蘋果換芯錄:一次次背叛盟友,毒蘋果風暴來襲

作者:36氪   |   2020 / 07 / 09

文章來源:36氪   |   圖片來源:股感知識庫


1997 年,賈伯斯回歸蘋果(Apple, AAPL-US)後不久,決定停止授權同類電腦製造商使用自己的麥金塔作業系統(macOS)。他向時任摩托羅拉(Motorola Solutions, MSI-US)CEO 克里斯·高爾文提議,如果對方加速研發用於筆記本電腦的新版威力晶片,那麼蘋果可以考慮破例,授權摩托羅拉StarMax Mac電腦使用macOS。

利用自身優勢掌控話語權,是典型的蘋果式的談判策略。從 1994 年起,蘋果就一直使用IBM(IBM-US)和摩托羅拉聯合生產的PowerPC架構微處理器,這款晶片的速度一度領先英特爾(Intel, INTC-US),蘋果還曾在自己的廣告中大肆吹捧。但賈伯斯回歸時,摩托羅拉生產的晶片已經落後,提升性能已勢在必行。

賈伯斯延續了一貫的強硬風格,他對著高爾文大罵 「摩托羅拉的晶片爛透了」,後者隨即反駁,雙方不歡而散。賈伯斯開始暗中計劃拋棄IBM、摩托羅拉的威力晶片,投入英特爾懷抱。

更換晶片的工程量極其巨大,相當於需要重寫整套作業系統,因此直到 2005 年,蘋果和英特爾才就合作發表了聲明。那一年,應邀出席蘋果百傑集思會的英特爾CEO保羅·歐德寧(Paul Otellini),身著兔子裝一樣的實驗室外套,將懷中的矽片交給賈伯斯,兩位矽谷傳奇人物歷史性的擁抱在了一起。

《史蒂芬·賈伯斯傳》書中記載了賈伯斯與歐德寧談判經歷,「兩人的大多數談判都在散步時完成,這是賈伯斯喜歡的方式。有時他們會沿著史丹福校園內的小徑,一直漫步到山丘上。散步開始時,賈伯斯會以一個故事開頭,闡述自己如何看待電腦演進的歷史,而散步結束時,已經在就具體數字討價還價了。」

然而,蘋果和英特爾的合作再次驗證了,沒有永遠的朋友,只有永遠的利益。蘋果後來的王牌產品iPad和iPhone都沒有採用英特爾晶片,歐德寧說這是賈伯斯控制慾和強迫症的表現,「他想要控制產品的每一個環節,從晶片到材料。」

如今,兩位矽谷傳奇人物都已辭世。賈伯斯逝世後,庫克繼續帶領蘋果深耕硬體和軟體,把終端、軟體和晶片都握到了手裡。庫克不久前正式宣布,將拋棄合作十五年的英特爾,推出ARM版的自己研發的Mac處理器。「Mac向前邁進了一大步,我們正在迎來Mac自己的蘋果晶片的日子」,庫克稱這是「Mac歷史性的一天」。

蘋果換芯是消費電子品牌和半導體巨頭長期博弈的縮影,很大程度上也代表了大型消費電子品牌核心技術自己研究的趨勢。而在全球產業鏈分工合作遭遇信任危機的背景下,這可能也是傳統「貿工技」產業路線走向終結的開端。

失效的摩爾定律

過去數十年,半導體和消費電子產業的繁榮仰賴英特爾聯合創辦人戈登·摩爾(Gordon Moore)的重要發現:積體電路每個晶片所能容納的晶體管數目大約每兩年就會翻新,性能和性價比也會提升一倍。摩爾定律能對產品性能和性價比作出可靠預測,讓蘋果等電腦製造商對自己未來的產品成本作出準確計算,這也促使英特爾在上世紀八十年代把業務重心從儲存器晶片轉移到微處理器。

