智東西(公衆号:zhidxcom)
作者 | 雲鵬
編輯 | 心緣
最近國内安卓陣營迎來了一波接一波的新機發布熱潮,而在各家發布會上,蘋果 A17 Pro 着實成了 " 常客 ",隻不過這個常客,是被各路安卓手機芯片在性能測試中趕超的對象。
是的,今天的安卓手機芯片,已經在性能和能效上雙雙反超蘋果了。這種 " 委屈 ",恐怕之前的蘋果芯片都沒受過。
相比高通、聯發科手機芯片近年來的高歌猛進,蘋果近兩代芯片的性能提升似乎有些 " 擠牙膏 "。
在一些業内人士來看,在這場安卓芯對蘋果芯的逆襲中,蘋果 " 跑的慢了 " 占了更主要因素。即使一開始差距很大,但如果對手用跑的,蘋果用走的,被追上必然是遲早的事了。
前不久陸續登場的兩大安卓芯王——高通骁龍 8 Gen3 以及聯發科天玑 9300,在 CPU 多核性能、CPU 多核能效比、GPU 峰值性能、GPU 能效比等核心技術指标上均已領先同時期的蘋果 A17 Pro。
▲ CPU 能效曲線,黃色點爲天玑 9300,藍色線爲骁龍 8 Gen3,綠色點爲蘋果 A17 Pro,性能向上方增加,功耗向右側增加,來源:極客灣
蘋果芯片輸了 " 能效比 ",這放在兩年前還是難以想象的,GPU 方面的性能差距,一度讓網友們調侃稱高通和聯發科用了 " 外星科技 "。
如果說去年的 A16 是被 " 部分超越 ",那麽今年的 A17 Pro 就是被全面趕超,僅剩 CPU 單核性能還保有一定優勢。
兩年不到,手機芯片性能擂台徹底 " 變天了 ",蘋果似乎不再 " 遙遙領先 "。
爲什麽安卓芯片可以在短短幾年裏從追趕到超越?蘋果爲什麽跑得更慢了,而高通聯發科又是如何一步步追上的?我們将從架構、工藝、人才技術等多方面入手,嘗試尋找背後的深層次原因。
一、蘋果牙膏擠沒了,高通聯發科的牙膏踩爆了
蘋果的步子真的邁的更慢了嗎?通過梳理近 20 年來高通、聯發科、蘋果三家廠商發布的旗艦級自研手機芯片,我們發現事實的确如此,尤其近幾年,這一趨勢愈發明顯。
▲近六年高通、蘋果、聯發科旗艦手機芯片 CPU、GPU 性能和能效提升情況(部分)
▲近五年蘋果、高通、聯發科部分旗艦手機芯片 CPU 性能提升幅度情況,每年每家廠商僅選取一款旗艦芯片,部分蘋果 CPU 性能提升爲大核性能提升,趨勢僅供參考
高通、聯發科兩家廠商的旗艦芯片,CPU 每年的性能提升幅度多則 60%,少則 20%,而 CPU 能效比的提升也是同步的,通常在 25% 到 45% 之間。
至于安卓陣營提升幅度較大的 GPU 方面,高通和聯發科芯片每年提升的幅度最高甚至可以達到 80%,30% 以上的提升是十分常見的,其 GPU 能效比的提升幅度甚至還要超過性能的提升。
簡單來說,高通和聯發科這邊每年的旗艦芯片基本上都能在性能和能效上有顯著的提升,即使偶爾有 " 翻車 " 現象發生,但并不影響長線性能提升的大勢,并且 " 馬兒跑得快,馬兒還吃草少 " 的情況經常出現在安卓芯片陣營中。
反觀蘋果這邊,從 A15 到 A17 Pro,每代芯片的 CPU 性能提升僅有 10% 左右,A16 一代提升幅度更小,其 GPU 甚至直接沿用了上代 A15 的規格。
向更早期追溯,從 A12 開始,蘋果芯片性能提升幅度已經開始有放緩趨勢,A14 芯片 GPU 性能提升幅度僅有 8%。
在搭載 A16 的 iPhone 14 Pro 發布之初,就有不少媒體測試發現,相比前幾代 iPhone 産品的性能提升,iPhone 14 Pro 在 GPU 性能方面的提升幅度極小。
最近高通骁龍 8 Gen3 和聯發科天玑 9300 發布後,蘋果芯片在 GPU 方面的差距被進一步拉大。
蘋果近年 A17 Pro 的 GPU 上新增的渲染新特性以及對硬件級光線追蹤的支持,都已經是高通和聯發科兩年前就已落地的特性。
不可否認,蘋果手機芯片的步子的确走的慢了,安卓手機芯片是實打實地趕上來了。
二、架構升級不夠看,工藝紅利消退,逼得蘋果玩起了 " 超頻 "?
