12 月 27 日消息，近日 CNBC 探訪了蘋果芯片實驗室，蘋果硬件技術資深副總裁 Johny Srouji 和硬件工程資深副總裁 John Ternus 接受了采訪，介紹了蘋果自研芯片的很多内幕。
縱觀蘋果發展曆史，自 2010 年蘋果在 iPhone 4 中首次采用了自研的 A 系列處理器，到現在蘋果已經成功推出了一系列的自研芯片。比如面向 iPhone 的 /iPad 産品的 A 系列移動處理器、面向無線音頻設備（AirPods）的 W 和 H 系列芯片、面向定位的需求的 U 系列芯片、面向 Mac 産品的 M 系列芯片、面向 XR 設備的 R 系列芯片。值得一提的是，截至今年，所有新款 Mac 電腦均采用蘋果自研的 M 系列芯片，結束了該公司 15 多年來對英特爾的依賴。
負責硬件工程的 Ternus 表示：" 在過去 20 年裏我們的産品中，蘋果公司最深刻的變化之一，就是我們現在在内部開發的這些自研芯片技術。"
但是這一變化也讓蘋果面臨了一系列新的風險。因爲，蘋果的自研芯片都是由同一家供應商——台積電制造。
今年 11 月，CNBC 參觀了蘋果位于加利福尼亞州庫比蒂諾的園區，這是第一批獲準在該公司芯片實驗室内進行拍攝的媒體。蘋果芯片部門負責人 Srouji 也接受采訪，讨論該公司進軍定制半導體開發這一複雜業務的情況，亞馬遜、谷歌、微軟和特斯拉等廠商的自研芯片也依賴于外部的供應商來定制芯片。
" 我們有數千名工程師，"Ternus 說：" 但如果你看看我們的芯片組合：實際上非常精簡。效率很高。"
與傳統的芯片廠商不同，蘋果的自研芯片并不對外銷售。" 正因爲我們并不對外銷售芯片，所以我們專注于産品。"Srouji 說：" 這使我們能夠自由地進行優化，而可擴展的架構使我們能夠在不同産品之間重複使用各個部分。"
蘋果的自研芯片之路
Srouji 于 2008 年加入蘋果，領導着一個由 40 或 50 名工程師組成的小團隊，爲 iPhone 設計定制芯片。他加入一個月後，蘋果以 2.78 億美元收購了 PA Semiconductor，這是一家擁有 150 名員工的芯片初創公司。
Creative Strategies 首席執行官兼首席分析師 Ben Bajarin 表示：" 蘋果将開始研發自己的芯片，這是他們收購 PA Semi 後的直接收獲。憑借其‘固有的設計重點’，蘋果希望‘控制盡可能多的堆棧’。"
收購 PA Semi 兩年後，蘋果在 iPhone 4 和初代 iPad 中推出了首款定制芯片蘋果 A4 。
" 我們構建了統一内存架構，該架構可跨産品擴展，"Srouji 說。" 我們構建了一個從 iPhone 開始的架構，然後我們将其擴展到 iPad，然後擴展到手表，最終擴展到 Mac。"
△蘋果硬件技術資深副總裁 Johny Srouji
蘋果的芯片團隊已發展到數千名工程師，在世界各地的實驗室工作，包括美國、以色列、德國、奧地利、英國和日本。在美國，蘋果公司在矽谷、聖地亞哥和德克薩斯州奧斯汀都設有研發機構。
蘋果正在開發的主要芯片類型被稱爲片上系統（SoC）。Ben Bajarin 解釋說，它将中央處理單元 ( CPU ) 、圖形處理單元 ( GPU ) 和其他組件結合在一起，有些其中還一個 " 運行神經引擎 " 的神經處理單元 ( NPU ) 。
