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苹果IOS芯片崛起发展过程解析

2020年07月09日 11:17 次阅读

在苹果长达十年的自研芯片旅程中,正式发布以 ARM 架构为主的 Mac 电脑处理器,来取代长久以来的英特尔 x86 架构,是历史性的一页。

一直以来,苹果用两种方式来打造属于自己的芯片帝国:

一是自主研发,现在苹果内部的芯片研发团队已有数千名员工;

其次,是以收购方式获取新技术,吸收后再整合进入自家的研发团队中,像是指纹识别芯片 Authen tec 和 3D 体感芯片/脸部辨识芯片 PrimeSense。

从 2010 年苹果 iPhone 4 发布首款自研的 A4 处理器开始,掀起系统厂自主研发芯片的风潮,也逐渐改变芯片厂、系统公司、晶圆代工厂的产业之间的关系。

苹果自制芯片除了核心的处理器之外,还扩及到电源管理芯片、显示屏驱动芯片、GPU、基频芯片、指纹辨识芯片、3D 体感芯片等,还有基于 Arm 架构的 Mac 电脑处理器芯片,整个来看,苹果已经建立了一座芯片帝国。

苹果经历多次换“芯”

成立于 1976 年的苹果,已经有 44 年历史,2007 年推出第一款智能手机 iPhone,并将公司名称从苹果电脑改名为苹果公司,为公司未来发展重新定义。

在苹果成立 44 年的历史中,经历许多次电脑处理器架构的更换。在推出 Mac 之前的微电脑 Apple II,是采用 MOS 的 6502 处理器,1984 年推出的 Mac,就改用摩托罗拉的 68K 架构。

到了 1994 年,苹果再从摩托罗拉的 68K 系列架构转向 AIM 联盟(苹果、IBM、摩托罗拉)共同开发的 PowerPC 处理器架构。

最近一次是 2005 年,苹果从 PowerPC 架构转向英特尔 x86 处理器架构,开启双方长达 15 年的深度合作。

苹果基于 Arm 架构自研 Mac 电脑的处理器芯片,来取代英特尔的 x86 架构的终极野心,这几年来在业界已是公开的秘密,今年在 WWDC 上发表后,等于是证实且宣告这项规划正式上路。

根据苹果规划,首款采用苹果自研芯片的 Mac 将于今年底上市。苹果并不会立即放弃英特尔的处理器,搭载英特尔芯片的 Mac 芯片也会同步开发,预计从英特尔芯片完全换到苹果自研芯片,需要两年的过渡期。

自研iPhone处理器的巨大成功

苹果自研 Mac 处理器芯片计划的背后,当然是基于 iPhone A 系列手机处理器的巨大成功,以及合作伙伴台积电在技术支持上的全力相挺,传出台积电有至少 300 位工程师助力苹果,涵盖研发、设计、制造、封装等每个环节。

苹果 iPhone 处理器的成功,也有一段曲折的历史,包括初期裁掉内部芯片团队,打算直接用英特尔 Atom 处理器; 找三星代工、收购关键的 PA Semi、与三星关系生变,一直到找上台积电代工。

iPhone 处理器的打造,是从三星与 Arm 开始。其实当时,苹果曾考虑与英特尔合作。

苹果最早在开发 iPad 时,曾考虑采用英特尔的 Atom 处理器。当时 Atom 仍在研发阶段,但苹果创办人乔布斯对于英特尔的技术能力充满信心; 甚至在 2005 年,决定裁掉苹果早年为了 Mac 而设立的芯片设计部门。

不过,有“iPod 之父”之称的 Tony Fadell 则是反对使用英特尔的 Atom。在他的坚持下,乔布斯同意改用设计更简单、同时也更省电的 ARM 架构。

后来前英特尔首席执行官 Otellinii 曾表示,与苹果双方没有合作移动设备芯片,关键原因是报价; 同时,他也认为苹果的移动设备销售量顶多百万台出货量,不会让英特尔带来太大获利。

最终,苹果是和三星合作,设计 Arm 架构的 iPhone 处理器芯片。

2007 年,苹果发布第一代 iPhone,使用三星设计的 Arm 架构 SoC,GPU 是 Imagination 的 PowerVR

三星这款基于 Arm 架构的 SoC 效能表现不差。因为当时在 Arm 架构上的操作作业系统例如 Nokia 的 Symbian、微软的 Windows CE、初版的 Android 等,都是功能简单的轻量系统。然而,三星打造的 SoC 却能帮助苹果在 Arm 架构下,执行改写自 Mac OS X 的 Unix 系统,且有完整的 UI 效果。

