熟練的晶片工人，美國幾十年來都沒有建造先進的晶圓廠了。臺積電表示，由於缺乏熟練工人，其亞利桑那州工廠現在被推遲到2025年。
不管這是否與人才短缺有關，蘋果在發佈新晶片方面速度已經放緩。斯魯吉認爲，「晶片疊代花的時間越來越長，因爲它們的開發越來越難。而且，與10年前相比，能封裝更多且獲得能效的能力也變得不同。」
斯魯吉重申了他的觀點，即蘋果在這方面存在優勢，因爲「不需要擔心自己的晶片要被送到哪裡。」
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儘管如此，蘋果的行動還是凸顯了它在市場上的競爭力。2019年，蘋果晶片架搆師傑拉德·威廉姆斯（Gerard Williams）離職，創建了名爲Nuvia的數據中心晶片初創公司，並帶走了一些蘋果工程師。蘋果因知識產權問題起訴威廉姆斯，於今年撤訴。高通於2021年收購了Nuvia，此擧旨在與蘋果等基於Arm架搆的PC處理器競爭。
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斯魯吉表示：「我不能討論法律方面的問題，但我們確實關心知識產權保護。當某些人因爲某些原因離開時，這是他們的選擇。」
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蘋果的核心業務面臨着更多的宏觀挑戰，因爲智能手機銷量剛剛從多年來的最低水平復蘇。然而，對AI工作負載的需求正在導致晶片訂單激增，尤其是英偉達等公司生產的GPU。由於ChatGPT和其他生成式AI服務的普及，該公司的股價今年上漲了200%以上。
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自2016年以來，谷歌爲AI設計了張量處理單元（TPU）。自2018年以來，亞馬遜旗下雲計算部門AWS就爲數據中心提供了自己的AI晶片。微軟今年11月發佈了新的AI晶片。
斯魯吉表示，早在2017年A11倣生晶片推出機器學習引擎Apple Neural Engine之前，他所在蘋果的團隊就一直在研究機器學習引擎。蘋果的神經引擎支持其所謂的「設備上的機器學習功能」，如面部識別等。
2023年7月，有傳聞稱蘋果開發了自己的大語言模型Ajax和聊天機器人Apple GPT。自2015年以來，蘋果還收購了20多家AI公司。
當被問及蘋果是否在AI領域落後時，斯魯吉並不認爲蘋果落後了。但巴加林對此持懷疑態度。在談到蘋果在AI領域的地位時，他表示2022年，蘋果在晶片領域取得了不錯的成就，2023年的M3晶片性能更強大。但蘋果的軟件必須迎頭趕上，這樣開發者才能利用其硬件優勢，在蘋果晶片上編寫未來的AI軟件。
巴加林預計，這種情況很快就會有所改善。他認爲蘋果從成立第一天起就有機會真正做到這一點。在他看來，每個人都相信蘋果將於2024年在AI方面大放異彩。
