A系为首 苹果顶尖的“芯片帝国”已初现雏形

众所周知,苹果是流动资产最高的科技公司,就算是石油公司都难以匹敌。也正是因为有了雄厚的现金储备,苹果公司才能够有大量专利技术可用。当其他公司还在外包生产产品零部件时,苹果已经尽可能地定制甚至是内部自主开发,其中最亮眼的当属目前使用在 iOS 设备上的 A 系列芯片。不过,今天苹果的成就已不仅限于 A 系芯片,更像是一个令行业敬畏强大的芯片厂商。

蓬勃发展的 A 系列芯片

大概五六年前,当三星、微软和 HTC 都在依赖高通提供芯片的时候,苹果公司已经四处招揽人才,组建自己的工程师团队为 iPhone 和 iPad 自主设计芯片。期间苹果收购了两家标志性的公司,首先是 2008 年以 2.78 亿美元收购了一家小型无晶圆厂半导体(fabless semiconductor)公司 P.A. Semi,为旗下自主芯片研究工程打下基础。

外界质疑为何苹果收购 P.A. Semi,毕竟当时已经有各种 ARM 硬件任苹果挑选。直到苹果再一次收购 Intrinisty,人们才发现了苹果的真正意图,不只是为了得到更多芯片开发人才,强化硬件和软件,更重要的是 A4 处理器诞生了,苹果确实利用此前收购的基础来开发了专门的芯片组和控制器。

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从 2010 年发布 A4 芯片开始,苹果就不断的扩充其 A 系列芯片的阵容,引入不同的设计和功能目标。当然苹果公司在这方面的开发和研究也并非都是一帆风顺的,但是随着每一代A芯片的更新和发布,这个芯片系列的威胁已经越来越大,特别是 iPhone 5 出现的 A6 芯片,成为了苹果首款完全自主定制设计的芯片。苹果内部称其为 Swift,A6 虽然仍然使用 ARM 指令集,但是不再沿用现成的公版设计。A6 是完全手工设计,耗费大量人力资源,成本更高,不过手工设计通常能够带来更高的能效。

事实证明 A6 跑出了两倍于上一代芯片的速度,加上先进的用户界面、操作系统以及软件开发框架和工具,苹果已经确立了他们在应用处理器方面的优势。凭借资本优势,苹果仍在自主开发非常昂贵的移动应用处理器,A 系芯片性能优势不断扩大,上一代 A9 芯片在跑分中碾压对手,而对手往往迟个半年时间才能追上。

不得不说,在短短几年时间里,苹果刮起了手机芯片行业的革命风暴,并于 2013 年发布了业界第一枚 64 位智能手机芯片 A7,还引入了配备强大图形处理性能的 X 变种型号。苹果没有就此满足,并通过世界一流的半导体团队持续推动芯片的发展,如今 A 系列芯片已经成为了手机芯片史上最强大的芯片。

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搭载于 iPhone 7 内部的 A10 芯片,是自从苹果的片上系统转移到 64 位处理器架构以来进步最重大的一次。A10 Fusion 芯片不仅拥有 33 亿个晶体管,而且还是 A 系首次采用四核设计,在新的动态电压频率调节模式和性能控制器下,能够有针对性对核心负载进行智能的管理,做到让某些核心完全关闭,能耗管控能力高效得惊人。

对此,当今甚至有人赞美称,搭载于 iPhone 7 内部的 A10 芯片,已经几乎可以媲美英特尔入门级超低功耗芯片的性能,并且其制造成本更低,电源管理更优秀。之前评测也表明,MacBook Air 中的英特尔老芯片在跑分上已经体现出了与 10 相比的不足,但重点不是速度有多快,跑分是无所谓的事情,而是同样性能的发挥时,A 系芯片拥有更高的能效水平。同时,市场上因为有不同的处理系列产品推出,A 系芯片对比也越发鲜明。

不只有 A 系列芯片

除了为 iPhone 、iPad 和 Apple Watch 设计的 A 系列芯片之外,苹果已经开始为越来越多的产品线开发芯片。去年,我们在第一代 Apple Watch 上看到了苹果第一枚 SiP(System-in-Package)系统级封装的小芯片:Apple S1,这是一枚针对可穿戴设备量身设计的超微型芯片。

作为 Apple S1 更新换代产品,今年在第二代智能手表 Apple Watch Series 2 上,又推出了改用双核心设计的 Apple S2 芯片,将微型芯片性能提升到一个新的高度,使 Apple Watch 的速度提高达 50% 之多。此外,S2 还加入了新图形处理器,将图形处理性能提升到 2 倍。

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不仅如此,苹果不忘继续改进 Apple S1 芯片,在 Apple Watch Series 1 智能手表上所更新的那枚芯片,同样改用了双核心的设计,加速性能表现,用户能够轻松感受到迅速启动自己常用的各种应用的快感。

