12月27日消息，近日CNBC探訪了蘋果晶片實驗室，蘋果硬體技術資深副總裁Johny Srouji和硬體工程資深副總裁John Ternus接受了採訪，介紹了蘋果自研晶片的很多內幕。
縱觀蘋果發展歷史，自2010年蘋果在 iPhone 4 中首次採用了自研的A系列處理器，到現在蘋果已經成功推出了一系列的自研晶片。比如面向iPhone的/iPad產品的A系列移動處理器、面向無線音頻設備（AirPods）的W和H系列晶片、面向定位的需求的U系列晶片、面向Mac產品的M系列晶片、面向XR設備的R系列晶片。值得一提的是，截至今年，所有新款 Mac 電腦均採用蘋果自研的M系列晶片，結束了該公司15多年來對英特爾的依賴。
負責硬體工程的Ternus 表示：「在過去 20 年裡我們的產品中，蘋果公司最深刻的變化之一，就是我們現在在內部開發的這些自研晶片技術。」
但是這一變化也讓蘋果面臨了一系列新的風險。因為，蘋果的自研晶片都是由同一家供應商——台積電製造。
今年11月，CNBC 參觀了蘋果位於加利福尼亞州庫比蒂諾的園區，這是第一批獲准在該公司晶片實驗室內進行拍攝的媒體。蘋果晶片部門負責人 Srouji也接受採訪，討論該公司進軍定製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晶片也依賴於外部的供應商來定製晶片。
「我們有數千名工程師，」Ternus說：「但如果你看看我們的晶片組合：實際上非常精簡。效率很高。」
與傳統的晶片廠商不同，蘋果的自研晶片並不對外銷售。「正因為我們並不對外銷售晶片，所以我們專注於產品。」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產品之間重複使用各個部分。」
蘋果的自研晶片之路
Srouji 於 2008 年加入蘋果，領導著一個由 40 或 50 名工程師組成的小團隊，為 iPhone 設計定製晶片。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 名員工的晶片初創公司。
Creative Strategies 執行長兼首席分析師 Ben Bajarin 表示：「蘋果將開始研發自己的晶片，這是他們收購 PA Semi 後的直接收穫。憑藉其『固有的設計重點』，蘋果希望『控制儘可能多的堆棧』。」
收購PA Semi 兩年後，蘋果在 iPhone 4 和初代 iPad 中推出了首款定製晶片蘋果A4 。
「我們構建了統一內存架構，該架構可跨產品擴展，」Srouji 說。「我們構建了一個從 iPhone 開始的架構，然後我們將其擴展到 iPad，然後擴展到手錶，最終擴展到 Mac。」
蘋果硬體技術資深副總裁Johny Srouji
蘋果的晶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晶片類型被稱為片上系統（SoC）。Ben 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等移動產品的 A 系列晶片，從 2010 年的 A4 到今年9月已經進階到了 A17 Pro，這業界首款3nm晶片。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產品線的 M 系列，今年10月底已經疊代到了最新的M3系列處理器，這也是業界首款採用3nm工藝製造的個人計算機晶片，包括M3、M3 Pro和M3 Max。
值得注意的是，在2015年，蘋果還推出了S 系列晶片，這是一款面向 Apple Watch的晶片，採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系列晶片。此外，蘋果還有針對蘋果設備之間進行通信的U系列的UWB晶片。蘋果最新的Vision Pro 產品當中也配備了蘋果自研的R1晶片，該晶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 毫秒內將圖像傳輸到顯示器。
「我們可以提前設計晶片，」Srouji 說。他補充說，他的員工與 Ternus 的團隊合作，「準確無誤地設計針對這些產品的晶片，而且只針對這些產品。」
例如，第二代 AirPods Pro 內的 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 當中的人工智慧（AI）任務專用內核，用於在設備上執行 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 架構和蘋果晶片歷史上最大的重新設計。」 「我們首次擁有硬體加速的光線追蹤功能，還擁有網格著色加速，這使遊戲開發人員能夠創建一些真正令人驚嘆的視覺效果。」
這將推動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晶片。
「我們使用 3nm工藝的原因是它使我們能夠在給定尺寸內封裝更多電晶體。這對於產品和更高的能效非常重要，」Srouji 說。「儘管我們不是一家晶片公司，但我們引領行業是有原因的。」
取代 Mac 中的英特爾晶片
蘋果公司在今年 10 月份發布了用於 Mac 電腦的 M3 系列晶片，採用的也是台積電 3nm 工藝。蘋果表示，M3 具有 22 小時電池續航時間等功能，並且與 A17 Pro 類似，還提高了圖形性能。
「現在還為時過早，」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。」
蘋果硬體工程資深副總裁John Ternus
Srouji 說，當最開始研發產品的時候，「我們傾向於使用其他公司的技術，並且我們也在圍繞該技術有效地構建產品。儘管注重美觀的設計，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系列晶片，這是半導體行業的一項重大轉變。
蘋果M3晶片
「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，並且性能優於我們當時剛剛發貨的基於英特爾晶片的MacBook Pro。」
Ternus表示，配備蘋果最先進的 M3 Max 晶片的最新款 MacBook Pro，「比我們兩年前生產的基於最快的英特爾晶片的MacBook Pro 快 11 倍。」