提到芯片性能和能效比,大家最先想到的就是工藝和架構的影響。安卓芯片的逆襲,跟芯片制程工藝和芯片架構又有着怎樣的聯系?
在讨論之前,我們先要明确,通常我們說的 Arm 架構,是指芯片 CPU 内核所使用的架構,而廠商們常常說的 "1+3+4" 或 "1+5+2" 架構,則指的是 CPU 的内核是如何配置的,雖然都是 " 架構 ",但實際上說的并不是一回事。
從 CPU 的内核配置方式來看,最近聯發科提出的 " 全大核 " 架構概念引起了業内的廣泛熱議。天玑 9300 直接放棄了 " 小核 ",采用了 4 個超大核 +4 個大核的架構。
雖然聯發科的這一舉措看起來很 " 大膽 ",但當我們将時間線拉長就會發現,這種 " 全大核 " 的概念更像是一種不一樣的叫法,而類似的架構設計其實在高通和聯發科的芯片發展曆史上都有出現過。
▲近 10 年高通、聯發科、蘋果旗艦手機芯片 CPU 内核配置情況
比如 2014 年前後聯發科的 MT6595、高通的骁龍 810,其 CPU 采用的都是 "4+4" 的架構設計,隻不過當時的 " 大核 ",例如 A17、A57,性能遠不及如今的大核。
簡單來說,經過多年技術叠代,當年的大核,如今隻能相當于 " 小核 ",而今天例如 A55、A510 這樣的小核,放在多年前,也能有 " 大核 " 的地位。
而縱觀近年來高通、聯發科芯片在 CPU 架構上的調整,這種 " 大核越來越多 " 的設計,其實早有預兆,并不是突然湧現的。
在高通骁龍 8 Gen2 這一代上,高通将此前沿用了多年的 1+3+4 架構更換爲 1+4+3,大核增加、小核減少,而在今年的骁龍 8 Gen3 上,高通進一步将大核數量增加爲 5 個,小核數量減小到 2 個。
在聯發科一口氣增加了 3 個超大核的同時,高通同樣也在默默增加大核。并且高通的 5 個大核中,有 3 個的最高頻率都已經來到了 3.2GHz,這與此前的超大核頻率都已十分接近。
實際上,不論是 " 超大核 "、" 大核 "、" 中核 "、" 小核 ",還是 " 性能核 "、" 能效核 ",這隻是廠商對于産品的命名,透過架構的變動,我們能夠看到的核心趨勢就是,手機芯片對于性能的需求,依然在快速增加," 手機芯片性能過剩 " 的言論,近年來也鮮有見到。
既然如此,蘋果爲什麽多年來一直采用的是 "2+4" 的 6 核配置,蘋果芯片的性能提升又來自于哪裏?
