12月27日消息，近日CNBC探访了苹果芯片实验室，苹果硬件技术资深副总裁Johny Srouji和硬件工程资深副总裁John Ternus接受了采访，介绍了苹果自研芯片的很多内幕。

纵观苹果发展历史，自2010年苹果在 iPhone 4 中首次采用了自研的A系列处理器，到现在苹果已经成功推出了一系列的自研芯片。比如面向iPhone的/iPad产品的A系列移动处理器、面向无线音频设备（AirPods）的W和H系列芯片、面向定位的需求的U系列芯片、面向Mac产品的M系列芯片、面向XR设备的R系列芯片。值得一提的是，截至今年，所有新款 Mac 电脑均采用苹果自研的M系列芯片，结束了该公司15多年来对英特尔的依赖。

负责硬件工程的Ternus 表示：“在过去 20 年里我们的产品中，苹果公司最深刻的变化之一，就是我们现在在内部开发的这些自研芯片技术。”

但是这一变化也让苹果面临了一系列新的风险。因为，苹果的自研芯片都是由同一家供应商——台积电制造。

今年11月，CNBC 参观了苹果位于加利福尼亚州库比蒂诺的园区，这是第一批获准在该公司芯片实验室内进行拍摄的媒体。苹果芯片部门负责人 Srouji也接受采访，讨论该公司进军定制半导体开发这一复杂业务的情况，亚马逊、谷歌、微软和特斯拉等厂商的自研芯片也依赖于外部的供应商来定制芯片。

“我们有数千名工程师，”Ternus说：“但如果你看看我们的芯片组合：实际上非常精简。效率很高。”

与传统的芯片厂商不同，苹果的自研芯片并不对外销售。“正因为我们并不对外销售芯片，所以我们专注于产品。”Srouji说：“这使我们能够自由地进行优化，而可扩展的架构使我们能够在不同产品之间重复使用各个部分。”

苹果的自研芯片之路

Srouji 于 2008 年加入苹果，领导着一个由 40 或 50 名工程师组成的小团队，为 iPhone 设计定制芯片。他加入一个月后，苹果以 2.78 亿美元收购了 PA Semiconductor，这是一家拥有 150 名员工的芯片初创公司。

Creative Strategies 首席执行官兼首席分析师 Ben Bajarin 表示：“苹果将开始研发自己的芯片，这是他们收购 PA Semi 后的直接收获。凭借其‘固有的设计重点’，苹果希望‘控制尽可能多的堆栈’。”

收购PA Semi 两年后，苹果在 iPhone 4 和初代 iPad 中推出了首款定制芯片苹果A4 。

“我们构建了统一内存架构，该架构可跨产品扩展，”Srouji 说。“我们构建了一个从 iPhone 开始的架构，然后我们将其扩展到 iPad，然后扩展到手表，最终扩展到 Mac。”

△苹果硬件技术资深副总裁Johny Srouji

苹果的芯片团队已发展到数千名工程师，在世界各地的实验室工作，包括美国、以色列、德国、奥地利、英国和日本。在美国，苹果公司在硅谷、圣地亚哥和德克萨斯州奥斯汀都设有研发机构。

苹果正在开发的主要芯片类型被称为片上系统（SoC）。Ben Bajarin 解释说，它将中央处理单元 (CPU)、图形处理单元 (GPU) 和其他组件结合在一起，有些其中还一个“运行神经​​引擎”的神经处理单元 (NPU)。

苹果的首款 SoC 是面向iPhone等移动产品的 A 系列芯片，从 2010 年的 A4 到今年9月已经进阶到了 A17 Pro，这业界首款3nm芯片。它是 iPhone 以及部分 iPad、Apple TV 和 HomePod 中的处理器。苹果的另一个主要 SoC 是 2020 年首次发布的面向Mac产品线的 M 系列，今年10月底已经迭代到了最新的M3系列处理器，这也是业界首款采用3nm工艺制造的个人计算机芯片，包括M3、M3 Pro和M3 Max。

值得注意的是，在2015年，苹果还推出了S 系列芯片，这是一款面向 Apple Watch的芯片，采用较小的系统级封装 (SiP)。之后推出的AirPods中也使用了自研的H系列和W系列芯片。此外，苹果还有针对苹果设备之间进行通信的U系列的UWB芯片。苹果最新的Vision Pro 产品当中也配备了苹果自研的R1芯片，该芯片可处理来自设备摄像头、传感器和麦克风的输入，还可在 12 毫秒内将图像传输到显示器。

“我们可以提前设计芯片，”Srouji 说。他补充说，他的员工与 Ternus 的团队合作，“准确无误地设计针对这些产品的芯片，而且只针对这些产品。”

例如，第二代 AirPods Pro 内的 H2 可以实现更好的降噪效果。在新款 Apple Watch Series 9 中，S9 提供了双击等不寻常的功能。在 iPhone 中，2017 年的 A11 Bionic 配备了第一个 Apple Neural Engine，这是 SoC 当中的人工智能（AI）任务专用内核，用于在设备上执行 AI 任务。

