台積電為蘋果造晶片秘史:隱忍三年取代三星

作者:智東西   |   2020 / 07 / 14

文章來源:36氪   |   圖片來源:36氪


十年前,從2010年的iPhone 4開始,蘋果逐步在產品中搭載自己研制的晶片。十年之後的2020,從iPhone、iPad到Apple Watch、AirPods,無不是內藏一顆「蘋果晶片」。面對越來越龐大的蘋果自研晶片帝國,今年早些時候,業界開始聚焦在那唯一的缺口——Mac晶片上。

關於蘋果將自研Mac晶片的消息已經沸沸揚揚,終於在今年6月23日舉辦的WWDC 20大會上塵埃落定,由蘋果CEO提姆·庫克向全世界官宣。庫克本人稱這是「Mac前進的一大步」。

「蘋果硅(Apple Silicon)」計劃已經摘開面紗,但還有許多謎團待解。

蘋果自研Mac晶片官宣後不久,就有消息稱台積電將承擔為「蘋果硅」計劃代工的關鍵角色,也是蘋果為「蘋果硅」計劃選擇的唯一一家晶片代工廠商。

而且有細節稱,面對蘋果的絕對信任,台積電派出300人的團隊助力「蘋果硅」計劃研發,力求獨家代工不掉鍊子。

這已不是蘋果第一次把核心晶片代工的全部籌碼押在台積電身上。

我們追溯到10年前,蘋果和台積電就開始接觸並探討晶片研發和代工合作,甚至在三星還為蘋果代工A系列晶片時,台積電就已經作為「備胎」秘密地與蘋果進行聯合研發和技術攻關。二者的合作遠比我們想像的要深遠和有故事。

從2016年搭載於iPhone 7的A10 Fusion晶片起,蘋果每顆A系列晶片的訂單被台積電全數吃下。在這之前,他們是怎麼走到一起的?

今天,智東西來深扒蘋果和台積電10年聯手造晶片背後的故事。

台積電投300人研發,助力蘋果自研Mac晶片「首秀」

在WWDC 20大會上,蘋果宣佈了Mac晶片「蘋果硅」計劃,預計將用兩年時間完成從英特爾晶片到Arm架構自研晶片的轉變。從打造班底和晶片性能等方面來說,「蘋果硅」計劃都可以說是豪華。

在WWDC 20大會舉辦前幾個小時,消息人士 @手機晶片達人 爆料稱,為了幫助「蘋果硅」計劃順利落地,台積電慷慨拿出300人團隊,專攻「蘋果硅」計劃的研發、設計、先進工藝和封裝。

@手機晶片達人 此前爆料的許多供應鏈消息都得到驗證。比如,2019年其爆料稱華為將自研PA(功率放大器)晶片訂單下給中國射頻晶片廠商三安光電。2020年,三安光電就出現在了華為P40的核心供應商名單中。因此,這次其爆料的台積電300人研發團隊消息可信度也很高。

這個神秘的300人團隊無疑是蘋果和台積電合作「蘋果硅」計劃的關鍵。

台積電作為晶片代工領域的龍頭企業,其300人的研發團隊陣容不論從數量還是質量上,都稱得上豪華。要知道,當初張汝京建立中芯國際,也不過用了300人的工程師班底。

其實,早在10年前蘋果和台積電剛剛接觸、談論合作可能性的時候,台積電就曾拿出一個100人的「One Team」進行技術攻關。@手機晶片達人的爆料說明,至今蘋果和台積電或仍在沿用這一方式。

6月23日WWDC 20大會結束後,@手機晶片達人 又發佈微博,稱其預計5nm Apple Sillicon ARM CPU A14X成本約為75美金左右。相比之下,基於X86架構的10nm 4核酷睿i7處理器售價在300~400美元左右。

在成本更低的前提下,「蘋果硅」計劃產出的晶片性能怎樣?搭載蘋果自研晶片的Mac預計明年才會落地,但是各方媒體、消息人士已經開始從各個角度挖掘相關信息。

比如,曾準確預告微軟Xbox發佈會時間的科技博主Paul Thurrott發博稱,使用基於「蘋果硅」的過渡工具的開發者洩露了「蘋果硅」的早期基準得分。得分顯示,搭載「蘋果硅」晶片的過渡工具性能達到甚至超過了基於Microsoft SQ-1晶片的微軟Surface Pro X。

通過運行跨平台處理基準測試程序Geekbench,蘋果開發者過渡工具(the Apple Developer Transition Kit)平均單核得分為811,平均多核得分為2871。相比之下,微軟的Surface Pro X平均單核得分為764,平均多核得分為2983。

要知道,Surface Pro X搭載的Microsoft SQ-1是高通和微軟花費三年打造的高性能Arm架構晶片。這說明台積電的300人團隊確實可能為「蘋果硅」計劃帶來強勁的競爭力,助力蘋果自研晶片Mac性能超預期。