英特爾等早期晶片廠商大多選擇IDM模式,一手包辦設計、製造、封裝測試到銷售自有品牌IC的每一個環節。IDM的好處是能對設計、製造等環節協同優化,並有條件率先實驗、推行新的半導體技術。但是隨著晶片製程越來越接近物理極限,選擇IDM的廠商普遍面臨晶片製程迭代的瓶頸,連摩爾本人也承認摩爾定律已經放緩。

摩爾定律放緩對蘋果來說是不是好消息,因為這影響到了它從外部購買電腦晶片。 2003 年,賈伯斯在推出搭載PowerPC處理器的Mac時承諾,一年內處理器頻率能達到 3GHz ,但兩年後都沒有實現。 2004 年,IBM 90nm 晶片連續多個季度產能不足,蘋果新版Mac電腦的發佈時間被迫延長到當年九月。

IBM放了蘋果鴿子,被消費者指責的卻是蘋果公司。

同樣的情況也發生在英特爾上。英特爾 14nm 製程已經停滯了六年,期間處理器的更新,沒有進行製程的迭代,全靠提升主頻和內核(Kernal)來提升性能。除了這種「擠牙膏式」的創新,英特爾還遇到了產能問題,處理器發佈時間經常跳票。十五年前,蘋果宣布旗下Mac處理器從IBM的PowerPC架構轉向英特爾 X86 架構時,賈伯斯對外人說,「我們向PowerPC 過渡已經十年了,我們認為Intel 的技術將幫助蘋果在未來十年創造出最好的個人電腦。」

而現在,是時候離開英特爾了。

半導體產業的專業分工給了蘋果選擇。隨著製程的提升以及晶圓尺寸的增加,晶片製造的技術和資金門檻越來越高,動輒數十億美元的投入,專業分工成為趨勢。晶片廠商在原有IDM模式之外,出現了Foundry(僅代工)和Fabless(僅生產)兩種模式。

半導體專業分工誕生了兩家標誌性的公司,一家是專注晶片技術授權的ARM,另一家是專注晶片代工生產的台積電( 2330-TW )。ARM提供低功耗的晶片解決方案,以IP授權模式統治了行動端晶片;台積電則在代工上一條路走到黑,靠著先進的晶片製程延續了摩爾定律,佔據了全球晶片代工的大半壁江山。

期間,晶片製程曾在 157nm 處卡關,當時就有摩爾定律失效的說法。全球頭部廠商砸進數十億美金,卻成效甚微。本來光刻機都是乾式的,以空氣為介質,產業界想在光刻機的「光」上做文章;但一個叫林本堅的台積電工程師卻想做浸潤式的光刻機,採用液體水作為介質。

林本堅的理論被當時「光刻機霸主」日本佳能(Canon, 7751-JP )和尼康(Nikon, 7731-JP )抵制,但得到了荷蘭小廠艾司摩爾(ASML Holding N.V., ASML-US)的應用。艾司摩爾後來發展成光刻機巨頭,兩家公司的聯盟關係,也徹底改變了台積電在晶片製造業的地位。

目前,IDM廠大多在 14nm 停滯不前,台積電的 5nm 已實現商用, 3nm 將於明年量產。台積電製程領先的另一面,是創辦人張忠謀的技術中立理念,他承諾 「絕不突破製造與封測邊界」 ,這讓台積電贏得了產業界的信任。

此次Mac電腦的換芯計劃,蘋果選擇和iPad和iPhone等行動端自研晶片一樣,專注晶片設計,將生產環節交給台積電。PC時代的「芯酸」讓蘋果痛定思痛,行動網際網路時代,蘋果從一開始就走上了晶片自研的道路。

三星和高通陷阱

2007 年的蘋果Macworld 大會,是一場載入史冊的發布會,iPhone開啟了全球智慧型手機的浪潮,以及隨之而來的行動網際網路革命,其誕生的革命性意義早已無需贅述。從第一代iPhone開始,賈伯斯就表露出了自研晶片的執念。他沒有選擇英特爾,而是與三星合作成立邏輯晶片部門,共同為iPhone設計晶片。