實際上,這一方面涉及到芯片内核架構的叠代。蘋果是三家廠商中對于自研内核架構這條路走的最爲堅定的。從 2012 年蘋果 A6 芯片改用自研内核微架構之後,蘋果 A 系列芯片就一直采用 " 深度自研 " 的基于 Arm 的架構。
雖然高通也嘗試推出過基于 Arm 指令集的一些自研 CPU 内核微架構,例如 Scropion、Krait,但後來其還是轉向了基于 Arm 的 " 半定制 " 設計,雖然名字爲 "Kryo",但本質上仍然是 " 定制版 Arm",因此也很難與直接采用 Arm 架構的聯發科芯片拉開明顯差距。
一些業内人士指出,此前每代蘋果 A 系芯片的性能提升,很大一部分來自于内核架構的改進,例如分支預測能力的提升、擴寬解碼單元和執行單元。
并且值得一提的是,從芯片物理層面的晶片尺寸大小來看,蘋果的 " 小核 ",其實很多時候比安卓端的 " 大核 " 還大,蘋果在芯片規格方面的 " 堆料 ",也是其單核性能長年領先的重要方面之一。
在梳理近年三家芯片 CPU 核心頻率的過程中,我們還發現,蘋果從 2021 年的 A15 開始,似乎在芯片核心頻率提升方向上有些 " 用力過猛 "。
▲近 10 年高通、聯發科、蘋果旗艦手機芯片 CPU 最高頻率情況
在蘋果 A14 之前,蘋果芯片的 CPU 最高頻率往往都低于同時期的高通和聯發科芯片,并且當時蘋果也并沒有在工藝方面有明顯優勢,同時期的芯片工藝通常都在同一代中。
但從 A15 之後,蘋果芯片的最高頻率突然開始顯著提高,尤其是在最近的 A17 Pro 上,其 CPU 的最高頻率甚至達到了驚人的 3.78GHz,要知道,很多筆記本電腦上的處理器都沒有這麽高的運行頻率。
相比之下,同時期高通和聯發科芯片的最高頻率都在 3.3GHz 左右,僅頻率上的差距就達到了 14.5%。
▲近十年蘋果、高通、聯發科部分旗艦手機芯片 CPU 最高單核頻率情況,每年每家廠商僅選取一款旗艦芯片,趨勢僅供參考
蘋果芯片的單核性能的确有明顯優勢,但如果去掉晶體管數量和單核頻率的差異,蘋果單核性能的優勢必然會明顯縮小。
這或許也從側面反映了蘋果當下芯片性能提升的方式,已經較爲局限了,甚至不惜在 " 超頻 " 的路上越走越遠。
今年台積電 3nm 工藝表現不及預期,加之蘋果芯片頻率的大幅提升,這代 A17 Pro 發熱明顯高于前代也就并不令人意外了。
既然提到了頻率和工藝,縱觀三家芯片巨頭在芯片制程工藝方面的使用,我們也能發現一些特點。
實際上,在智能手機發展早年間,台積電工藝還不像如今這樣搶手,蘋果 A4、A5、A6、A7 使用的都是同時期三星的工藝,不過來到 7nm 及更先進節點後,台積電工藝就已占據絕對主導。
▲近 20 年蘋果、聯發科、高通旗艦手機芯片工藝情況
雖然近年來台積電在工藝制程方面的優勢被不斷放大,但當工藝叠代至 5nm 以後,工藝提升帶來的性能提升已經遠不及從前。這也是蘋果不得不以 " 超頻 " 來換取性能提升的一部分原因。
正如前文所說,從蘋果 A6 到 A12 這六年間,每年蘋果、高通、聯發科三家使用的工藝基本上都在同一代,蘋果并不是一直在工藝方面有 " 壟斷式 " 的優勢。
與其責怪台積電工藝不及預期,不如說,當蘋果指望依靠工藝壟斷來實現性能領先時,蘋果就已經輸了一半。
芯片性能提升不及預期,還要從蘋果自身找原因。
三、蘋果芯片團隊巨震,靈魂人物出走,高通聯發科趁勢追擊
