蘋果過去二十年股價飆升是由其標志性消費設(shè)備推動的。它始于 iPod 和 iMac。然后是 iPhone 和 iPad。最近還有 Apple Watch 和 AirPods。

但按市值計算，這家美國最大的公司擁有的不僅僅是小玩意。在其硅谷總部，一間不起眼的房間里擺滿了幾百臺嗡嗡作響的機器和幾位穿著實驗室工作服的工程師，蘋果公司正在設(shè)計為其最受歡迎的產(chǎn)品提供動力的定制芯片。

2010 年，蘋果首次在 iPhone 4 中首次采用自研芯片。截至今年，所有新款 Mac 電腦均采用蘋果自己的芯片，這讓他們結(jié)束了該公司15 多年對英特爾的依賴。

負責硬件工程的約翰·特努斯 (John Ternus) 表示：“蘋果公司最深刻的變化之一，尤其是在過去 20 年里我們的產(chǎn)品中，就是我們現(xiàn)在如何在內(nèi)部開發(fā)這些技術(shù)。”，“當然，最重要的是我們的芯片。”

這一變化也讓蘋果面臨了一系列新的風險。其最先進的硅主要由一家供應(yīng)商臺積電制造。與此同時，智能手機正在從嚴重的銷售下滑中復(fù)蘇，而微軟等競爭對手人工智能正在取得巨大飛躍。

11 月，CNBC 參觀了蘋果位于加利福尼亞州庫比蒂諾的園區(qū)，這是第一批獲準在該公司芯片實驗室內(nèi)進行拍攝的記者。我們有一個難得的機會與蘋果芯片部門負責人 Johny Srouji 討論該公司進軍定制半導(dǎo)體開發(fā)這一復(fù)雜業(yè)務(wù)的情況，亞馬遜，谷歌、微軟和特斯拉也在追求這一業(yè)務(wù)。

“我們有數(shù)千名工程師，”Srouji 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(tǒng)芯片制造商不同，蘋果不為其他公司設(shè)計芯片。

“因為我們并不真正對外銷售芯片，所以我們專注于產(chǎn)品，”Srouji 說。“這讓我們可以自由地進行優(yōu)化，而可擴展的架構(gòu)讓我們可以在不同產(chǎn)品之間重復(fù)使用各個部分。”

自 2010 年起為 iPhone 提供芯片

Srouji 于 2008 年加入蘋果，領(lǐng)導(dǎo)一個由 40 或 50 名工程師組成的小團隊，為 iPhone 設(shè)計定制芯片。他加入一個月后，蘋果以 2.78 億美元收購了 PA Semiconductor，這是一家擁有 150 名員工的初創(chuàng)公司。

Creative Strategies 首席執(zhí)行官兼首席分析師 Ben Bajarin 表示：“他們將開始設(shè)計自己的芯片：這是他們購買 PA Semi 后的直接收獲。” Bajarin 表示，憑借其“固有的設(shè)計重點”，蘋果希望“控制盡可能多的堆棧”。

收購兩年后，蘋果在 iPhone 4 和初代 iPad 中推出了首款定制芯片A4 。

“我們構(gòu)建了所謂的統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)，該架構(gòu)可跨產(chǎn)品擴展，”Srouji 說。“我們構(gòu)建了一個從 iPhone 開始的架構(gòu)，然后我們將其擴展到 iPad，然后擴展到手表，最終擴展到 Mac。”

蘋果的芯片團隊已發(fā)展到數(shù)千名工程師，在世界各地的實驗室工作，包括以色列、德國、奧地利、英國和日本。在美國，該公司在硅谷、圣地亞哥和德克薩斯州奧斯汀設(shè)有辦公室。

蘋果正在開發(fā)的主要芯片類型被稱為片上系統(tǒng)（SoC）。Bajarin 解釋說，它將中央處理單元 (CPU)、圖形處理單元 (GPU) 和其他組件結(jié)合在一起，并補充說，蘋果還有一個“運行神經(jīng)引擎”的神經(jīng)處理單元 (NPU)。

“這是硅以及硅上的所有模塊，”Bajarin林說。

蘋果的首款 SoC 是 A 系列，從 2010 年的 A4 進階到今年 9 月發(fā)布的 A17 Pro。它是 iPhone 以及部分 iPad、Apple TV 和 HomePod 中的中央處理器。Apple 的另一個主要 SoC 是 M 系列，于 2020 年首次發(fā)布，現(xiàn)在為所有新款 Mac 和更先進的 iPad 提供支持。該產(chǎn)品已達到 M3 系列。

S 系列于 2015 年推出，是一款較小的系統(tǒng)級封裝 (SiP)，適用于 Apple Watch。AirPods 中使用了 H 和 W 系列芯片。U系列芯片允許 Apple 設(shè)備之間進行通信。最新的芯片 R1 將于明年初在蘋果的 Vision Pro 中上市。Apple 致力于處理來自設(shè)備攝像頭、傳感器和麥克風的輸入，表示將在 12 毫秒內(nèi)將圖像傳輸?shù)斤@示器。