彼時,三星是橫跨半導體和消費電子產業的新晉王者,完成了從晶片(設計及製造)、儲存器(NAND快閃記憶體及DRAM記憶體)、螢幕到終端的智慧型手機全產業鏈佈局,三星「帝國」完善的上下游配套和精湛技術,保證了蘋果手機的穩定產能,而三星在與蘋果的合作中也獲利頗豐。

但是這種雙贏的局面也有顯而易見的隱憂。由於三星也生產智慧型手機,兩家公司不可避免的存在競爭關係,三星在與蘋果合作的過程中,難免「借鑒」對方的某些創意。

三星第一代Galaxy系列高端智慧型手機與初代iPhone極為相似。蘋果律師後來揭露的一份三星內部報告中稱,「只要Galaxy手機更像iPhone,它就會變得更好。」從 2011 年蘋果起訴三星Galaxy系列產品抄襲iPhone和iPad的設計開始,兩家巨頭就開始了持續數年的訴訟和反訴戰爭。

賈伯斯曾向歐德寧解釋拒絕與英特爾合作行動終端晶片的原因是,「擔心自己的技術被競爭對手掌握」,沒想到這種擔憂首先在三星上應驗了。

對於蘋果來說,與三星合作的另一問題還在於後者對智慧型手機產業鏈的影響力。智慧型手機和平板產品中成本最高的螢幕、儲存器和晶片等核心組件,三星都是重要供應商,尤其是在高端螢幕和記憶體領域更是接近壟斷。

市場市調研究機構iSuppli曾做過測算,三星在最初幾代iPhone和iPad硬體成本中佔比超過了 30% 。

賈伯斯和三星接班人李在鎔的私人關係,曾被認為是最初幾年兩家公司緊密合作的關鍵。 2011 年 10 月 16 日,史丹佛大學的賈伯斯追思會,李在鎔是少數獲邀嘉賓。為了表示對賈伯斯的尊重,他取消了一場原定於當天召開的三星產品發布會。

儘管三星當時剛輸掉與蘋果的官司,一款平板電腦被判禁止在德國和澳大利亞銷售,但是面對大客戶蘋果,李在鎔還是一再示好。追思會後,李在鎔見了庫克,李承諾將如期完成 2012 年合約到期前的所有供貨,並在未來幾年為蘋果提供更好的零組件。

但是商業的歸商業,蘋果顯然無法容忍三星一家獨大。「供應鏈管理大師」庫克一手主導了蘋果供應鏈的多元化。面板供應上,引入LG、夏普(Sharp, 3545-JP )、日立(Hitachi, 6501-JP )和JDI;儲存器供應上引入鎂光、海力士和爾必達逐步把蘋果供應鏈重點從三星轉向日本、台灣和大陸地區。

核心晶片也同樣在去三星化。 2010 年 1 月發布的iPad上,蘋果首次採用了自研的 A4 處理器,這款晶片隨後也被用到了跨時代的iPhone 4 上,A系列處理器自此成為iPhone標配。

正如前文提到,蘋果自研晶片僅是設計自研,晶片製造需要交給代工廠。 A4 、 A5 、 A6 、 A7 都由三星代工, A8 蘋果首次引入台積電, A10 蘋果將全部的生產合約交給台積電,徹底在晶片製造層面擺脫了三星的影響。

除了三星,蘋果同樣想要擺脫的還有行動通信晶片製造商高通。這家號稱「律師比工程師還多」的公司,在 3G 時代累積了無可撼動的專利組合,只要IC廠商設計或使用含有其專利的基頻晶片,就需要獲得授權並繳納專利許可費,否則就視為侵權。

基頻晶片性能決定著手機信號強弱,包括蘋果在內的手機製造商根本無法繞開。 2011 年在iPhone 4S 中引入高通的基頻晶片開始,蘋果和高通合作多年。高通為蘋果提供iPhone和iPad基頻晶片及專利技術,蘋果為高通帶來相應的專利授權許可收入。長達六年的「蜜月期」後,雙方的矛盾在 2017 年 1 月 20 日公開化:蘋果公司向聯邦法院提起訴訟高通利用市場支配地位濫徵專利使用費,要求高通支付已承諾退還給蘋果的 10 億美元專利使用費。