2010年,蘋果首次發佈搭載自研晶片的智能手機iPhone 4。當時iPhone 4搭載的Arm架構A4晶片是由三星代工。

今天的台積電與當年的三星有許多相似之處:同樣是獨家代工、同樣是代工Arm架構晶片、同樣是代工蘋果重要自研晶片。

不同的是,台積電專心晶片代工,不像三星除了晶片代工廠商外還有著手機廠商的第二重身份。而這也許就是台積電除了獨家班底外,贏得蘋果10年信任的另一個關鍵。

約10年過去,蘋果和台積電分別成為了智能終端和晶片代工領域的領頭羊。蘋果在供應鏈獲得更多自主權,隨著自研Mac晶片計劃的落地,蘋果自研晶片帝國版圖的最後一個缺口被補上。

台積電的市場份額逐年攀升,據市場分析機構iHS統計,2019年台積電市場份額達到52%。如果說過去這兩家公司互相成就了彼此,在未來,他們還將通過互相倚仗走得更遠。

2010年台積電首用「One Team」贏訂單,11個月使命必達

台積電與蘋果合作的故事要從2010~2011年間、兩家公司為A8晶片聚首而講起。在那時,台積電就曾拿出一個100人規模的「One Team」。這種「One Team」模式是如何被敲定的,我們不得而知。但是,從實施過程和結果來看,台積電的「One Team」使A8晶片獲得了成功。

2010年,時任蘋果運營副總裁Jeff Williams赴台與台積電前任董事長張忠謀及其夫人共進晚餐,席間雙方談論了一起合作的可能性。

Jeff Williams在業界有小Tim Cook之稱,擅長供應鏈管理,並在蘋果內部相關崗位深耕多年。

▲蘋果現任COO Jeff Williams

在七年後的2017年,Jeff回憶當初,笑稱那是一頓「很棒」的晚餐,雙方都認為「如果能把先進的科技和我們的目標結合是一個很棒的機會」。

雖然2010年就開始了接觸,但台積電與蘋果直到2013年才首次將晶片代工合作落地到iPhone上。

另有消息稱,2011年,時任台積電高管蔣尚義也曾與蘋果方面進行接觸,討論用先進製程進行合作的事宜,但並未敲定合作。原因主要在於蘋果方面的擔憂和台積電方面技術、產能的不足。

當時蘋果方面的顧慮是,台積電與蘋果沒有合作經驗,單純就產品而言,台積電的工藝和產能都要打個問號。

另外,2011年間,三星意識到台積電有意「截胡」蘋果訂單,曾在接待股票分析師時強調「只要台積電敢做,就一定敢告」。蘋果方面也忌憚轉單台積電會引起台積電和三星的晶片IP糾紛。

面對蘋果的為難,台積電展現出難能的誠意。

針對產能不足的問題,台積電投資90億美元新建、擴建產線。台中的台積電15廠於2010年7月16日動工建設,於2012年初廠房落成。另外,台積電分別於2013年上半年和下半年開始擴建其竹科12廠和南科14廠。

台積電在竹科12廠開闢出一條「蘋果專屬」20nm A8晶片研發生產線,還從南科14廠調度大批生產線工程師進行配合。這是台積電首次為客戶打造研發、生產合一的新製程生產線。

▲台積電竹科12廠

▲台積電南科14廠

為了避免IP爭端,台積電在2011年底派出近百人的「One Team」奔赴美國蘋果總部。這支團隊先幫助蘋果解決A6晶片的設計問題,再幫助蘋果處理專利認證問題。

據稱,台積電最終拿出兩版A8方案供蘋果挑選,最大限度幫助蘋果減輕與三星打IP官司的風險。

在半導體領域,客戶為供應商的先進產品和技術提前「買單」並不少見。比如,三星、英特爾、台積電就曾入股支持光刻機巨頭ASML的研發;蘋果曾花10億美元收購英特爾的基頻晶片部門,其中包括技術、設備等等。

據瞭解,在台積電為了A8訂單攻關技術、擴大產能的過程中,蘋果並沒有直接入股支持,也沒有贊助其重要生產設備。

儘管台積電誠意可鑒,但拍板讓台積電獨家生產A8對於蘋果來說還是一個艱難的選擇。在2017年的台積電30週年慶上,Jeff Williams談及當初的合作,直言當年下單台積電是一場賭注,「現在看來理所當然,但當時風險是難以預料的」。

想來在整個合作過程中,蘋果方面都把心提到了嗓子眼。但是,台積電最終交出了令人滿意的答卷。

當時,為了按時按量完成任務,台積電部署6000位員工趕工。最終,台積電破紀錄在僅11個月後就量產了Jeff口中「完美無暇」的A8晶片,並在這段時間向蘋果出貨超5億片產品。

▲2017年,Jeff Williams在台積電成立30週年慶上稱贊A8晶片「完美無瑕」

搭載A8晶片的iPhone 6也被稱為蘋果最暢銷的產品,截至2019年停產共出貨約2.5億台。相比之下,諾基亞最暢銷的1100/1110系列手機銷量也在2.5億台左右。

