蘋果的“芯”事

蘋果的“芯”事

1.“革命性”和“不可思議”,是喬布斯最喜歡的兩個詞。從摩托羅拉到IBM再到英特爾,蘋果終于制造出了“全世界運行速度最快的個人電腦”。

2.在消費電子領域,「Made in Apple」十數年來一直是“這個星球上最受歡迎”的存在,在經歷了與三星的愛恨糾葛之后,蘋果轉向「專注于專業代工」的臺積電。

3.對于素來以「高傲」示人的蘋果來說,iPhone的處理器不好用,就自己做一個,于是有了加冕多年的 Apple A系列。

4.當不可一世的科技創新「標桿」遇上橫行二十年的無線通信巨頭,他們的故事在交鋒、和解與退讓間循環往復,生生不息,直至分道揚鑣的那一天,而蘋果收購英特爾的基帶芯片業務,就是終局的開始。

近日,蘋果宣布以10億美元的價格收購英特爾手機調制解調器 芯片 的部分業務,這是蘋果公司歷史上第二大的收購交易。

作為科技界的創新標桿,這次收購對于蘋果來說意義重大,用庫克的話說就是,“這是一個機遇,可以加快未來產品的研發,并擁有和控制產品背后的‘核心技術’。”

一路行來,蘋果先拋摩托再舍英特爾,三星、 高通 分權制衡,他們制造出了“全世界運行速度最快的個人電腦”,自研的A系列處理器也已加冕多年。如今,素來以「高傲」示人的蘋果,終于向他們垂涎已久的 基帶 芯片領域,亮出了獠牙……

以下為文章正文:

在資本追逐利潤最大化的年代,沒有永遠的朋友,也沒有永遠的敵人。

一切只向利益看齊。

如果我們對iPhone進行拆解分析,會發現它的硬件成本最為昂貴的部分來自于屏幕組件,將近整機硬件成本的五分之一。緊隨其后的,是蘋果自研的A系列處理器搭載高通或是英特爾的基帶調制解調器,以及來自日韓的內部閃存芯片,這二者又劃去了30%左右的硬件成本。

這里提到的屏幕組件和內部閃存芯片,最大的賣家是近來焦頭爛額的三星。至于英特爾,我們恐怕再也沒有機會在iPhone的供應鏈中找到它的身影,因為它已經把自己的手機基帶芯片業務以10億美元的價格打包賣給了蘋果,包括業務線上的2200名英特爾員工。

我們都知道,除去硬件成本,一部智能手機的最終定價還要算上研發、軟件、組裝、廣告和分銷等一系列成本。得益于完整的“生態閉環”,iPhone一直都是業界最能打的「印鈔機」:在巔峰時期,iPhone售價的每1美元都貢獻了74美分的利潤;過去幾年,它依然保持著60美分打底的業績。

數據來源:Tech Insights,The Information制圖

不過分看重市場份額、不深度參與硬件制造,這就是蘋果。

正如投行Canaccord Genuity所說的那樣,“即便iPhone僅占業內出貨量的20%不到,它還是攫取了行業內87%的利潤。”

iPhone越賣越貴,2017年上市的iPhone X讓蘋果首次將智能手機的價格打上1000美元,可它并未得到相應的回報,利潤率不增反降。究其原因,是全球科技行業的產業鏈整合完成之后,擺在蘋果面前的可選項著實不多了:大規模的OLED屏幕和閃存芯片只能從三星處購買,基帶調制解調器高通一家獨大……

于是三星可以在一月之內將4Gb DDR4存儲芯片的協議價推高18%,高通向蘋果收取的費用比其他所有iPhone授權商的費用總和還要多。

庫克在一次同高通的專利訴訟庭審中說道,“高通的授權做法——從iPhone的大部分售價中抽取5%的份額——完全是錯誤的,這讓芯片制造商得以從蘋果在顯示和攝像技術方面的創新,以及軟件服務的溢價中獲利。”