蘋果的首款 SoC 是面向 iPhone 等移動産品的 A 系列芯片，從 2010 年的 A4 到今年 9 月已經進階到了 A17 Pro，這業界首款 3nm 芯片。它是 iPhone 以及部分 iPad、Apple TV 和 HomePod 中的處理器。蘋果的另一個主要 SoC 是 2020 年首次發布的面向 Mac 産品線的 M 系列，今年 10 月底已經叠代到了最新的 M3 系列處理器，這也是業界首款采用 3nm 工藝制造的個人計算機芯片，包括 M3、M3 Pro 和 M3 Max。
值得注意的是，在 2015 年，蘋果還推出了 S 系列芯片，這是一款面向 Apple Watch 的芯片，采用較小的系統級封裝 ( SiP ) 。之後推出的 AirPods 中也使用了自研的 H 系列和 W 系列芯片。此外，蘋果還有針對蘋果設備之間進行通信的 U 系列的 UWB 芯片。蘋果最新的 Vision Pro 産品當中也配備了蘋果自研的 R1 芯片，該芯片可處理來自設備攝像頭、傳感器和麥克風的輸入，還可在 12 毫秒内将圖像傳輸到顯示器。
" 我們可以提前設計芯片，"Srouji 說。他補充說，他的員工與 Ternus 的團隊合作，" 準确無誤地設計針對這些産品的芯片，而且隻針對這些産品。"
例如，第二代 AirPods Pro 内的 H2 可以實現更好的降噪效果。在新款 Apple Watch Series 9 中，S9 提供了雙擊等不尋常的功能。在 iPhone 中，2017 年的 A11 Bionic 配備了第一個 Apple Neural Engine，這是 SoC 當中的人工智能（AI）任務專用内核，用于在設備上執行 AI 任務。
今年 9 月，蘋果在 iPhone 15 Pro 和 Pro Max 中發布了最新 A17 Pro，實現了計算攝影和遊戲高級渲染等功能的重大飛躍。
iPhone 營銷負責人 Kaiann Drance 表示：" 這實際上是 GPU 架構和蘋果芯片曆史上最大的重新設計。" " 我們首次擁有硬件加速的光線追蹤功能，還擁有網格着色加速，這使遊戲開發人員能夠創建一些真正令人驚歎的視覺效果。"
這将推動 Ubisoft 的《刺客信條：幻影》、《全境封鎖》和 Capcom 的《生化危機 4》等 iPhone 原生版本的開發。
蘋果表示，A17 Pro 是首款大批量出貨的 3nm 芯片。
" 我們使用 3nm 工藝的原因是它使我們能夠在給定尺寸内封裝更多晶體管。這對于産品和更高的能效非常重要，"Srouji 說。" 盡管我們不是一家芯片公司，但我們引領行業是有原因的。"
取代 Mac 中的英特爾芯片
蘋果公司在今年 10 月份發布了用于 Mac 電腦的 M3 系列芯片，采用的也是台積電 3nm 工藝。蘋果表示，M3 具有 22 小時電池續航時間等功能，并且與 A17 Pro 類似，還提高了圖形性能。
" 現在還爲時過早，" 在蘋果工作了 22 年的 Ternus 說。" 我們還有很多工作要做，但我認爲現在 Mac 數量太多了，幾乎所有 Mac 都能夠運行 3A 遊戲，這與五年前不同。"
△蘋果硬件工程資深副總裁 John Ternus
Srouji 說，當最開始研發産品的時候，" 我們傾向于使用其他公司的技術，并且我們也在圍繞該技術有效地構建産品。盡管注重美觀的設計，我們還是受到了很多的限制。"
蘋果在 2020 年開始逐步放棄使用英特爾的 PC 處理器，轉而在 MacBook Air 和其他 Mac 中使用自研的 M 系列芯片，這是半導體行業的一項重大轉變。
△蘋果 M3 芯片