苹果的成功,让许多业者重新调整了开发计划,这当中就包括日后 Google Android 阵营的崛起。

但是,三星 SoC 也不是没有缺点,毕竟它的原始设计只是基于三星的 DVD 播放器里面架构。

为了能维持 iOS 的优势与独特性,苹果深知必须要自主研发处理器。

因此,在第一代 iPhone 发表不久后,苹果即与三星、ImaginaTIon 签署 SoC 和 GPU 的开发协定,同时也开始重组自己的芯片研发团队。

苹果与三星的相爱相杀

2008 年苹果招揽曾任职于英特尔和 IBM 的 Johny Srouji,也就是现在的苹果硬件技术部门的高级副总裁; 更在同年收购矽谷新创公司 P.A Semi,成为日后成为 SoC 技术团队核心。

苹果首款自研的 A4 处理器搭在于 iPhone 4 内,首度在 2010 年问世。当中采用 Arm 的 Cortex-A8 为 CPU 核心,以及 ImaginaTIon 的 PowerVR SGX 535 作为 GPU。

2010 年,苹果更收购了专门开发移动设备芯片的 Intrinsity。虽然苹果是以 Arm 的 Cortex-A8 为架构设计了第一颗 A4 处理器,当中与 Intrinsity 的合作,达成 CPU 架构的优化。

初期,苹果的自研芯片是交由三星代工,但后来三星把改版的 Cortex-A8 核心用在自家的 SoC 产品 S5PC110 中; 在 2011 年又将 S5PC110 改称为 Exynos 3,成为三星最早以“Exynos”命名的自家 SoC 产品,使用在一系列 Galaxy 系列移动设备里中。

加上三星陆续在智能手机上显露头角,苹果逐渐将三星视为竞争对手,便开始寻求其他代工厂来取代三星,与台积电接触便是从当时开始。

诚如文章之前提到,iPhone 处理器的成功,给了苹果很强的信心与底蕴要自行开发 Mac 电脑的处理器芯片,把英特尔彻底取代。

观察在苹果这十年来的自研芯片过程中,一直被很多人视为是“毒苹果”,一旦咬上一口,会带来营收和股价飞天。

但合作过程中,也可能会随时被取代与抛弃,在此也细数苹果这几年究竟有哪些自研的芯片产品,以及并购或抛弃过哪些公司。

电源管理芯片:Dialog

苹果在第一代的 iPhone 上就与电源管理芯片供应商 Dialog 合作,由 Dialog 提供电源管理、音频子系统、快充芯片,以及其他混合信号整合芯片。

Dialog 运营也跟随苹果 iPhone 的热卖一路成长。2007 年 Dialog 的全年营收才 8677 万美元,到了 2017 年已成长至 13.53 亿美元,十年间增长 15 倍,且公司 70% 以上营收来自于单一客户苹果。

Dialog 也不是对于运营全押宝在单一客户的情况没有警觉心,自身更不断多元化业务领域,扩充至蓝牙芯片、快充技术、LED 芯片等。

苹果与 Dialog 合作十年也够久了。约 2017 年左右,业界开始传出苹果要自制电源管理芯片的消息,甚至在苹果自组的研发团队中,不少工程师都是来自于 Dialog。

后来苹果与 Dialog 达成协议,先支付 3 亿美元资金买下其部分资产与技术专利,以及预付 3 亿美元,作为后续几年采购 Dialog 产品的预付款; 再者,Dialog 也将 16% 的员工,共计 300 名工程师“转让”给苹果,双方彻底切断关系。

GPU IP技术:ImaginaTIon

ImaginaTIon 与苹果也是从第一代 iPhone 处理器就开始合作,同时苹果也一直是 Imagination 最大客户。

苹果在 2017 年也曾宣布要在 15 个月至 2 年内逐步停止使用 Imagination 的 GPU IP 技术; 随后,苹果在 2018 年推出的 iPhone X 和 iPhone 8 手机用上自行设计的 GPU 产品,搭载在 A11 芯片中。