蘋果由此卷入了一場由上游供應商發起的硬件戰爭。

緣起

這不是蘋果第一次面臨「缺芯」的困擾。

“革命性”和“不可思議”,是喬布斯最喜歡的兩個詞。

“蘋果電腦將在未來12個月內使用運行速度高達3GHz的處理器芯片。”這是2003年6月PowerMac G5剛剛問世時,喬布斯在WWDC(蘋果全球開發者大會)上向全球“果粉”許下的承諾,他甚至在廣告中驕傲地宣稱,“PowerMac G5是全世界運行速度最快的個人電腦。”

可更快的運行速度必然需要配備更強勁的芯片。當時IBM為G5提供的PowerPC 970處理器已經是率先進入個人電腦領域的64位芯片,其處理數據的速度和效率遠遠優于普通的32位PC芯片,但G5芯片是在130nm制程的制造工藝下,1.8GHz左右的運行頻率已是極限。

要想獲得喬布斯承諾的3GHz的運行速度,就必須在單位面積的 晶圓 上集成更多數量的晶體管,這正是業界讓爭先恐后的90nm制造工藝。

然而在向90nm制造工藝過渡的時期,各大芯片制造商都不約而同的遇到了麻煩,「藍色巨人」也不例外。2004年第一季度,IBM在紐約州東費西基爾投資近30億美元建立的晶圓廠出現了1.5億美元的虧損。

身形龐大的「藍色巨人」當然不會把這樣的小問題放在心上,但作為蘋果公司最重要的芯片供應商,蘋果要面臨的境地就相當尷尬了:IBM的晶圓廠生產出現問題,采用90nm制程的G5芯片遲遲不能交貨,那計劃在夏季推出的PowerMac G5怎么辦?

事實上,IBM這款PowerPC 970FX芯片不僅打亂了蘋果高端PowerMac產品線的生產計劃,還影響了蘋果在服務器領域的發展:原定于當年2月出貨的基于IBM90nm制程G5芯片的Xserve G5服務器上市時間被推遲了一個月,最終在3月末才面市。

話分兩頭,英特爾的情況要稍好一些。它同期推出了四款采用90nm工藝批量生產的奔騰4處理器Prescott,隨后推出的迅馳平臺奔騰M處理器Dothan以及新型的賽揚處理器也都采用了90nm工藝生產。

如果說芯片供貨不足的生產困境是蘋果公司的「阿喀琉斯之踵」,那英特爾發言人Chuck Mulloy一句“從130nm到90nm的量產還只是一些技術領先者的小規模嘗試,只不過,蘋果的運氣有些不濟”,無疑引爆了喬布斯作為完美主義者的暴君基因。

要知道,彼時的蘋果在市場上的影響力遠不如現在。在核心處理器領域,蘋果公司一開始為Mac選定的合作伙伴,是由部分離開摩托羅拉的工程人員成立的MOS科技公司,后來,由于MOS科技在研發上的滯后,蘋果開始尋找新的目標。

在這一過程中,蘋果公司的前任CEO約翰·斯卡利花了大力氣。在他的協調下,1991年7月30日,IBM、摩托羅拉和蘋果公司成立了PowerPC聯盟,共同研發和生產了PowerPC系列處理器。

為了對抗英特爾第五代x86架構的微處理器在市場上的壓倒性優勢,三家對Power結構做了改動以實現更高的執行效率,包括消除故障、增加原先缺少的關鍵技術特色、去除某些指令,以及放寬技術條件。

協同效應一開始帶來的技術突破堪稱指數級。由摩托羅拉生產的MPC620是第一個真正采用64位地址總線的PowerPC微處理器,在性能指標上已經大大優于同期的奔騰處理器。

雙方的合作一直持續到PowerPC 750系列處理器問世,這是第一款銅導線處理器,蘋果公司用它生產了有著米灰色機箱的PowerMac G3,但它很快就被G4取代。此時的IBM只是把PowerPC處理器的重點放在了服務器上,于是所有的G4處理器都由摩托羅拉一手包辦。

