苹果手机芯片走下神坛?

半导体行业观察 · 2019-09-12
曾几何时,苹果的A系列芯片是他们的一面旗帜,在于竞争对手的竞逐中也曾是他们的骄傲。

编者按:本文来自微信公众号“半导体行业观察”(ID:icbank),作者 蒋思莹,36氪经授权发布。

曾几何时,苹果的A系列芯片是他们的一面旗帜,在与竞争对手的竞逐中也曾是他们的骄傲。但在苹果于昨日发布的新款芯片——A13 Bionic仿生处理器上。我们却破天荒地首次看到了他们与友商进行了对比,在很多分析人士看来,这似乎释放出了一种苹果“急”了的信号。

苹果手机芯片走下神坛?按照苹果的说法,全新的A13 Bionic采用了7nm工艺,包含85亿个晶体管,是苹果有史以来集成晶体管最多的芯片(A12为69亿),而A13 Bionic配备的CPU、GPU则是智能手机中有史以来最快的。

同时,苹果还表示,A13 Bionic专为机器学习而设计——其CPU上新增两个机器学习加速器,具有用于实时照片和视频分析的更快的神经引擎。

但从上图我们可以看到,苹果的对比都是与去年年底发布骁龙855和去年九月发布的Kirin 980相比,但实际上,前不久华为已经推出了全新的Kirin 990系列。我们可以看到当中的Kirin 990 5G采用的是7nm +工艺,集成的晶体管超过了100亿个,是业界第一个破百亿的移动SoC。单从工艺和晶体管数量上看,华为已远超苹果。

而从机器学习的角度上看,华为早在Kirin 970的时代就推出之时就引入了独立NPU神经网络单元,Kirin 980增强为双核,到了Kirin 990 5G又进行了提升,其CPU使用的是“2+2+4”的组合方案,集成了达芬奇架构2大核+1微核的NPU神经处理单元。这又走在了苹果前面。

除此之外,Kirin 990 5G还集成了5G基带,而苹果应该到明年才有5G落地。最残忍的一点,其实除了苹果,其他所有做手机芯片的,都已经在年内有了5G。

由此看来,苹果芯片真的开始走下神坛了吗?

苹果手机芯片走下神坛?

苹果手机芯片起源

2007 年,苹果发布革命性的第一代 iPhone,初代的iPhone采用的是三星设计的 ARM 架构 SoC,GPU 则是透过Imagination Technology 的 PowerVR。虽然,初代iPhone的性能表现不错,但是,乔布斯依然决定组建苹果芯片研发项目。

为什么苹果要承担巨大风险,设计自己的芯片呢?据福布斯Patrick Moorhead的报道显示,其实答案很简单,苹果选择承担这种风险,是因为他们需要通过纵向整合来实现差异化和降低成本。苹果相信,通过拥有iOS、iOS生态系统以及现在的芯片,可以提供更好的用户体验。

基于此,苹果在接下来的几年中,开始筹划苹果A系列芯片的开发。2008年,苹果从 IBM 挖角了Johny Srouji。他后来一直是苹果芯片部门的副总裁,主管每一代苹果 SoC 的设计。

同年,苹果又以2.78亿美元收购了Palo Alto 半导体 (P.A. 半导体) ,并获得了一个150人的工程团队。在当年的WWDC大会上,Steve Jobs宣布,该团队将为iPod、iPhone和其他未来的移动设备(iPad)开发定制芯片。

2010年,苹果推出了首款自研芯片A4。据EET的报道称,A4采用的是Cortex-A8架构,是苹果经由与三星、以及一间美国公司 Intrinsity 的合作最佳化了CPU架构。但是,随后三星也将这款CPU用在了自家手机上。为了避免与三星之间的竞争,在第一代 iPad 发布后 3 个月,苹果便紧急收购了 Intrinsity。这也是苹果在两年内收购的第二家芯片设计公司,至此,苹果为自家CPU打好了基础。

而后2012年,苹果以4-5亿美元收购了以色列半导体公司Anobit,目标直指领先的闪存解决方案,据悉,基于自有专利的MSP(Memory Signal Processing内存信号处理)技术,Anobit可为企业客户和移动市场提供闪存解决方案。

这种技术能提高闪存系统的速度、耐用性以及性能,并同时降低成本。同年,苹果全资收购AuntheTec。AuthenTec一跃成为全球最大的半导体指纹识别传感器供应商,苹果的TouchID使用的正是AuthenTec的技术。两年后,苹果又收购了Passif半导体,意在其所生产的低功耗通信芯片。

而后,苹果又企图在GPU上进行自主研发,据威锋网的报道显示,2013 年,苹果将一大批 AMD 图形工程师聘请到奥兰多工作,为 Marvell 和华为等供应 GPU 的图芯技术设计商 Vivante 董事 Utku Diril,也被苹果挖走。

此后,苹果又在 IBM、AMD、飞思卡尔等芯片制造商又挖来一大波图形工程师。紧接着2015 年,苹果还将 Nvidia 负责 GPU 架构的高级主管 John Tynefield 抢到手。但至今为止,苹果在GPU上还没有实现“独立”。

与高通、华为的多年“搏杀”

纵观整个手机市场,苹果和华为都使用了自己的芯片,而高通和联发科也在小米、OV等一众手机厂商的需求下,在手机芯片市场占有了一席之地。而自苹果推出了A4之后,苹果其实就已经开始了与华为和高通的竞争。从他们的产品对比当中,或许我们也能看出苹果芯片的强大。

苹果手机芯片走下神坛?