英特爾處理器基於 x86 架構，這是傳統 PC 製造商的選擇，很多軟體都是基於英特爾X86處理器架構開發。而蘋果公司的M系列處理器基於Arm架構，該架構以消耗更少的電量並有助於延長筆記本電腦電池的續航而聞名。
蘋果 2020 年推出的基於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市場的競爭力。值得一提的是，今年9月，蘋果將其與 Arm的協議至少延長至 2040 年。
13 年前，當蘋果第一款自研的定製晶片問世時，蘋果公司作為一家試圖在競爭激烈、成本高昂的半導體市場上生產自己產品所需晶片的公司，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製晶片。
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產品脫穎而出。」
數據機很難
雖然蘋果在很多晶片的自研上獲得了成功，但是手機通信所需的數據機（基帶晶片）仍是該公司尚未成功攻克的一大組件。
「處理器非常好。他們的困境在於數據機方面，即手機的無線電方面，」拉斯貢說。「數據機很難。」
目前蘋果公司的數據機依賴高通公司供應，儘管兩家公司在 2019 年解決了為期兩年的智慧財產權法律糾紛之後，蘋果以 10 億美元收購了英特爾 5G 數據機業務的大部分股份，此舉似乎正是為了開發自家的蜂窩數據機。但到目前為止，蘋果自研的數據機仍未獲得成功。今年9月，蘋果與高通續簽了供應協議，在 2026 年之前，高通仍將向蘋果供應其數據機。
「高通仍然製造世界上最好的數據機，」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「未來的技術和產品」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 和藍牙晶片。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晶片。
當被問及蘋果是否會嘗試設計其所需晶片的每個部分時， Srouji說：「我們的願望是，希望打造世界上最好的產品。作為一個技術團隊（本例中還包括晶片），我們希望打造最好的技術來實現這一願景。」
Srouji表示，為了實現這一目標，蘋果仍將會「購買一些現成的產品」，如果這意味著團隊可以專注於「真正重要的事情」。
無論蘋果最終設計了多少晶片，它仍然需要在外部製造晶片。因為蘋果的晶片現在都是得由台積電來進行製造，全球有90%以上的先進位程晶片是由台積電所生產，這使得蘋果產品很容易因為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，那麼蘋果的B計劃會是什麼？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爭力，或是英特爾也躋身在此一領域中。但話說回來，我們認為現在都還不是考慮這些的時候，一切晶片都製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產能可以轉移到美國，台積電實際上也已在美國亞利桑那州建設晶圓廠，預計將於2025年量產，蘋果或將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，這就是為什麼我認為台積電在亞利桑那州建廠很棒。
值得注意的是，蘋果不久前宣布將成為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晶片勞動力的短缺，美國幾十年來都沒有建造先進的晶圓廠。台積電錶示，由於缺乏熟練工人，其亞利桑那晶圓廠的量產時間現已推遲至 2025 年。
無論是否與人才短缺有關，蘋果新晶片的發布速度都在放緩。
「幾代人花費的時間越來越長，因為他們變得越來越難，」Srouji說。「而且封裝更多並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，因為「我們不需要擔心我們的晶片將發送到哪裡，我們要如何瞄準更大的客戶群？」
儘管如此，蘋果的行動還是凸顯了市場的激烈競爭。2019 年，蘋果晶片架構師傑拉德·威廉士 (Gerard Williams) 離職，領導了一家名為 Nuvia 的數據中心晶片初創公司，並走了一些蘋果工程師。蘋果公司因智慧財產權問題起訴了威廉士，但今年已經撤銷了此案。高通於 2021 年收購了 Nuvia，此舉是為了與蘋果等基於 Arm 的 PC 處理器供應商展開競爭。
「我不能真正討論法律問題，但我們真正關心智慧財產權保護，」Srouji說。「當某些人因為某些原因離開時，那是他們的選擇。」
蘋果的核心業務面臨著額外的宏觀挑戰，因為智慧型手機銷量剛剛從多年來的最低水平恢復。
然而，對人工智慧工作負載的需求正在導致晶片訂單激增，尤其是Nvidia等公司生產的 GPU由於 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 年起就為 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 晶片。微軟也於 11 月發布了新的 AI 晶片。
Srouji 表示，他的蘋果團隊自 2017 年在 A11 仿生晶片中推出機器學習引擎 Apple Neural Engine 以來，就一直致力於開發該引擎。他還指出，其 CPU 中嵌入了機器學習加速器，並且「高度優化的 GPU」用於機器學習。」
蘋果的神經引擎為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，彭博社報道稱，蘋果公司構建了自己的大型語言模型（稱為 Ajax）和聊天機器人（稱為 Apple GPT）。蘋果發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24家人工智慧公司。
當被問及蘋果在人工智慧領域是否落後時，Srouji 說：「我不相信我們會落後。」
Ben Bajarin 則更加持懷疑態度。
在談到蘋果在人工智慧領域的地位時，Ben Bajarin 表示：「這在蘋果去年的晶片上是可行的，在今年的 M3 晶片上甚至更強大。」 「但軟體必須趕上這一點，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慧軟體。」
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：「但我認為每個人都預計它會在來年出現。」
編輯：芯智訊-浪客劍