但這一時期的摩托羅拉就像一個沒落的貴族,已經日薄西山。一面是摩托羅拉在G4處理器的研發和制造工藝上進展緩慢,另一面是英特爾和AMD主頻大戰促使PC的主頻突飛猛進。而Mac,自1999年來的三年間就一直在主頻上落后于PC,期間蘋果甚至鬧出由于高端處理器供貨不足而將搭載低端處理器的主機以高端價格發售的尷尬事件。

2002年,IBM發布的32位的PowerPC 750FX震驚業界,因為它是第一款達到1GHz主頻的處理器。于是到了G5時代,蘋果毫不猶豫地拋棄摩托羅拉轉向IBM,此時的Mac終于可以光明正大地打出“世界上運行速度最快的個人電腦”這一口號了。

他們之間的這段聯姻并不長久。對于向來以“趕上并超越PC”為己任的蘋果公司來說,英特爾采用90nm制造工藝量產的芯片,足以讓他們眼紅不已。

很快,市場上開始傳出“蘋果將牽手英特爾”的消息,但分析師們顯然有自己的判斷,諸如IBM在90nm工藝方面并未落后多少、向英特爾的芯片移植蘋果操作系統和應用軟件存在困難,以及喬布斯最為厭惡的,移植后蘋果可能面臨被其他廠商“克隆”的風險。

科技賦予時代最大的變化在于,這個時代越來越充滿不確定性。當喬布斯在2005年的WWDC上當著數千程序員的面將英特爾的前CEO保羅·歐德寧請上臺并與他緊緊擁抱時,蘋果公司和英特爾長達十余年的合作,正式開始了。

隨著合作的開始,蘋果的筆記本電腦從PowerBook,正式改名為我們所熟知的MacBook。

失語

蘋果和英特爾的聯姻,一開始是相當愉快的。

雙方當年簽署的排他性協議使得英特爾成為蘋果電腦的獨家處理器供應商,這不僅淘汰了蘋果電腦一直使用的PowerPC系列處理器,還將其他廠商擋在門外。面對自己給IBM帶來的巨大打擊,蘋果不但沒有作出任何終結歷史的表示,反倒毫不留情地挖走了對方的實力派人物普馬斯特。

在這里需要補充的一點是,英特爾對蘋果電腦在全球還不到3%的市占率興趣不大,其主要目的是,希望通過蘋果公司在電子消費產品的市場站穩腳跟,因為iPod可是“這個星球上最受歡迎的數字音樂播放器”啊。

可惜并未如愿。兩年之后,蘋果自己革了自己的命,從iPod到iPhone。

喬布斯手持初代iPhone

用喬布斯的話來說,“這是我們做過的最好的東西。”

在07年1月的舊金山Macworld大會上,喬幫主的開場依舊是自己慣用的夸張言辭:“每隔一段時間,就會出現一個能夠改變一切的革命性產品。”他舉出了兩個較早的例子,改變了整個計算機行業”的麥金塔,以及“改變了整個音樂產業”的iPod。

接著,他引出了自己即將推出的新產品:“第一個是寬屏觸控式iPod,第二個是一款革命性的手機,第三個是突破性的互聯網通信設備。”最重要的是,“這不是三臺獨立的設備,而是一臺設備,我們稱它為iPhone。”

5個月后,iPhone上市銷售。當喬布斯和妻子前往位于帕洛奧圖的蘋果專賣店時,人們跟他打招呼,興奮得就像他們碰到摩西去買《圣經》一樣。

這中間有一段小插曲是,iPhone的芯片訂單并未花落老搭檔英特爾之手,他們相中的,是「半導體領域的新王」——三星。

原因直白到近乎殘忍。正如分析師指出的那樣,“英特爾在移動互聯市場一直糾結,不想讓平板電腦市場沖擊了自己占有核心地位的筆記本電腦芯片市場。更何況,在平板電腦、手機等移動互聯終端領域,英特爾的芯片在功耗等方面的實力仍差強人意。”

兩家一拍即合,迅速成立了一個專門生產所謂「邏輯芯片」的業務部門,計劃聯手為iPhone打造一款合適的芯片。

在劃時代的iPhone 4發布之前,蘋果每一代iPhone產品使用的都是第三方處理器,以iPhone 3GS的Samsung S5PC100處理器為例,它使用的是ARM Cortex-A8架構。直到2010年,蘋果推出了自主研發的處理器A4,這是蘋果首次在iPhone上使用A系列處理器。