“我們可以提前設(shè)計芯片，”Srouji 說。他補充說，他的員工與 Ternus 的團隊合作，“準確無誤地制造針對這些產(chǎn)品的芯片，而且只針對這些產(chǎn)品。”

例如，第二代 AirPods Pro 內(nèi)的 H2 芯片可以實現(xiàn)更好的降噪效果。在新款 Apple Watch Series 9 中，S9 芯片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 的專用部分，用于完全在設(shè)備上執(zhí)行 AI 任務(wù)。

9 月份在 iPhone 15 Pro 和 Pro Max 中發(fā)布的最新 A17 Pro 實現(xiàn)了計算攝影和游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(gòu)和蘋果芯片歷史上最大的重新設(shè)計。” “我們第一次擁有硬件加速光線追蹤。我們還擁有網(wǎng)格著色加速功能，讓游戲開發(fā)者能夠創(chuàng)造出一些真正令人驚嘆的視覺效果。”

這促進了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(fā)。

蘋果表示，A17 Pro 是首款大批量出貨的 3 納米芯片。

“我們使用 3 納米的原因是它使我們能夠在給定尺寸內(nèi)封裝更多晶體管。這對于產(chǎn)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(lǐng)行業(yè)是有原因的。”

取代 Mac 中的英特爾

蘋果公司在 10 月份發(fā)布了用于 Mac 電腦的 M3 芯片，繼續(xù)向 3 納米工藝邁進。蘋果表示，M3 具有 22 小時電池續(xù)航時間等功能，并且與 A17 Pro 類似，還提高了圖形性能。

“現(xiàn)在還為時過早，”在蘋果工作了 22 年的 Ternus 說。“我們還有很多工作要做，但我認為現(xiàn)在 Mac 太多了，幾乎所有 Mac 都能夠運行 3A 游戲，這與五年前不同。”

Ternus 表示，當他開始時，“我們傾向于使用其他公司的技術(shù)來制造產(chǎn)品，并且我們正在圍繞該技術(shù)有效地構(gòu)建產(chǎn)品。” 盡管注重美觀的設(shè)計，“他們還是受到了現(xiàn)有的限制，”他說。

蘋果在 2020 年放棄使用英特爾的 PC 處理器，轉(zhuǎn)而在 MacBook Air 和其他 Mac 中使用自己的 M1 芯片，這是半導(dǎo)體行業(yè)的一項重大轉(zhuǎn)變。

“這幾乎就像物理定律發(fā)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(xù)航時間長達 18 小時的 MacBook Air，并且性能優(yōu)于我們剛剛發(fā)貨的 MacBook Pro。”

他表示，配備蘋果最先進芯片 M3 Max 的最新 MacBook Pro“比我們生產(chǎn)的最快的英特爾 MacBook Pro 快 11 倍。就在兩年前我們才發(fā)貨。”

英特爾處理器基于 x86 架構(gòu)，這是 PC 制造商的傳統(tǒng)選擇，并為此開發(fā)了很多軟件。蘋果公司的處理器基于競爭對手的Arm架構(gòu)，該架構(gòu)以功耗更低、筆記本電腦電池續(xù)航時間更長而聞名。

蘋果 2020 年推出的 M1 是高端計算機中基于 Arm 的處理器的一個證明點，與高通等其他大牌一樣——據(jù)報道AMD和英偉達還開發(fā)基于 Arm 的 PC 處理器。9 月，蘋果將與 Arm 的協(xié)議至少延長至 2040 年。

13 年前，當?shù)谝活w定制芯片問世時，蘋果公司作為一家試圖在競爭激烈、成本高昂的半導(dǎo)體市場上制造自己產(chǎn)品的非芯片公司，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(jīng)理兼高級分析師史黛西·拉斯岡 (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產(chǎn)品脫穎而出。”

“調(diào)制解調(diào)器很難”

蘋果尚未生產(chǎn)其設(shè)備中的所有芯片。例如，調(diào)制解調(diào)器是該公司尚未獨自攻克的一大組件。

“處理器非常好。他們陷入困境的地方是調(diào)制解調(diào)器方面，是電話中的無線電方面，”Rasgon說。“調(diào)制解調(diào)器很難。”

蘋果公司的調(diào)制解調(diào)器依賴高通公司，盡管兩家公司在 2019 年解決了為期兩年的知識產(chǎn)權(quán)法律糾紛。不久之后，蘋果以 10 億美元收購了英特爾 5G 調(diào)制解調(diào)器業(yè)務(wù)的大部分股份，此舉可能是為了開發(fā)自己的蜂窩調(diào)制解調(diào)器。但這種情況尚未發(fā)生，9 月，蘋果與高通簽約，在 2026 年之前供應(yīng)其調(diào)制解調(diào)器。

