臺積電為蘋果造芯秘史：隱忍三年取代三星

目前，個人電腦、服務(wù)器等都是基于X86架構(gòu)芯片。未來是否會出現(xiàn)更多Arm架構(gòu)的電腦芯片？臺積電是否會開啟一個Arm架構(gòu)電腦芯片時代？一切皆有可能。

文 | 董溫淑

十年前，從2010年的iPhone 4開始，蘋果逐步在產(chǎn)品中搭載自己研制的芯片。十年之后的2020，從iPhone、iPad到Apple Watch、AirPods，無不是內(nèi)藏一顆“蘋果芯”。面對越來越龐大的蘋果自研芯帝國，今年早些時候，業(yè)界開始聚焦在那唯一的缺口——Mac芯片上。

關(guān)于蘋果將自研Mac芯片的消息已經(jīng)沸沸揚揚，終于在今年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(jìn)的一大步”。

“蘋果硅（Apple Silicon）”計劃已經(jīng)摘開面紗，但還有許多謎團(tuán)待解。

蘋果自研Mac芯官宣后不久，就有消息稱臺積電將承擔(dān)為“蘋果硅”計劃代工的關(guān)鍵角色，也是蘋果為“蘋果硅”計劃選擇的唯一一家芯片代工廠商。

而且有細(xì)節(jié)稱，面對蘋果的絕對信任，臺積電派出300人的團(tuán)隊助力“蘋果硅”計劃研發(fā)，力求獨家代工不掉鏈子。

這已不是蘋果第一次把核心芯片代工的全部籌碼押在臺積電身上。

我們追溯到10年前，蘋果和臺積電就開始接觸并探討芯片研發(fā)和代工合作，甚至在三星還為蘋果代工A系列芯片時，臺積電就已經(jīng)作為“備胎”秘密地與蘋果進(jìn)行聯(lián)合研發(fā)和技術(shù)攻關(guān)。二者的合作遠(yuǎn)比我們想象的要深遠(yuǎn)和有故事。

從2016年搭載于iPhone 7的A10 Fusion芯片起，蘋果每顆A系列芯片的訂單被臺積電全數(shù)吃下。在這之前，他們是怎么走到一起的？

今天，智東西來深扒蘋果和臺積電10年聯(lián)手造芯背后的故事。

一、臺積電投300人研發(fā)，助力蘋果自研Mac芯“首秀”

在WWDC 20大會上，蘋果宣布了Mac芯片“蘋果硅”計劃，預(yù)計將用兩年時間完成從英特爾芯片到Arm架構(gòu)自研芯片的轉(zhuǎn)變。從打造班底和芯片性能等方面來說，“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(jī)晶片達(dá)人爆料稱，為了幫助“蘋果硅”計劃順利落地，臺積電慷慨拿出300人團(tuán)隊，專攻“蘋果硅”計劃的研發(fā)、設(shè)計、先進(jìn)工藝和封裝。

@手機(jī)晶片達(dá)人此前爆料的許多供應(yīng)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）芯片訂單下給國內(nèi)射頻芯片廠商三安光電。2020年，三安光電就出現(xiàn)在了華為P40的核心供應(yīng)商名單中。因此，這次其爆料的臺積電300人研發(fā)團(tuán)隊消息可信度也很高。

這個神秘的300人團(tuán)隊無疑是蘋果和臺積電合作“蘋果硅”計劃的關(guān)鍵。

臺積電作為芯片代工領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，其300人的研發(fā)團(tuán)隊陣容不論從數(shù)量還是質(zhì)量上，都稱得上豪華。要知道，當(dāng)初“中國半導(dǎo)體之父”張汝京建立起中芯國際，也不過用了300人的工程師班底。近期，中芯國際歷經(jīng)19天成功過會，創(chuàng)下了科創(chuàng)板最快過會記錄。

其實，早在10年前蘋果和臺積電剛剛接觸、談?wù)摵献骺赡苄缘臅r候，臺積電就曾拿出一個100人的“One Team”進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。@手機(jī)晶片達(dá)人的爆料說明，至今蘋果和臺積電或仍在沿用這一方式。

6月23日WWDC 20大會結(jié)束后，@手機(jī)晶片達(dá)人又發(fā)布微博，稱其預(yù)計5nm Apple Sillicon ARM CPU A14X成本約為75美金左右。相比之下，基于X86架構(gòu)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(chǎn)出的芯片性能怎樣？搭載蘋果自研芯片的Mac預(yù)計明年才會落地，但是各方媒體、消息人士已經(jīng)開始從各個角度挖掘相關(guān)信息。