" 這幾乎就像物理定律發生了變化，"Ternus 說。" 突然之間，我們可以打造出一款極其輕薄、無風扇、電池續航時間長達 18 小時的 MacBook Air，并且性能優于我們當時剛剛發貨的基于英特爾芯片的 MacBook Pro。"
Ternus 表示，配備蘋果最先進的 M3 Max 芯片的最新款 MacBook Pro，" 比我們兩年前生産的基于最快的英特爾芯片的 MacBook Pro 快 11 倍。"
英特爾處理器基于 x86 架構，這是傳統 PC 制造商的選擇，很多軟件都是基于英特爾 X86 處理器架構開發。而蘋果公司的 M 系列處理器基于 Arm 架構，該架構以消耗更少的電量并有助于延長筆記本電腦電池的續航而聞名。
蘋果 2020 年推出的基于 Arm 架構的 M1 處理器在市場上的成功，證明了 Arm 架構處理器在 PC 市場的競争力。值得一提的是，今年 9 月，蘋果将其與 Arm 的協議至少延長至 2040 年。
13 年前，當蘋果第一款自研的定制芯片問世時，蘋果公司作爲一家試圖在競争激烈、成本高昂的半導體市場上生産自己産品所需芯片的公司，顯得不同尋常。從那時起，亞馬遜、谷歌、微軟和特斯拉都嘗試了定制芯片。
伯恩斯坦研究公司 ( Bernstein Research ) 董事總經理兼高級分析師史黛西 · 拉斯貢 ( Stacy Rasgon ) 表示：" 蘋果可以說是開拓者。" " 他們表明，如果你這樣做，你就可以嘗試讓你的産品脫穎而出。"
調制解調器很難
雖然蘋果在很多芯片的自研上獲得了成功，但是手機通信所需的調制解調器（基帶芯片）仍是該公司尚未成功攻克的一大組件。
" 處理器非常好。他們的困境在于調制解調器方面，即手機的無線電方面，" 拉斯貢說。" 調制解調器很難。"
目前蘋果公司的調制解調器依賴高通公司供應，盡管兩家公司在 2019 年解決了爲期兩年的知識産權法律糾紛之後，蘋果以 10 億美元收購了英特爾 5G 調制解調器業務的大部分股份，此舉似乎正是爲了開發自家的蜂窩調制解調器。但到目前爲止，蘋果自研的調制解調器仍未獲得成功。今年 9 月，蘋果與高通續簽了供應協議，在 2026 年之前，高通仍将向蘋果供應其調制解調器。
" 高通仍然制造世界上最好的調制解調器，"Ben Bajarin 說。" 在蘋果公司能夠做到同樣出色的工作之前，我很難看到他們完全做到這一點。"
蘋果公司的 Srouji 表示，他無法對 " 未來的技術和産品 " 發表評論，但表示 " 我們關心蜂窩網絡，我們有團隊支持這一點。"
據報道，蘋果公司還在 開發 自己的 Wi-Fi 和藍牙芯片。目前，它 與博通就無線組件達成了一項價值數十億美元的新協議 。蘋果依賴三星和美光等第三方提供存儲芯片。
當被問及蘋果是否會嘗試設計其所需芯片的每個部分時， Srouji 說：" 我們的願望是，希望打造世界上最好的産品。作爲一個技術團隊（本例中還包括芯片），我們希望打造最好的技術來實現這一願景。"
Srouji 表示，爲了實現這一目标，蘋果仍将會 " 購買一些現成的産品 "，如果這意味着團隊可以專注于 " 真正重要的事情 "。
無論蘋果最終設計了多少芯片，它仍然需要在外部制造芯片。因爲蘋果的芯片現在都是得由台積電來進行制造，全球有 90% 以上的先進制程芯片是由台積電所生産，這使得蘋果産品很容易因爲地緣政治的威脅而受到影響。
當記者詢問到，如果台海局勢緊張，那麽蘋果的 B 計劃會是什麽？對此，Srouji 回應稱，" 沒有其他好的選擇了，你可能會說三星也很有競争力，或是英特爾也跻身在此一領域中。但話說回來，我們認爲現在都還不是考慮這些的時候，一切芯片都制造都還是仰賴台積電。"