说实话,Apple S1 和 S2 芯片应该仅相当于一个全新的开始,因为在今年苹果新发布的 AirPods 无线耳机上,我们又看到全新超低功耗的 Apple W1 芯片。尽管苹果没有透露太多与 W1 芯片相关的细节,但苹果明确表示,关于 AirPods 无线耳机任何开创新的体验,都要得益于革命性的超低功耗 Apple W1 芯片。

目前至少有三个 AirPods 的创新与 W1 芯片有关。首先是“化繁为简、一步到位”的无间衔接,凭借 W1 芯片只要靠近 iPhone 或 Apple Watch 即刻配对完成,提供行业内的最出色全自动的设置方案。再者,W1 芯片可以“稳定”的连接,苹果称不仅不会有普通蓝牙耳机的断续情况,还能“提供卓越的音质”。最后一点是超低功耗,W1 芯片工作时功耗只有传统无线芯片的三分之一。

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总的来说,W1 芯片不仅有助于传输高品质音频,而且还带来了行业内的最出色全自动的设置方案,以及最出众续航时间。唯一的疑问就是,考虑到这是一枚无线耳机芯片,苹果是否会考虑提供 Apple W1 芯片的授权?毕竟这有利于其他第三方厂商打造同等或更出众品质的无线耳机配件产品。

苹果下一步野心是什么?

对于行业来说苹果的 A 系品牌作用是史无前例的,或者说最近已经没有哪个公司能够取得这样的成就,一个这样的团队竟能够开发出这么高质量的芯片。通常能够为自己的产品开发出这样的芯片的参与者总能代表“行业领先”,至少完全不输给高通。关键在于,这为苹果旗下产品自主设计硬件的“垂直整合”战略奠定了坚实的基础。

随着 iPhone 和 iPad 中 A 系列芯片的优势不断扩大,看到利润丰厚的市场拱手相让给苹果,一些口袋里有钱的厂商可能也蠢蠢欲动,开始思考他们能不能也自己设计芯片。然而短时间内要完成自主非公版的设计并不那么简单,这一点谷歌已经证明。

无论如何,迄今为止我们看到了苹果三个创新的芯片设计,分别为 A 系列、S 系列和 W 系列。尽管 S 系列和 W 系列刚刚起步还相对较新,但参照过去几代 A 系列芯片的发展步伐,苹果并没有就此罢休的打算,反而是要将其打造成业内一流的芯片。

我们也不清楚苹果下一步是什么,根据近年来的报道和爆料,摆在眼前的大概有三个迹象:

- 首先是集成调制解调器的 SoC 一体式芯片?

- 再者是自主设计 GPU 图形处理器单元,包括调制解调器?

- 最后还可能将 A 系列芯片带到桌面上?

观察手机行业 SoC 系统级芯片的研发历程,集成调制解调器似乎是必走的步骤之一,高通目前已经做到这点并且优势十分突出。最近沉寂已久的英特尔,开始为苹果某些型号的 iPhone 提供调制解调器,但早几年就有迹象表明,苹果同样有兴趣打造自主调制解调器,相信将其集成到 A 系列芯片之内只是时间的问题。

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另外,从去年 12 月份开始,就不断有传闻显示,未来苹果不仅致力于移动芯片的 CPU 中央处理单元,而且还考虑自行研发 GPU 图形处理单元,相关工作“悄悄地在幕后进行中”,而不是长期从 Imagination Technologies 获取授权。据称一是成本因素考虑,二是性能因素,苹果不希望看到通过堆 GPU 核心集群来提升性能,核心越多稳定性就越差,而且功耗不易控制,反而倾向于较小或相对合理的 GPU 配置。

假如苹果真的有一支能力出众的 GPU 团队,并且愿意慷慨投资,那么苹果通过定制自主的 GPU 架构,将有可能实现重大的性能改进,无论是芯片面积还是性能,均可以比之前提供的 GPU 内核更合适整体芯片结构设计。苹果在这方面仍是新手,但已经拥有成熟且十分成功的 CPU 内核定制经验,这点有助于苹果少走弯路。

与此同时,苹果似乎要做的不只是移动芯片的主导力量。根据传闻了解,苹果极有可能将 A 系列芯片带到 Mac 产品线上,主要是因为在超低功耗芯片领域,A 系每瓦的性能与英特尔的差距逐步缩小。当然了,在高性能处理器领域,英特尔的领先地位毋庸置疑,不过低端入门级的超轻薄产品未来就很难说了,其实对于苹果最大的挑战还是在于不同芯片架构之间软件的无缝兼容问题,即使数年或数十年也不一定能够解决。

总之,从这三个系列芯片的发展势头来看,苹果在整个芯片行业还能有很长的发展之路,但就移动行业而言,苹果的食物链已经足够庞大,更多成果或许将在未来两三年内一一呈现。

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