(图片:半导体行业观察,数据来源:快科技)

苹果A系列芯片的首次试水是在2010年推出的iPad上搭载的A4。乔布斯表示,这是苹果所使用过最为先进的芯片,A4是保证iPad运算速度、运行可靠性以及长达10小时电池续航时间的关键所在。

但时任Linley Group芯片分析师的林德利·格温纳普(Linley Gwennap)说:“我不觉得A4那么令人信服。A4似乎并不是全新产品,就算是,那也没太多新意。”

而从当时的分析人士对A4的评测看来,这个芯片与其他对手相比似乎也没有什么特别之处。

而后来的强劲竞争对手则在2009年推出了不太成功K3V1, 也在当年,华为的第一代商用LTE终端芯片巴龙700(也就是大家熟悉的基带)正式面世。

按照华为方面的说法,与当时的竞争对手相比,巴龙700是一个彻头彻尾的“落后”产品,但这却给华为打开了华为的基带大门,也是让华为能屹立5G之端的火种起源,这是后话了。

再看手机芯片巨头高通在当年推出的处理器则已经迈入了双核的形式。这帮助小米手机1、索尼Xperia S和诺基亚920的顺利发布,尤其是小米的一炮而红,让高通的双核处理器MSM8260和MSM8960成为了移动市场的焦点。而苹果则到次年就推出了双核处理器。

而后,正如上文Patrick Moorhead分析的那样,苹果以A系列芯片搭配其独有的iOS,收割了众多粉丝。从起初的单核发展到了如今的六核,苹果一直稳扎稳打。据相关跑分数据显示,当时苹果A10与骁龙的835的跑分相差无几,但到了A11推出以后,苹果手机芯片迈入了巅峰。

据行业人士分析,苹果性能最强,如下图所示,虽然有着类似的规格,但是A11的单核Geekbench得分是高通骁龙835的两倍。单核性能可以领先安卓手机处理器1.5代,多核心性能可以领先安卓处理器一代,优点是性能和功耗表现都很好。

苹果手机芯片走下神坛?

高通方面,高通自进入移动市场以来,曾发布了多个系列的手机处理器,分为200,400,600,800四个系列,是目前全球市场份额最大,最活跃的手机芯片厂商,从入门到高端高通都有完整的布局。上述表格主要截取的是高通骁龙8XX系列产品。

目前骁龙855是高通最高端的处理器。在目前已发布的安卓旗舰机中,多数均采用了骁龙855处理器。骁龙600和骁龙400则持续发力,依靠更好的系统兼容性,迅速侵占了中低端市场。

在华为方面,从K3V1和巴龙700的试水,到首颗SoC Kirin 920的初露锋芒。资料显示,Kirin920采用了业界当时最先进的八核架构,这也是业界第一个真八核HMP方案,这让华为Kirin 920的Benchmark跑分一举超越多家竞争对手,也助力华为mate 7引起抢购潮。

2014年,华为则发布了首款64位SoC Kirin 620;2015年,推出了业界首款使用 16nm FinFET工艺的手机SoC Kirin 950,2018年则退出全球首款嵌入NPU人工智能的手机SoC芯片,还有2019年首款过百万晶体管的SoC Kirin 990 5G。

这当中也有华为在巴龙芯片方面的并驾齐驱,还有ISiP的推进,这一步步帮助华为Kirin走上了巅峰。

相较而言,苹果就有些过于固步自封。尤其是基带的缺失,让他们面临当下的尴尬局面。

基带是命门?

我们知道,手机基带在手机中扮演很重要的角色。基带芯片的性能,将对手机的信号起到决定性的作用。而三星和华为都开发了自己的基带,同时,为了迎接5G时代的到来,这两者都早早推出了自家的5G基带,华为更是在新款Kirin 990 5G上集成了其5G基带——巴龙5000。相比之下,苹果则晚了很多步。

在2016年推出的iPhone7以前,高通一直是苹果基带芯片的供应商。但从2017年开始苹果和高通就围绕着专利纷争在全球各地进行了旷日持久的诉讼与反诉,苹果指责高通向手机厂商收取不公平的高额专利授权费用,而高通则称苹果窃取了它的专利财产。

为了制衡高通,寻找替代机会,苹果开始使用英特尔的基带芯片。但因为基带是一个要求很高的技术,英特尔的基带让苹果吃尽了苦头。同时根据业界传言,Intel在5G基带上的不给力,让苹果意兴阑珊。这就让苹果进一步意识到自己开发基带的重要性。

为了兼顾现在与未来,2019年4月,苹果和高通共同宣布已经就全球范围内的所有诉讼达成和解,苹果同意向高通支付专利授权费,并达成了未来几年向高通采购基带芯片的协议。与此同时,他们还在各地招揽基带人才,投入自研的行列。

据悉,苹果在圣地亚哥开设了一个新办公室,其规模可容纳500人,同时开始招聘芯片基带相关人才。他们甚至还接盘了英特尔基带部门的相关团队,加大力度。而作为“备胎”的英特尔,则黯然退出了手机基带的行列。

但据消息显示,业内人士透露,苹果自主研发5G基带问世,至少要等到2021年之后。甚至有消息称,由于受限于技术储备和专利授权等原因,苹果5G基带的研发进程会比外界设想的更慢,预计2025年才会上市。这就让苹果更慢人一步了。

综上所述,苹果在芯片上的创新能力着实让人惊叹,他们在上面的目光也曾让他们一往无前,但2019年是否是苹果芯片乃至iPhone的一个分水岭,这就留待后续再看了。

题图来源:Unsplash

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