被苹果抛弃后的 Imagination 被迫出售,在 2017 年 9 月由私募基金 Canyon Bridge Capital Partners 以英镑 5.5 亿元所收购。

到了 2020 年,Imagination 终于与苹果达成协议,为公司长达 2~3 年来的运营不确定性划下句点,协议内容主要是由苹果支付专利授权费用,以使用其 GPU 技术。

业界认为,苹果可能无法在短期内处理好与 Imagination 的专利纠葛,这将影响其自行设计 GPU 和自给自足的计划,因此与 Imagination 达成协议。

显示屏驱动芯片:新思 Synaptics

苹果也传出自研显示屏驱动芯片,这也是供应商新思运营的隐忧之一。

苹果一直是新思的重要客户之一,但这几年新思来自于苹果的订单数量已经大幅减少,主要是因为 iPhone 的 OLED 机种是采用三星的 OLED 显示屏搭配 OLED 驱动芯片。

新思这几年在运营上不断朝多元化转型,包括收购美满电子 Marvell 的多媒体解决方案业务部门、音频处理方案供应商科胜讯 Conexant 等。再者,也于 2019 年底出售 TDDI 业务部门给韦尔。

基频芯片:英特尔与高通

基频芯片是看似容易,但非常需要下苦工,以及与每一代通讯协议技术积累。

苹果在 iPhone 初期用过英飞凌的基频芯片(后被英特尔并购),从 2011 年 iPhone 4s 开始,高通就一直是苹果基频芯片的独家供应商。

站在苹果的角度,显然不想看到核心元件被高通钳制,因此从 2016 年 iPhone 7 开始,在特定地区的机种采用英特尔的 4G 基频芯片,这被视为是制衡高通的手段之一。

高通、英特尔双供应商的策略,一直持续到 2017 年的 iPhone 8 和 iPhone X 系列; 然而 2018 年出现重大转折。

当时,苹果因为与高通的技术专利官司,2018 年发布的 iPhone 全都使用英特尔的 4G 基频芯片,只能说这是当时苹果的唯一选择,之后却出现“信号门”事件,让很多消费者反弹。

之后在 2019 年,苹果正式与英特尔签署协议,以 10 亿美元收购英特尔的基频芯片事业部门。同时,也收购英特尔相关部门约 2000 名员工,象征苹果正式大举投入开发5G的基频芯片。

指纹识别芯片:AuthenTec

除了自研核心技术外,苹果也是时不时会收购新创公司来获取创新技术,接下来要讨论的指纹识别芯片 AuthenTec、人脸识别技术 PrimeSense,就是两个最成功的案例。

跟很多技术的发展路程相似,指纹识别技术也不是苹果发明的,但却是苹果发扬光大的。

苹果在 2012 年收购以色列的指纹辨识技术商 AuthenTec。这家公司曾为很多 NB 大厂导入相关的指纹识别技术,包括惠普、戴尔、联想 、富士通等。

苹果的领军,让安卓手机阵营也积极加入指纹识别行列。初期瑞典 FPC 公司的后置指纹辨识就成为救急方案之一,受到华为、小米等青睐,逐渐发展成为当时安卓手机阵营的指纹识别技术主流路线。

之后汇顶的指纹识别技术势力开始崛起,逐渐侵蚀 FPC 的市占率。

这样的发展非常自然。欧美公司在初期技术领先阶段,会比较占上风; 到了市场需求大爆发时期,客户会开始追求品质与成本的平衡,亚洲供应商通常会在这一阶段大举切入,一举通吃市占率。

人脸识别技术:PrimeSense

2017 年苹果新机 iPhone X 登场,全球科技产业掀起一阵人脸解锁的热潮,这款技术照样不是苹果首创,但又是苹果引发潮流。

苹果的人脸识别技术来自于收购 PrimeSense,这也是一家以色列新创公司,专注于 3D 传感技术。

PrimeSense 在被苹果收购之前,也是有一段风光的历程,其研发产品曾经被微软体感游戏机 Kinect 采用。只是,微软的 Kinect 第二代改为用自己开发的技术做取代,后来 PrimeSense 也卖给苹果。

PrimeSense 拥有的是结构光技术,苹果将该技术用在 iPhone 脸部识别解锁上,同样也引发安卓手机阵营跟进,只是技术阵营不尽相同,安卓多数是用 3D ToF 技术为主。

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  北京时间23日凌晨1点,苹果WWDC2020大会开幕。苹果公司宣布Mac电脑将转向公司自研芯片,演示样机的iMac使用...
发表于 2020-06-23 09:30 142次阅读
苹果MAC彻底不用英特尔芯片需要多长时间

WWDC2020:苹果发布iOS14 宣布Mac...