這款由蘋果自研的處理器基于ARM架構,同三星自行研發的S5PC110芯片相比,去除了一些接口部件,并將L2 Cache由S5PC110的512KB擴大為640KB,在同等頻率下其性能應略好于S5PC110。

蘋果依靠三星穩定的產能和精湛的代工技藝實現產品按時發貨,作為回報,三星每年有7.6%的營收來自于蘋果。

好景不長,蘋果與三星的關系在經歷了短暫的蜜月期之后迅速轉冷。也許是雙方的關系過從甚密,也許是iPhone的暴利讓三星沒法不動心,他們有了“竊取”蘋果技術的念頭。在后來披露的一份三星內部報告中,他們的產品設計師寫道:“只要Galaxy手機更像iPhone,它就會變得更好。”

于是我們看到,三星的第一代Galaxy手機與iPhone驚人的相似。考慮到與三星有著重要的合作關系,蘋果向三星提出授權專利組合的解決方案,即以30美元每部手機、40美元每部平板的價格授權其專利組合,如果三星愿意拿出自己的專利組合進行交叉授權,蘋果還可以給三星20%的折扣。

三星還是拒絕了。

沒辦法,專利訴訟遙遙無期,合作卻還要繼續,但蘋果已經做好尋找一個新的合伙人的打算了。

“蘋果的訂單決定諸多上游供應鏈企業的枯榮,能否拿下他們深刻影響著供應商們的命運。”這是當時業界的共識。

巔峰時期的蘋果公司,通過訂單分配掌握著對供應鏈絕對的話語權。2012年5月,有媒體報道稱,蘋果近期向日本爾必達廣島工廠下達大筆DRAM芯片訂單,占蘋果芯片需求的三成。消息一出,三星電子的股價應聲暴跌6%,市值縮水100億美元。

從技術上講,爾必達的DRAM是唯一可與三星產品相媲美的,壞就壞在彼時的爾必達正在滑向破產的深淵。好在最后將爾必達收入囊中的,是美光而非三星或海力士。

在內存領域,隨著三星取代英特爾成為全球最大的芯片制造商,蘋果選擇的余地,已經越來越小了。

破局

當時的情況在不斷發生變化。

根據市場研究公司iSuppli數據顯示,2012年,三星壟斷了iPad核心配件處理器、NAND閃存以及DRAM內存的供應,再加上三星作為iPad屏幕組件的重要供應商之一,三星在iPad的配件成本中獨占36%的份額。

這對素來以對供應鏈的強勢把控著稱的庫克來說,幾乎是不可忍受的。

此時,作為晶圓代工模式的創始人, 張忠謀 成為蘋果新的選擇。打動庫克的,是張忠謀向所有IC設計企業作出的承諾:臺積電永遠不會突破制造與封測的邊界。

正如商業管理界公認的“競爭戰略之父”邁克爾·波特所說的那樣,“張忠謀不是創辦了一家企業,而是創造并成就了兩大產業:專業的半導體制造代工產業與專業的半導體設計產業。”

作為專業的晶圓代工廠商,臺積電的產品良率較IDM(Integrated Design Manufacturing,從前端的設計到中間的制造再到后端的芯片封測,均由一個企業獨立完成)企業不僅沒有絲毫遜色,成本也只有對方的一半。

于是從A6芯片開始,市場上開始出現臺積電與蘋果合作的相關細節報道,傳得有鼻子有眼,只是臨了,我們看到蘋果的A系列SoC,照舊由三星電子代工生產。

在此期間,蘋果公司自研的A系列SoC完成了從32bit到64bit的跨越,芯片的架構也從ARM發布的公版微架構轉向了自研的Swift架構。

這是劃時代的CPU,Apple A7作為業界第一款64位桌面級架構處理器,CPU和GPU的效能都是Apple A6的兩倍。

它不僅是蘋果公司邁出的一大步,更是整個移動處理器產業的巨大飛躍。自此,移動計算和傳統桌面計算的界限開始模糊,蘋果甚至表示新的GPU性能是初代iPhone的56倍,幾乎達到和游戲主機相媲美的程度,即是PS3和Xbox 360。