今年9月，苹果在 iPhone 15 Pro 和 Pro Max 中发布了最新 A17 Pro，实现了计算摄影和游戏高级渲染等功能的重大飞跃。

iPhone 营销负责人 Kaiann Drance 表示：“这实际上是 GPU 架构和苹果芯片历史上最大的重新设计。” “我们首次拥有硬件加速的光线追踪功能，还拥有网格着色加速，这使游戏开发人员能够创建一些真正令人惊叹的视觉效果。”

这将推动Ubisoft的《刺客信条：幻影》、《全境封锁》和Capcom的《生化危机 4》等 iPhone 原生版本的开发。

苹果表示，A17 Pro 是首款大批量出货的3nm芯片。

“我们使用 3nm工艺的原因是它使我们能够在给定尺寸内封装更多晶体管。这对于产品和更高的能效非常重要，”Srouji 说。“尽管我们不是一家芯片公司，但我们引领行业是有原因的。”

取代 Mac 中的英特尔芯片

苹果公司在今年 10 月份发布了用于 Mac 电脑的 M3 系列芯片，采用的也是台积电 3nm 工艺。苹果表示，M3 具有 22 小时电池续航时间等功能，并且与 A17 Pro 类似，还提高了图形性能。

“现在还为时过早，”在苹果工作了 22 年的 Ternus 说。“我们还有很多工作要做，但我认为现在 Mac 数量太多了，几乎所有 Mac 都能够运行 3A 游戏，这与五年前不同。”

△苹果硬件工程资深副总裁John Ternus

Srouji 说，当最开始研发产品的时候，“我们倾向于使用其他公司的技术，并且我们也在围绕该技术有效地构建产品。尽管注重美观的设计，我们还是受到了很多的限制。”

苹果在 2020 年开始逐步放弃使用英特尔的 PC 处理器，转而在 MacBook Air 和其他 Mac 中使用自研的 M系列芯片，这是半导体行业的一项重大转变。

△苹果M3芯片

“这几乎就像物理定律发生了变化，”Ternus说。“突然之间，我们可以打造出一款极其轻薄、无风扇、电池续航时间长达 18 小时的 MacBook Air，并且性能优于我们当时刚刚发货的基于英特尔芯片的MacBook Pro。”

Ternus表示，配备苹果最先进的 M3 Max 芯片的最新款 MacBook Pro，“比我们两年前生产的基于最快的英特尔芯片的MacBook Pro 快 11 倍。”

英特尔处理器基于 x86 架构，这是传统 PC 制造商的选择，很多软件都是基于英特尔X86处理器架构开发。而苹果公司的M系列处理器基于Arm架构，该架构以消耗更少的电量并有助于延长笔记本电脑电池的续航而闻名。

苹果 2020 年推出的基于Arm架构的 M1处理器在市场上的成功，证明了Arm架构处理器在PC市场的竞争力。值得一提的是，今年9月，苹果将其与 Arm的协议至少延长至 2040 年。

13 年前，当苹果第一款自研的定制芯片问世时，苹果公司作为一家试图在竞争激烈、成本高昂的半导体市场上生产自己产品所需芯片的公司，显得不同寻常。从那时起，亚马逊、谷歌、微软和特斯拉都尝试了定制芯片。

伯恩斯坦研究公司 (Bernstein Research) 董事总经理兼高级分析师史黛西·拉斯贡 (Stacy Rasgon) 表示：“苹果可以说是开拓者。” “他们表明，如果你这样做，你就可以尝试让你的产品脱颖而出。”

调制解调器很难

虽然苹果在很多芯片的自研上获得了成功，但是手机通信所需的调制解调器（基带芯片）仍是该公司尚未成功攻克的一大组件。

“处理器非常好。他们的困境在于调制解调器方面，即手机的无线电方面，”拉斯贡说。“调制解调器很难。”

目前苹果公司的调制解调器依赖高通公司供应，尽管两家公司在 2019 年解决了为期两年的知识产权法律纠纷之后，苹果以 10 亿美元收购了英特尔 5G 调制解调器业务的大部分股份，此举似乎正是为了开发自家的蜂窝调制解调器。但到目前为止，苹果自研的调制解调器仍未获得成功。今年9月，苹果与高通续签了供应协议，在 2026 年之前，高通仍将向苹果供应其调制解调器。

“高通仍然制造世界上最好的调制解调器，”Ben Bajarin 说。“在苹果公司能够做到同样出色的工作之前，我很难看到他们完全做到这一点。”

苹果公司的 Srouji表示，他无法对“未来的技术和产品”发表评论，但表示“我们关心蜂窝网络，我们有团队支持这一点。”