如果從蘋果自身找原因,擺在明面上的就是近年來蘋果芯片團隊的劇烈震蕩。此前外媒《信息報》(The Information)的一篇報道更是揭露了不少蘋果芯片研發團隊内部存在問題。
據報道,從 2019 年以來,蘋果芯片團隊中有不少人離職,這些離職的工程師有些去創業了,有的則直接跳槽到其他芯片公司就職,涉及人員有數十個之多。
其中就包括大名鼎鼎的蘋果首席 CPU 設計師 Gerard Williams III,他在 2010 年從 Arm 公司加入蘋果後,就一直操盤着蘋果核心的芯片研發相關工作,主持研發了 A7 一直到 A14 等諸多蘋果自研芯片,蘋果的 M1 系列首席架構師也是他。
▲ Gerard Williams III
我們對蘋果硬件技術高級副總裁 Johny Srouji 都十分熟悉了,他經常在蘋果發布會上露臉,也是蘋果芯片業務當下的一把手,據報道,Williams 在蘋果芯片團隊中的地位僅次于 Srouji。
在來到蘋果之前,Williams 參與了諸多經典 Arm CPU 架構的研發,可以說是移動芯片設計領域的頂級專家。
這種級别的負責人離開,對團隊的影響是很大的,尤其是他還帶走了一部分蘋果芯片團隊的員工,跟另外兩位芯片圈大佬共同創立了芯片創企 NUVIA。Williams 也因此吃了蘋果的官司。
其實還有一家芯片創企 Rivos 也被蘋果起訴過,這家公司更狠,直接從蘋果挖走了 40 多人,其中還包括 Ricky Wen 這樣的芯片圈大牛。
據報道,在 Williams 走後,蘋果又挖來了 Arm 的首席架構師 Mike Filippo 來接替他,但無奈 Filippo 跟蘋果團隊不和,于 2022 年離開蘋果加入了微軟。
其實蘋果很少直接拉外部高管來擔任要職,更多都是自己 " 内部培養 ",緊急挖來 Filippo,對于蘋果來說必然不是上策,同時蘋果手機芯片團隊的動蕩,對其芯片的叠代和技術創新是有嚴重不利影響的。
在上述蘋果芯片團隊 2019 年前後的這一系列動蕩之下,最直接的 " 受害者 " 就是蘋果 A16 芯片。
▲ iPhone 14 Pro Max 主闆,來源:iFixit
據《信息報》報道,蘋果的 A16 原本計劃會有 " 大幅飛躍式 " 提升,但由于原型機的功耗太高,導緻機身發熱嚴重,甚至影響了電池壽命,蘋果不得不緊急做出調整,砍掉了本該在 A16 上就出現的光線追蹤技術,同時 GPU 也直接沿用了前代 A15 的設計。
報道中的幾名知情人士稱,這種 " 亂象 " 在蘋果公司中是前所未有的(unprecedented snafu in the group ’ s history)。
當時這位記者在報道中預測,如果蘋果的 "A17" 性能提升還是如此之小,高通和聯發科的芯片很可能會在性能上實現反超。
如今,一語成谶,預言成真。
值得一提的是,2021 年 12 月,在蘋果任職超過 8 年的 M1 芯片設計總監 Jeff Wilcox 也離開了蘋果,此次蘋果 M3 系列芯片叠代的 " 放緩 ", 或許也同樣與芯片團隊的動蕩有着千絲萬縷的聯系。
從 2019 年的團隊動蕩至今,我們并未在公開報道中看到有新的芯片圈大牛加入蘋果。
相比蘋果芯片團隊的動蕩分離,高通芯片團隊則增加了不少精兵強将。
前文提到的芯片創企 NUVIA,在成立僅 14 個月後就被高通公司以 13 億美元收購。
▲從左至右:John Bruno、Gerard Williams III、Manu Gulati