不過，現在蘋果也希望至少部分台積電産能可以轉移到美國，台積電實際上也已在美國亞利桑那州建設晶圓廠，預計将于 2025 年量産，蘋果或将是台積電美國晶圓廠的首批客戶。Srouji 表示，蘋果一直希望擁有多元化的供應，亞洲、歐洲、美國，這就是爲什麽我認爲台積電在亞利桑那州建廠很棒。
值得注意的是，蘋果不久前宣布将成爲半導體封裝大廠投資 20 億美元在亞利桑那州建設的半導體封測廠的第一個也是最大客戶。
尋找人才
另一個擔憂是美國熟練芯片勞動力的短缺，美國幾十年來都沒有建造先進的晶圓廠。台積電表示，由于缺乏熟練工人，其亞利桑那晶圓廠的量産時間現已推遲至 2025 年。
無論是否與人才短缺有關，蘋果新芯片的發布速度都在放緩。
" 幾代人花費的時間越來越長，因爲他們變得越來越難，"Srouji 說。" 而且封裝更多并獲得電源效率的能力也與 10 年前不同。"
Srouji 重申了他的觀點，即蘋果在這方面具有優勢，因爲 " 我們不需要擔心我們的芯片将發送到哪裏，我們要如何瞄準更大的客戶群？"
盡管如此，蘋果的行動還是凸顯了市場的激烈競争。2019 年，蘋果芯片架構師傑拉德 · 威廉姆斯 ( Gerard Williams ) 離職，領導了一家名爲 Nuvia 的數據中心芯片初創公司，并走了一些蘋果工程師。蘋果公司因知識産權問題起訴了威廉姆斯，但今年已經撤銷了此案。高通于 2021 年收購了 Nuvia，此舉是爲了與蘋果等基于 Arm 的 PC 處理器供應商展開競争。
" 我不能真正讨論法律問題，但我們真正關心知識産權保護，"Srouji 說。" 當某些人因爲某些原因離開時，那是他們的選擇。"
蘋果的核心業務面臨着額外的宏觀挑戰，因爲智能手機銷量剛剛從多年來的最低水平恢複。
然而，對人工智能工作負載的需求正在導緻芯片訂單激增，尤其是 Nvidia 等公司生産的 GPU 由于 ChatGPT 和其他生成式 AI 服務的流行，該公司的股價今年上漲了 200% 以上。
谷歌自 2016 年起就爲 AI 設計了張量處理單元。亞馬遜網絡服務自 2018 年起就有了自己的數據中心 AI 芯片。微軟也于 11 月發布了新的 AI 芯片。
Srouji 表示，他的蘋果團隊自 2017 年在 A11 仿生芯片中推出機器學習引擎 Apple Neural Engine 以來，就一直緻力于開發該引擎。他還指出，其 CPU 中嵌入了機器學習加速器，并且 " 高度優化的 GPU" 用于機器學習。"
蘋果的神經引擎爲 Face ID 和 Animojis 等所謂的 " 設備上機器學習功能 " 提供支持。
今年 7 月份，美國媒體報道稱，蘋果公司構建了自己的大型語言模型（稱爲 Ajax）和聊天機器人（稱爲 Apple GPT）。蘋果發言人拒絕證實或否認該報道的準确性。
自 2015 年以來，蘋果還收購了超過 24 家人工智能公司。
當被問及蘋果在人工智能領域是否落後時，Srouji 說：" 我不相信我們會落後。"
Ben Bajarin 則更加持懷疑态度。
在談到蘋果在人工智能領域的地位時，Ben Bajarin 表示：" 這在蘋果去年的芯片上是可行的，在今年的 M3 芯片上甚至更強大。" " 但軟件必須趕上這一點，這樣開發人員才能利用這一優勢，在 Apple Silicon 上編寫明天的人工智能軟件。"
他預計蘋果很快會有改進。" 從第一天起，蘋果就有機會真正做到這一點，"Ben Bajarin 說：" 但我認爲每個人都預計它會在來年出現。"
編輯：芯智訊 - 浪客劍