「去三星化」背景下的一拍即合

其實,蘋果在2013年與台積電簽約,背後頗有一些無奈的意思。當時,蘋果不僅每年向三星獨家訂購手機SoC,還要訂購大量顯示螢幕和記憶體晶片。可以說,蘋果越來越意識到供應鏈對三星依賴帶來的危險。

三星與蘋果的合作關係起源於2005年1月推出的iPod Shuffle(搭載三星內存晶片)。那時,三星已經推出一系列手機,而蘋果還沒有手機業務。

iPod Shuffle大獲成功,截至當年4月份已售出約180萬台。這為蘋果、三星開啓了一段通力合作的「美好時光」。有消息稱,蘋果在2005年8月份即與三星簽約,大方表示要佔用三星40%的記憶體晶片產能。

▲iPod Shuffle

隨後幾年,蘋果和三星的合作逐漸加深,蘋果下給三星的訂單也從內存晶片擴展到顯示屏和手機SoC。從iPhone 4搭載的A4到iPhone 5S搭載的A7,全部是由三星獨家代工。

但是,一切從蘋果推出iPhone的那一刻就已經發生了微妙的不同。商場如戰場的鐵律告訴我們,要分同一塊市場蛋糕的對手終究難以保持水下甚至表面的和平。

2010年,三星推出了第一代Galaxy手機Galaxy S。看到Galaxy S照片時,蘋果的人當即傻眼:這和iPhone也太像了吧!像到蘋果不認為自己被抄了都難。

▲左-三星Galaxy S手機,右-蘋果iPhone 4

如果說面對極其相似的產品,蘋果還能「忍一時風平浪靜」,那麼市場數據的變化則讓蘋果徹底坐不住了。2008~2011年,三星智慧手機全球份額增長了6倍、2011年達到了19.1%(第一),而蘋果以19%的份額居於第二。

2011年,蘋果把三星告上了法庭,稱三星抄襲了自家產品的外觀、風格等。2012年,美加州地方法院判決三星侵權成立。由於蘋果、三星始終沒能就賠償金額達成一致,二者之間這場官司斷斷續續打到了2018年才徹底結束。

要指出的是,在打官司期間,蘋果A5、A5X、A6、A7晶片(2011~2013年)的訂單還是只能下給三星。比會抄襲的競爭對手更可怕的,可能就是會抄襲還捏住了你核心硬體供應鏈的競爭對手。對於憋屈的蘋果來說,已經低調開始進行20nm製程合作研發、正積極擴大產能的台積電成為最可靠的選擇。

iPhone 6的銷量數字也證明,經過2010至2013年的打磨,蘋果的晶片代工「備胎養成」計劃十分成功。

如果說台積電用百人「One team」拼出了A8晶片的成功和蘋果的信任,那麼A9晶片則幫台積電在市場的較量中勝過了三星。

蘋果在2015年發佈的iPhone 6s和iPhone 6s Plus中搭載了A9晶片。而A9晶片是三星和台積電以2:3的訂單比例共同代工。其中,三星採用14nm製程工藝,台積電採用16nm製程工藝。

讓人大跌眼鏡的是,雖然號稱製程更先進,但三星生產的A9晶片在網友實測中「翻車」了。網友實測顯示,台積電生產的A9晶片功耗更低,甚至在iPhone 6S中能達到高於三星產A9晶片30%的能耗優勢。

因此,網友大面積對三星表示不滿。最後蘋果官方不得不發聲,稱台積電和三星生產的晶片間的差異不會超過2~3%。

但是,網友並不買帳,甚至有人發佈教程,教授消費者拿到iPhone 6/6S後快速辨別晶片來自三星還是台積電,號召消費者退貨搭載三星晶片的產品。

經此一役,台積電坐擁蘋果的100%信任和市場檢驗的「合格證書」。如果說在2010年這場戰役開打時,三星和台積電還能稱得上是不相伯仲,甚至三星略勝一籌,那麼到了2015年iPhone 6發佈之後,台積電則是超越了三星。

A9以後的每一代A系列晶片,都是由台積電獨家代工。

結語:蘋果補全晶片版圖和台積電的新起點

從iPhone 6搭載的A8起,台積電與蘋果開始了業務往來。到今天,iPhone 12搭載的5nm製程晶片同樣出自台積電產線。

然而,今年台積電與蘋果的合作更有一層特殊的意義。蘋果將在新款Mac電腦中使用自研的Arm架構晶片。這意味著蘋果的自研晶片帝國版圖終於完整。

同時,台積電也把「One Team」這種玩法實行得風生水起。7月8日,@手機晶片達人再度爆料,稱英特爾從2021年後要把GPU和CPU拿給台積電代工。作為回報,台積電同樣拿出一個專門的「Team」對其服務。

另外,代工Arm架構的電腦晶片對台積電來說也是一個新起點。目前,個人電腦、服務器等都是基於X86架構晶片。隨著台積電代工的Arm架構電腦晶片逐漸成熟,未來電腦晶片架構也更多了一種可能。

未來是否會出現更多Arm架構的電腦晶片?台積電是否會開啓一個Arm架構電腦晶片時代?一切皆有可能。

《轉載自36氪》

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