据报道，苹果公司还在 开发 自己的 Wi-Fi 和蓝牙芯片。目前，它 与博通就无线组件达成了一项价值数十亿美元的新协议 。苹果依赖三星和美光等第三方提供存储芯片。

当被问及苹果是否会尝试设计其所需芯片的每个部分时， Srouji说：“我们的愿望是，希望打造世界上最好的产品。作为一个技术团队（本例中还包括芯片），我们希望打造最好的技术来实现这一愿景。”

Srouji表示，为了实现这一目标，苹果仍将会“购买一些现成的产品”，如果这意味着团队可以专注于“真正重要的事情”。

无论苹果最终设计了多少芯片，它仍然需要在外部制造芯片。因为苹果的芯片现在都是得由台积电来进行制造，全球有90%以上的先进制程芯片是由台积电所生产，这使得苹果产品很容易因为地缘政治的威胁而受到影响。

当记者询问到，如果台海发生冲突，那么苹果的B计划会是什么？对此，Srouji回应称，“没有其他好的选择了，你可能会说三星也很有竞争力，或是英特尔也跻身在此一领域中。但话说回来，我们认为现在都还不是考虑这些的时候，一切芯片都制造都还是仰赖台积电。”

不过，现在苹果也希望至少部分台积电产能可以转移到美国，台积电实际上也已在美国亚利桑那州建设晶圆厂，预计将于2025年量产，苹果或将是台积电美国晶圆厂的首批客户。Srouji表示，苹果一直希望拥有多元化的供应，亚洲、欧洲、美国，这就是为什么我认为台积电在亚利桑那州建厂很棒。

值得注意的是，苹果不久前宣布将成为半导体封装大厂投资20亿美元在亚利桑那州建设的半导体封测厂的第一个也是最大客户。

寻找人才

另一个担忧是美国熟练芯片劳动力的短缺，美国几十年来都没有建造先进的晶圆厂。台积电表示，由于缺乏熟练工人，其亚利桑那晶圆厂的量产时间现已推迟至 2025 年。

无论是否与人才短缺有关，苹果新芯片的发布速度都在放缓。

“几代人花费的时间越来越长，因为他们变得越来越难，”Srouji说。“而且封装更多并获得电源效率的能力也与 10 年前不同。”

Srouji 重申了他的观点，即苹果在这方面具有优势，因为“我们不需要担心我们的芯片将发送到哪里，我们要如何瞄准更大的客户群？”

尽管如此，苹果的行动还是凸显了市场的激烈竞争。2019 年，苹果芯片架构师杰拉德·威廉姆斯 (Gerard Williams) 离职，领导了一家名为 Nuvia 的数据中心芯片初创公司，并走了一些苹果工程师。苹果公司因知识产权问题起诉了威廉姆斯，但今年已经撤销了此案。高通于 2021 年收购了 Nuvia，此举是为了与苹果等基于 Arm 的 PC 处理器供应商展开竞争。

“我不能真正讨论法律问题，但我们真正关心知识产权保护，”Srouji说。“当某些人因为某些原因离开时，那是他们的选择。”

苹果的核心业务面临着额外的宏观挑战，因为智能手机销量刚刚从多年来的最低水平恢复。

然而，对人工智能工作负载的需求正在导致芯片订单激增，尤其是Nvidia等公司生产的 GPU由于 ChatGPT 和其他生成式 AI 服务的流行，该公司的股价今年上涨了 200% 以上。

谷歌自 2016 年起就为 AI 设计了张量处理单元。亚马逊网络服务自 2018 年起就有了自己的数据中心 AI 芯片。微软也于 11 月发布了新的 AI 芯片。

Srouji 表示，他的苹果团队自 2017 年在 A11 仿生芯片中推出机器学习引擎 Apple Neural Engine 以来，就一直致力于开发该引擎。他还指出，其 CPU 中嵌入了机器学习加速器，并且“高度优化的 GPU”用于机器学习。”

苹果的神经引擎为Face ID 和 Animojis 等所谓的“设备上机器学习功能”提供支持。

今年7 月份，彭博社报道称，苹果公司构建了自己的大型语言模型（称为 Ajax）和聊天机器人（称为 Apple GPT）。苹果发言人拒绝证实或否认该报道的准确性。

自 2015 年以来，苹果还收购了超过24家人工智能公司。

当被问及苹果在人工智能领域是否落后时，Srouji 说：“我不相信我们会落后。”

Ben Bajarin 则更加持怀疑态度。

在谈到苹果在人工智能领域的地位时，Ben Bajarin 表示：“这在苹果去年的芯片上是可行的，在今年的 M3 芯片上甚至更强大。” “但软件必须赶上这一点，这样开发人员才能利用这一优势，在 Apple Silicon 上编写明天的人工智能软件。”

他预计苹果很快会有改进。“从第一天起，苹果就有机会真正做到这一点，”Ben Bajarin 说：“但我认为每个人都预计它会在来年出现。”

编辑：芯智讯-浪客剑   编译自：CNBC