除了來自蘋果的芯片大佬 Gerard Williams III,NUVIA 的副總裁 Manu Gulati 也曾擔任谷歌首席 SoC 架構師,甚至還在蘋果擔任了 8 年多的首席 SoC 架構師,負責過蘋果 A5X、A9、A12X 等多款處理器的設計。
在博通和 AMD 的工作經曆也給 Gulati 增加了不少 PC 處理器和移動芯片的研發經驗。
此外,NUVIA 的另一位高級副總裁 John Bruno 也是芯片圈的一位老兵,在 ATI、AMD、蘋果工作過,曾參與過 AMD 最早一代 APU 的研發設計。
集合了這麽多芯片圈大牛的 NUVIA,就這樣被高通一口吃下,這些芯片人才都成爲高通芯片研發的新力量。
收購僅僅過去了兩年多,今年高通的自研 CPU Oryon 就已經正式亮相了,也足見收購對于高通的重要意義。
▲ 2023 年 10 月骁龍峰會上高通發布的骁龍 X Elite 采用了高通自研的 Oryon CPU
實際上,NUVIA 的強項就是設計能夠提高内存帶寬、CPU 利用效率、持續性能的 CPU 架構,而放棄 " 堆核 " 或者 " 超頻 " 的傳統思路。
據報道,NUVIA 的自研 CPU 架構 Phoenix 比其他所有競品的峰值性能都高 50% 到 100%,功耗還更低,并且性能随着功耗增加而邊際效益遞減的問題也優于其他競品。
可以說,NUVIA 的強項,都是高通所需要的,高通需要做出兼顧高性能和高能效比的新自研 CPU 架構。
相比高通這邊直接吸納成熟團隊,聯發科這邊大有一副從頭培養優秀人才的架勢。
根據聯發科官方信息,從 2021 年年中開始,聯發科就在積極招募優秀人才,招聘規模超過 2000 人,給碩士畢業生開出了超過 46 萬元人民币的起步年薪,而博士畢業生的起步年薪接近 60 萬元。
除了高薪吸納新人才,據稱聯發科在内部也鼓勵員工推薦優秀人才,并配以各種新人推薦獎勵。
聯發科一把手蔡力行曾在公開發言中說到,聯發科的目标是 " 成爲全球最具競争力的 IC 設計公司 "。
聯發科從 2021 年開始研發投入有明顯增加,2022 年研發投入約爲 40 億美元,2022 年四季度研發投入占比一度超過了 25.9%。
衆所周知,人才是芯片産業發展的基石,全球半導體産業人才儲備不足問題長期存在,芯片人才無疑是一項稀缺的 " 戰略資源 "。
對于蘋果、高通和聯發科來說,人才争奪戰,必将會持續上演。而能否把握住優秀芯片人才,也必然會成爲影響後續芯片叠代的關鍵性因素。
結語:AI 大模型風浪湧起,手機芯片産業暗流湧動
安卓芯片逆襲蘋果,并非一朝一夕之功,看似短短兩代的反超,其實是此前多年間架構、工藝等技術博弈以及人才激烈争奪等一系列複雜因素綜合作用的結果。
這次,蘋果芯和安卓芯來了一次 " 角色互換 ",作爲當下 " 追趕者 " 的蘋果,要如何解決人才流失的問題?高通和聯發科又能否穩住當前的優勢并進一步跑的更快?都成爲會影響手機芯片産業發展的重要變量。
今天,在手機 CPU、GPU 性能之外,芯片的 AI 能力也逐漸走到了 "C 位 ",成爲各家芯片廠商在發布會上重點宣傳的方面,在 AI 大模型落地智能手機的過程中,高通、聯發科等芯片廠商無疑承擔着關鍵角色,芯片無疑是大模型應用的硬件基礎。
手機芯片在 AIGC 時代又将迎來怎樣的挑戰,有哪些新的需求湧現出來?芯片巨頭們又會如何應對,手機芯片之戰,正迎來另一個精彩的高潮。