比如，曾準(zhǔn)確預(yù)告微軟Xbox發(fā)布會時間的科技博主Paul Thurrott發(fā)博稱，使用基于“蘋果硅”的過渡工具的開發(fā)者泄露了“蘋果硅”的早期基準(zhǔn)得分。得分顯示，搭載“蘋果硅”芯片的過渡工具性能達(dá)到甚至超過了基于Microsoft SQ-1芯片的微軟Surface Pro X。

通過運行跨平臺處理基準(zhǔn)測試程序Geekbench，蘋果開發(fā)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(gòu)芯片。這說明臺積電的300人團(tuán)隊確實可能為“蘋果硅”計劃帶來強勁的競爭力，助力蘋果自研芯片Mac性能超預(yù)期。

2010年，蘋果首次發(fā)布搭載自研芯片的智能手機(jī)iPhone 4。當(dāng)時iPhone 4搭載的Arm架構(gòu)A4芯片是由三星代工。

今天的臺積電與當(dāng)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(gòu)芯片、同樣是代工蘋果重要自研芯片。

不同的是，臺積電專心芯片代工，不像三星除了芯片代工廠商外還有著手機(jī)廠商的第二重身份。而這也許就是臺積電除了獨家班底外，贏得蘋果10年信任的另一個關(guān)鍵。

約10年過去，蘋果和臺積電分別成為了智能終端和芯片代工領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。蘋果在供應(yīng)鏈獲得更多自主權(quán)，隨著自研Mac芯片計劃的落地，蘋果自研芯片帝國版圖的最后一個缺口被補上。

臺積電的市場份額逐年攀升，據(jù)市場分析機(jī)構(gòu)iHS統(tǒng)計，2019年臺積電市場份額達(dá)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(yuǎn)。

▲iHS統(tǒng)計，2019年臺積電占據(jù)52%的市場份額

二、2010年臺積電首用“One Team”贏訂單，11個月使命必達(dá)

臺積電與蘋果合作的故事要從2010~2011年間、兩家公司為A8芯片聚首而講起。在那時，臺積電就曾拿出一個100人規(guī)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(jié)果來看，臺積電的“One Team”使A8芯片獲得了成功。

2010年，時任蘋果運營副總裁Jeff Williams赴臺與臺積電前任董事長張忠謀及其夫人共進(jìn)晚餐，席間雙方談?wù)摿艘黄鸷献鞯目赡苄浴?/p>

Jeff Williams在業(yè)界有小Tim Cook之稱，擅長供應(yīng)鏈管理，并在蘋果內(nèi)部相關(guān)崗位深耕多年。

▲蘋果現(xiàn)任COO Jeff Williams

在七年后的2017年，Jeff回憶當(dāng)初，笑稱那是一頓“很棒”的晚餐，雙方都認(rèn)為“如果能把先進(jìn)的科技和我們的目標(biāo)結(jié)合是一個很棒的機(jī)會”。

雖然2010年就開始了接觸，但臺積電與蘋果直到2013年才首次將芯片代工合作落地到iPhone上。

另有消息稱，2011年，時任臺積電高管蔣尚義也曾與蘋果方面進(jìn)行接觸，討論用先進(jìn)制程進(jìn)行合作的事宜，但并未敲定合作。原因主要在于蘋果方面的擔(dān)憂和臺積電方面技術(shù)、產(chǎn)能的不足。

當(dāng)時蘋果方面的顧慮是，臺積電與蘋果沒有合作經(jīng)驗，單純就產(chǎn)品而言，臺積電的工藝和產(chǎn)能都要打個問號。

另外，2011年間，三星意識到臺積電有意“截胡”蘋果訂單，曾在接待股票分析師時強調(diào)“只要臺積電敢做，就一定敢告”。蘋果方面也忌憚轉(zhuǎn)單臺積電會引起臺積電和三星的芯片IP糾紛。

面對蘋果的為難，臺積電展現(xiàn)出難能的誠意。

針對產(chǎn)能不足的問題，臺積電投資90億美元新建、擴(kuò)建產(chǎn)線。臺中的臺積電15廠于2010年7月16日動工建設(shè)，于2012年初廠房落成。另外，臺積電分別于2013年上半年和下半年開始擴(kuò)建其竹科12廠和南科14廠。

臺積電在竹科12廠開辟出一條“蘋果專屬”20nm A8芯片研發(fā)生產(chǎn)線，還從南科14廠調(diào)度大批生產(chǎn)線工程師進(jìn)行配合。這是臺積電首次為客戶打造研發(fā)、生產(chǎn)合一的新制程生產(chǎn)線。

▲臺積電竹科12廠

▲臺積電南科14廠

為了避免IP爭端，臺積電在2011年底派出近百人的“One Team”奔赴美國蘋果總部。這支團(tuán)隊先幫助蘋果解決A6芯片的設(shè)計問題，再幫助蘋果處理專利認(rèn)證問題。