通常我們認為,IDM的制程通常領先晶圓代工一到兩個世代(一個世代約等于20年)。因此,當英特爾做45nm制程時,臺積電還停留在90nm。

這一切都在45nm的量產過程中終結。從45nm開始,臺積電采取超前半步的策略,當英特爾做45nm時,臺積電就做40nm,英特爾做32nm,臺積電則做28nm。

此時的臺積電,在晶圓代工領域,完全具備了和三星電子同臺競技的實力。在與三星競爭Apple A8訂單的過程中,臺積電以28nm的制程將32nm制程的三星從iPhone 6的核心處理器中趕了出去,按照蘋果公司的說法,它比上代Apple A7在CPU性能和繪圖性能方面提高了25%,能源效益則提高了50%。

如法炮制。臺積電接著以16nm制程驅逐了三星對iPhone 7的覬覦,之后又以10nm制程拿下了iPhone 8以及iPhone X的全部訂單,而在iPhone Xs中,臺積電為蘋果準備的,是7nm制程的生產工藝。

不同于以往的刻板印象,臺積電的市場打法,除了強大的資本擴張所形成的對接能力外,技術上的不斷創新才是臺積電的看家本領。制程技術升級的背后是臺積電研發支出的迅猛增長,10年前,臺積電的研發投入不足6.7億美元,如今卻擴張到了28.5億美元。更不為人知的一點是,市場研究公司IC Insights的數據表明,2017年,臺積電是全球所有IC廠商中研發支出增幅最大的企業。

作為代工企業,臺積電手握客戶信息以及IDM廠家的技術專利,「增強客戶信任度」是張忠謀奉為圭臬的價值理念,即數年如一日地專注于專業代工。正因如此,臺積電不僅贏得了蘋果的信任,在業界最為普遍的28nm制程中,全球前20大IDM與IC廠商都和臺積電存在合作關系。

這是屬于張忠謀的商業傳奇,它是全球最能賺錢的華人科技公司,也是全球最大的集成電路制造服務商。

臺積電和蘋果的合作各取所需,倒有幾分珠聯璧合的意味在其中。

狼煙

2005年,蘋果的供應鏈主管托尼·布萊文斯與高通公司聯系,希望后者為第一代iPhone提供調制解調器芯片。

不同于大部分手機零部件供應商,高通的回應異常高冷:它直接給蘋果發了一封信函,要求他們在高通考慮供應芯片之前先簽署專利授權協議。

簡單介紹一下高通公司的業務構成和產業地位。在過去的30年間,高通投入了超過440億美元的研發資金,獨占了3000多項CDMA專利,占CDMA專利總數的27%,在全球CMDA市場的份額超過90%。一言以蔽之,只要有IC廠商設計支持CDMA制式的基帶芯片,就不得不向高通申請授權并繳納專利許可費,否則便是侵犯知識產權。

為了解決專利費收取的難題,高通公司利用強大的技術實力創立了自己的基帶芯片設計和制造業務,并通過拒絕向其他芯片制造商授予專利許可協議的手段,迫使德州儀器、博通、飛思卡爾這樣的傳統老牌IC廠商都退出基帶芯片業務。

在獲得了基帶芯片市場的寡頭地位之后,高通開始在“標準必要專利的許可者”和“中高端基帶芯片的提供者”這兩種角色之間來回切換,將自己的基帶芯片業務同專利許可業務相捆綁,并按照整機價格的5%收取專利許可費。

高通的野心遠不止于此。它開始在許可合同中增添“免費反向許可”條款,一言以蔽之,就是設備商A在繳費獲取高通專利許可的同時,必須將自己的專利免費反向許可給高通。隨著高通芯片的銷售,他們握在手里的專利越來越多,對手機廠商而言,買了高通的基帶芯片相當于一舉解決了大部分專利授權困擾。