苹果推出了iOS 14,这是iPhone软件的最新版本,其中包括诸如设置默认邮件应用程序或浏览器应用....
发表于 2020-06-23 09:13 2420次阅读
WWDC2020:苹果发布iOS14 宣布Mac...

苹果Mac弃用英特尔芯片的原因

  苹果首次举行线上开发者大会(WWDC20),在一系列iOS14、macOS等软硬件更新宣布中,最重磅的莫过于苹果电...
发表于 2020-06-23 08:53 507次阅读
苹果Mac弃用英特尔芯片的原因

苹果正在开发具有A12或A12X Bionic芯...

除了Mac硬件和软件更新外,古尔曼还表示,苹果计划在WWDC上对tvOS,也就是苹果电视机顶盒进行小....
发表于 2020-06-22 15:13 510次阅读
苹果正在开发具有A12或A12X Bionic芯...

Zoom视频会议服务遭遇市场强烈质疑和批评声

在2020年疫情仍未完全结束时,一家视频会议公司Zoom名声大振,2020年4月有超过3亿活跃用户使....
发表于 2020-06-22 11:40 504次阅读
Zoom视频会议服务遭遇市场强烈质疑和批评声

苹果公司为什么要用ARM处理器

  尽管配备了出色的新键盘,但经过改进的新版MacBookPro13还是有一个大问题。苹果再次被迫出售较旧的英特尔处理器...
发表于 2020-06-22 11:21 201次阅读
苹果公司为什么要用ARM处理器

从手机到平板电脑,华为靠什么超越苹果?

618期间电商平台激战,各大平台传来喜报,尤其是平板电脑销量增速惊人。京东公布的华为在618期间的数....
发表于 2020-06-22 10:28 866次阅读
从手机到平板电脑,华为靠什么超越苹果?

苹果AR/VR头戴的最新进展_超高分辨率屏幕加持

具体来说,该报告涵盖了苹果前设计总监乔纳森和迈克·罗克韦尔(MikeRockwell)之间的分歧,后....
发表于 2020-06-21 11:25 90次阅读
苹果AR/VR头戴的最新进展_超高分辨率屏幕加持

arm架构的机器,就像机顶盒,有没有会把sd卡系统,复制到flash?

arm架构的机器,就像机顶盒,有没有会把 sd卡系统,复制到flash? ...
发表于 2020-04-03 11:19 376次阅读
arm架构的机器,就像机顶盒,有没有会把sd卡系统,复制到flash?

TPS2546与苹果手机连接问题

请问在车机项目中用到TI的tps2546充电IC,在与苹果手机进行互联连接过程中出现如下问题: 1、当苹果手机自身的电...
发表于 2019-10-23 21:17 887次阅读
TPS2546与苹果手机连接问题

为什么cc2541连接苹果ios10.3.1很慢?

各位大神好, 小弟我遇到一个郁闷的问题,cc2541连接苹果ios10.3.1很慢,大概需要20秒左右,如果是早期ISO的版本,...
发表于 2019-10-16 08:58 766次阅读
为什么cc2541连接苹果ios10.3.1很慢?

芯片业的机遇与条件有哪些?

“天下苦IP授权久矣。” 一夜之间,芯片业成为科技媒体的热门话题。 ...
发表于 2019-09-11 11:51 1236次阅读
芯片业的机遇与条件有哪些?

关于嵌入式ARM入学必知

初学者必知:ARM与单片机到底有啥区别?    1、软件方面     这应该是最大的区别了。引入了操...
发表于 2019-05-29 16:17 2435次阅读
关于嵌入式ARM入学必知

苹果第三代AirPods预计在2019年年底上市

  导读:苹果第三代AirPods预计会在今年年底前上市。   4月24日,据产业链最新消息,苹果正在准备第三代Air...
发表于 2019-04-27 09:28 3539次阅读
苹果第三代AirPods预计在2019年年底上市