蘋果突然發難的直接原因,是高通決定不再向蘋果返回因為購買高通基頻晶片的專利費優惠。高通要收回蘋果這部分優惠,將直接導致蘋果專利費支出的增加及利潤的縮減。不過這只是導火線,所有人都知道,雙方合作破裂的根源是高通按整機比例收取專利費的打包收費模式。

蘋果和高通通過談判,將每部手機繳納的專利費降到十幾美元,作為獲得優惠「高通稅」的條件,蘋果須承諾不會挑戰高通的專利地位,也不主動推動監管部門對高通進行反壟斷調查,只允許被動配合調查。

2016 年底,高通和蘋果的這種默契被韓國對高通發起的反壟斷調查打破了。在此期間,高通還遭到美國聯邦貿易委員會的起訴。高通認為這兩項調查的幕後推手正是蘋果公司,所以就有了上述決定。

對於消費電子品牌來說,蘋果與三星、高通的恩怨,有教科書級的啟發意義:核心技術依賴產業鏈創新會受制於人,供應鏈多元化能夠提升業務安全性。

控制每一個核心環節
與高通關係破裂後,蘋果開始在iPhone 7 中引入英特爾基頻。隨著雙方關係惡化,蘋果最終在iPhone XS的基頻供應商名單中將高通完全剔除,只留下英特爾一家。

讓蘋果無奈的是,被他反覆拋棄的老隊友英特爾再次展示了不可靠的一面:與使用高通 X12 基頻的iPhone 7 相比,使用英特爾基頻的iPhone 7 性能相對弱勢;iPhone XS系列被認為是有史以來信號最差的蘋果手機;由於英特爾 5G 基頻遲遲無法量產,蘋果至今沒能推出 5G 手機。

蘋果曾尋求採購三星的 5G 基頻晶片,被對方以產能不足為由拒絕。面對華為拋出的橄欖枝,蘋果也只能避而遠之。蘋果最終在現實面前做了妥協, 2019 年 4 月 1 日與高通達成和解。雙方都希望結束這場的訴訟大戰,高通失去蘋果的授權費每年損失高達數十億美元,蘋果也急需獲得高通的 5G 基頻晶片。

當然,與高通的和解更多是短期內的權宜之計,控制產品的每一個核心環節才是蘋果的長期戰略。蘋果仍在推進自研基頻晶片計劃。與高通達成和解 3 個月後,蘋果花費 10 億美元收購英特爾基頻晶片部門,獲得了 2200 名技術人員以及 17,000 項專利。

收購公司、獲取技術、吸納人才,是蘋果自研晶片的核心路徑。從涉足自研晶片開始,蘋果就多次通過收購晶片公司,獲得想要的技術和人才。在花費數千萬美元買來ARM的最新架構後, 2008 年,蘋果以 2.78 億美元收購了Palo Alto半導體(PA 半導體); 2010 年,收購晶片設計公司Intrinsity; 2011 年底,收購以色列快閃記憶體控制器設計公司Anobit; 2013 年,又收購了致力於低功耗通信晶片的Passif半導體。

這些收購讓蘋果得以在短時間內完成技術和專利的累積,同時也獲得了大量相關領域的人才,比如在收購PA 半導體時,蘋果就成功吸納了傳奇晶片設計師Jim Keller。

Jim Keller有一句流傳甚廣的話:「我這個人沒什麼太大成就,你們用過最好的CPU,都是我設計的。」

如果無法收購,蘋果會選擇從同業高薪挖人。主管蘋果硬體的高級副總裁Johny Srouji,就是蘋果從英特爾挖來的,目前負責蘋果電池、應用處理器、儲存控制器、感測器晶片、顯示晶片和其他晶片的研發。