于是,高通獲得了它最重要的身份——產業專利秩序的安排者。

蘋果當然不可能同意這樣的霸王條款,它轉而選擇了體量較小、對蘋果依賴度高的 英飛凌 作為前三代iPhone的基帶供應商。

可英飛凌的3G平臺開發進展緩慢,iPhone前三代都存在信號弱的問題。到了劃時代的iPhone 4推出的時候,喬布斯把天線在手機外面整整包了一圈來提高信號強度,結果就是蘋果史上的污點事件“天線門”橫空出世。

正因如此,英飛凌丟掉了iPhone基帶芯片的獨家供貨權,雖然它仍是WCDMA版的主要供應商,但高通已經作為CDMA2000版的基帶提供者加入進來。兩廂對比之下,蘋果根本沒得選。

2010年,英飛凌把無法盈利的無線部門以14億美金的價格賣給了英特爾。據國外媒體報道,英特爾的前任CEO保羅·歐德寧曾公開表示,“喬布斯對英特爾收購英飛凌無線業務很高興。”

沒人知道他高興什么,因為不久之后英飛凌就丟掉了蘋果這個最大的客戶。蘋果以每臺手機7.5美元的價格向高通繳納專利許可費,這還是蘋果向高通允諾讓高通“獨家提供基帶芯片”后的“折扣價”,否則就是每臺設備12-20美元的價格。

圖片來源:雷鋒網,《iPhone XS選用英特爾基帶的原因,蘋果和高通的說法相互矛盾》

直到2016年,蘋果提出“雙供應商”策略——向英特爾拋出了橄欖枝。在美版的iPhone 7中,采用的基帶芯片全部為英特爾提供,不過由于它并不支持CDMA制式,所以英特爾的XMM7360在iPhone 7的基帶芯片中的訂單份額并未超過三成,高通仍占大頭。

緊接著,蘋果在2017年停止向高通支付專利使用費,改為代工廠商先向高通支付授權費再由蘋果再報銷,并在全球范圍內向高通發起了多場專利戰和反壟斷官司。

蘋果指責高通在基帶芯片領域和專利許可領域存在重復收費嫌疑,高通就反訴蘋果“竊取”其無線技術幫助英特爾的基帶芯片研發,雙方你來我往,看上去打個十年八年不成問題。

可惜英特爾實在太不“給力”。2015年,英特爾收購了威盛旗下威睿電通的CDMA專利,終于解決了CDMA專利問題,可當蘋果開始混用英特爾的基帶以來,關于iPhone“信號差”的質疑聲就從未消失,市場上甚至一度出現“蘋果為了統一用戶體驗故意限制高通基帶性能”的傳聞。

直到iPhone XS系列全部采用了英特爾基帶芯片,英特爾的問題終于完全暴露在陽光之下。更為致命的是,在5G移動戰爭將要打響的前夜,英特爾5G調制解調器的發布時間,卻一推再推。

蘋果終于對這個合作了十余年的盟友失去了耐心。

2019年4月1日,蘋果與高通達成了一份為期六年的技術許可協議,包括蘋果向高通支付一筆未披露金額的款項、一份芯片組供應協議,以及一個延期兩年的選項。

這不是蘋果第一次向現實低頭,可讓信奉“把雞蛋放在不同籃子里”的蘋果公司臣服于此,也絕不可能。

在庫克治下,iOS的封閉生態邏輯正在向iPhone的硬件領域延伸。

2019年2月,美國科技媒體Axios援引開發人員和英特爾官方消息稱,預計最早明年Mac產品線就會從英特爾處理器轉向自研,項目代號“卡拉”。7月,蘋果宣布以10億美元的價格收購英特爾的基帶芯片業務。

“蘋果的目標是將所有iPhone核心部件都由自己生產。”這不是庫克第一次這么說,也不會是最后一次,一如十年前P.A.Semi,一如現如今的Dialog。

可這一次,蘋果還能喊出那句讓全世界為之驚艷的“再一次,改變一切”的宣言嗎,這恐怕是縈繞在所有人心頭的疑問。


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