“高通仍然制造世界上最好的調(diào)制解調(diào)器，” 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投入到這一點。”

蘋果公司的斯魯吉表示，他無法對“未來的技術(shù)和產(chǎn)品”發(fā)表評論，但表示“我們關(guān)心蜂窩網(wǎng)絡(luò)，并且我們有團隊支持這一點。”

據(jù)報道，蘋果公司還在開發(fā)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(shù)十億美元的新協(xié)議。蘋果還依賴三星和美光等第三方提供內(nèi)存。

當被問及蘋果是否會嘗試設(shè)計其芯片的每個部分時，Srouji 說：“我們的目標還是產(chǎn)品。” “我們希望打造地球上最好的產(chǎn)品。作為一個技術(shù)團隊（本例中還包括芯片），我們希望構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)這一愿景的最佳技術(shù)。”

Srouji 表示，為了實現(xiàn)這一目標，蘋果將“購買現(xiàn)成的產(chǎn)品”，如果這意味著團隊可以專注于“真正重要的事情”。

無論蘋果最終設(shè)計了多少芯片，它仍然需要在外部制造芯片。這需要臺積電等代工公司擁有的大型制造工廠。全球90%以上的先進芯片是由臺灣臺積電生產(chǎn)的。因此蘋果至少希望將部分制造業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到美國，并致力于成為臺積電在亞利桑那州新建工廠的最大客戶。融洽嗎，Apple 宣布將成為價值 20 億美元的新Amkor的第一個，也是最大的客戶正在亞利桑那州皮奧里亞建造制造和封裝工廠。Amkor 將封裝臺積電亞利桑那工廠生產(chǎn)的蘋果芯片。

“我們一直希望擁有多元化的供應(yīng)：亞洲、歐洲和美國，這就是為什么我認為臺積電在亞利桑那州建造工廠很棒，”Srouji 說。

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。臺積電表示，由于缺乏熟練工人，其亞利桑那工廠現(xiàn)已推遲至 2025 年。

無論是否與人才短缺有關(guān)，蘋果新芯片的發(fā)布速度都在放緩。

“幾代人花費的時間越來越長，因為他們變得越來越難，”Srouji 說。“而且封裝更多并獲得能效的能力也與 10 年前不同。”

Srouji 重申了他的觀點，即蘋果在這方面具有優(yōu)勢，因為“我不需要擔心我將芯片發(fā)送到哪里，我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競爭力。2019 年，蘋果芯片架構(gòu)師杰拉德·威廉姆斯 (Gerard Williams) 離職，領(lǐng)導(dǎo)了一家名為 Nuvia 的數(shù)據(jù)中心芯片初創(chuàng)公司，并帶走了一些蘋果工程師。蘋果公司因知識產(chǎn)權(quán)問題起訴威廉姆斯，但今年撤銷了此案。高通于 2021 年收購了 Nuvia，此舉是為了在蘋果等基于 Arm 的 PC 處理器領(lǐng)域展開競爭。

“我不能真正討論法律問題，但我們真正關(guān)心知識產(chǎn)權(quán)保護，”Srouji 說。“當某些人因為某些原因離開時，那是他們的選擇。”

蘋果的核心業(yè)務(wù)面臨著額外的宏觀挑戰(zhàn)，因為智能手機銷量剛剛從多年來的最低水平恢復(fù)。

然而，對人工智能工作負載的需求正在導(dǎo)致硅訂單激增，尤其是Nvidia等公司生產(chǎn)的 GPU。

由于 ChatGPT 和其他生成式 AI 服務(wù)的流行，該公司的股價今年上漲了 200% 以上。

谷歌自 2016 年起就為 AI 設(shè)計了張量處理單元。亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)自 2018 年起就有了自己的數(shù)據(jù)中心 AI 芯片。微軟于 11 月發(fā)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，就一直致力于開發(fā)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(yōu)化的 GPU”用于機器學習。”

Apple 的神經(jīng)引擎為Face ID 和 Animojis 等所謂的“設(shè)備上機器學習功能”提供支持。

7 月份，彭博社報道稱，蘋果公司構(gòu)建了自己的大型語言模型（稱為 Ajax）和聊天機器人（稱為 Apple GPT）。發(fā)言人拒絕證實或否認該報道的準確性。

自 2015 年以來，蘋果還收購了超過兩打人工智能公司。

當被問及蘋果在人工智能領(lǐng)域是否落后時，Srouji 說：“我不相信我們會落后。”

Bajarin更加持懷疑態(tài)度。

在談到蘋果在人工智能領(lǐng)域的地位時，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(fā)人員才能利用這一優(yōu)勢，在 Apple Silicon 上編寫明天的人工智能軟件。”

他預(yù)計很快會有改進。

“從第一天起，蘋果就有機會真正做到這一點，”Bajarin說。“但我認為每個人都預(yù)計它會在來年出現(xiàn)。”