除了Jim Keller和Johny Srouji,蘋果晶片名單裡還有一長串名單 Sribalan Santhanam、Raja Koduri、Bob Drebin、Mark Papermaste等等。這些曾在AMD、ATI(Allegheny Technologies, ATI-US)、IBM、英特爾以及高通等矽谷半導體巨頭擔任要職的人,現在成了蘋果自研晶片背後的功臣。

Johny Srouji在今年蘋果全球開發者大會的主題演講中,總結了蘋果十幾年來自研晶片的進展:蘋果已交付 20 億個系統級晶片(SoC),還設計並交付了數十億其他晶片。

從 2010 年第一款自研晶片 A4 落地,十餘年時間,蘋果的自研晶片解決方案已從iPhone智慧型手機的A系列晶片,拓展至iPad平板電腦的A系列X晶片、Apple Watch智慧手錶的S系列晶片、AirPods耳機的 W1 / H1 晶片。

蘋果的晶片生態隨著終端產品的豐富不斷完善。iPhone之後的每一款蘋果產品,核心晶片均是自研,即將推出的Mac晶片,則會補齊這個生態的最後一環。

晶片全部自研帶來的好處顯而易見,這一方面保證了蘋果在核心技術上不再受制於人,另一方面也會帶來更多的利潤空間。蘋果可以完全按照自己晶片的研發進度推出終端產品;自研晶片的性能和體驗,能夠把蘋果的產品與競爭對手區分開;專注設計、製造交由台積電代工的模式,意味著晶片成本將進一步降低。

當然,我們也應該看到蘋果自研晶片仍面臨的挑戰。蘋果自研基頻晶片進展緩慢,從公開的資訊來看,蘋果最早要到 2022 年才能將自研基頻用到 5G iPhone上,在此之前,蘋果仍需顧忌高通的影響力。

賈伯斯時期,蘋果借助革命性的產品和獨有的macOS/iOS作業系統,逐漸構建起了完善硬體和軟體生態。繼任者庫克繼續深耕硬體和軟體,並在核心晶晶片取得長足進展。蘋果把終端、系統和晶片都握在手裡,並牢牢掌控了供應鏈話語權,成為數十年來最成功的科技公司,最新市值已接近 1.6 兆美元。

自研晶片是蘋果與IBM、英特爾、高通和三星等半導體巨頭長期博弈的結果,也是基於自身業務的長期戰略選擇。

全球範圍內的眾多消費電子品牌也正在走上類似的路徑。在全球產業鏈分工合作遭遇信任危機的當下,這種選擇更具現實意義,也很有可能預示著傳統「貿工技」產業路線正在走向終結。

結語

1997 年,賈伯斯與高爾文的那場談判對摩托羅拉影響深遠,除了逐漸失去蘋果威力晶片的訂單,摩托羅拉還由於缺少macOS支持,不得不停止生產StarMax Mac,逐漸退出個人電腦市場。脫離軟體單談硬體是無源之水、無本之木。

軟體一直是蘋果的靈魂,很長一段時間,獨一無二的作業系統,增加了蘋果與諸多巨頭博弈的籌碼,蘋果在牢固的「Wintel聯盟」中撕開了一道缺口。

蘋果在 2020 年的開發者大會上,宣布了自研Mac電腦晶片計劃,同時也對macOS 進行了升級。新的作業系統被命名為BigSur,那是加州海岸的著名景點,沿著蜿蜒的一號公路從舊金山往南途經此地,一邊是險峻的峽谷,另一邊是一望無際的太平洋。

蘋果的寓意是希望搭載自研晶片的Mac,擁有廣闊的未來。而核心硬體和軟體上都在迅速補課的中國消費電子品牌,也得重新思考未來的發展方向。

參考資料:

  • 《史蒂芬·賈伯斯傳》沃爾特·艾薩克森
  • 《後喬布斯時代蘋果與三星的帝國暗戰》
  • 波波夫《歷史潮頭上的台積電》遠川研究所
  • 《Mac換芯,蘋果與英特爾的友誼小船還能撐多久》芯東西

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