據(jù)稱，臺積電最終拿出兩版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(fēng)險。

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，客戶為供應(yīng)商的先進(jìn)產(chǎn)品和技術(shù)提前“買單”并不少見。比如，三星、英特爾、臺積電就曾入股支持光刻機(jī)巨頭ASML的研發(fā)；蘋果曾花10億美元收購英特爾的基帶芯片部門，其中包括技術(shù)、設(shè)備等等。

據(jù)了解，在臺積電為了A8訂單攻關(guān)技術(shù)、擴(kuò)大產(chǎn)能的過程中，蘋果并沒有直接入股支持，也沒有贊助其重要生產(chǎn)設(shè)備。

盡管臺積電誠意可鑒，但拍板讓臺積電獨家生產(chǎn)A8對于蘋果來說還是一個艱難的選擇。在2017年的臺積電30周年慶上，Jeff Williams談及當(dāng)初的合作，直言當(dāng)年下單臺積電是一場賭注，“現(xiàn)在看來理所當(dāng)然，但當(dāng)時風(fēng)險是難以預(yù)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，臺積電最終交出了令人滿意的答卷。

當(dāng)時，為了按時按量完成任務(wù)，臺積電部署6000位員工趕工。最終，臺積電破紀(jì)錄在僅11個月后就量產(chǎn)了Jeff口中“完美無暇”的A8芯片，并在這段時間向蘋果出貨超5億片產(chǎn)品。

▲2017年，Jeff Williams在臺積電成立30周年慶上稱贊A8芯片“完美無瑕”

搭載A8芯片的iPhone 6也被稱為蘋果最暢銷的產(chǎn)品，截至2019年停產(chǎn)共出貨約2.5億臺。相比之下，諾基亞最暢銷的1100/1110系列手機(jī)銷量也在2.5億臺左右。

三、“去三星化”背景下的一拍即合

其實，蘋果在2013年與臺積電簽約，背后頗有一些無奈的意思。當(dāng)時，蘋果不僅每年向三星獨家訂購手機(jī)SoC，還要訂購大量顯示屏和內(nèi)存芯片?？梢哉f，蘋果越來越意識到供應(yīng)鏈對三星依賴帶來的危險。

三星與蘋果的合作關(guān)系起源于2005年1月推出的iPod Shuffle（搭載三星內(nèi)存芯片）。那時，三星已經(jīng)推出一系列手機(jī)，而蘋果還沒有手機(jī)業(yè)務(wù)。

iPod Shuffle大獲成功，截至當(dāng)年4月份已售出約180萬臺。這為蘋果、三星開啟了一段通力合作的“美好時光”。有消息稱，蘋果在2005年8月份即與三星簽約，大方表示要占用三星40%的內(nèi)存芯片產(chǎn)能。

▲iPod Shuffle

隨后幾年，蘋果和三星的合作逐漸加深，蘋果下給三星的訂單也從內(nèi)存芯片擴(kuò)展到顯示屏和手機(jī)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(jīng)發(fā)生了微妙的不同。商場如戰(zhàn)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(jī)Galaxy S。看到Galaxy S照片時，蘋果的人當(dāng)即傻眼：這和iPhone也太像了吧！像到蘋果不認(rèn)為自己被抄了都難。

▲左-三星Galaxy S手機(jī)，右-蘋果iPhone 4

如果說面對極其相似的產(chǎn)品，蘋果還能“忍一時風(fēng)平浪靜”，那么市場數(shù)據(jù)的變化則讓蘋果徹底坐不住了。2008~2011年，三星智能機(jī)全球份額增長了6倍、2011年達(dá)到了19.1%（第一），而蘋果以19%的份額居于第二。

2011年，蘋果把三星告上了法庭，稱三星抄襲了自家產(chǎn)品的外觀、風(fēng)格等。2012年，美加州地方法院判決三星侵權(quán)成立。由于蘋果、三星始終沒能就賠償金額達(dá)成一致，二者之間這場官司斷斷續(xù)續(xù)打到了2018年才徹底結(jié)束。

要指出的是，在打官司期間，蘋果A5、A5X、A6、A7芯片（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部件供應(yīng)鏈的競爭對手。對于憋屈的蘋果來說，已經(jīng)低調(diào)開始進(jìn)行20nm制程合作研發(fā)、正積極擴(kuò)大產(chǎn)能的臺積電成為最可靠的選擇。

iPhone 6的銷量數(shù)字也證明，經(jīng)過2010至2013年的打磨，蘋果的芯片代工“備胎養(yǎng)成”計劃十分成功。

如果說臺積電用百人“One team”拼出了A8芯片的成功和蘋果的信任，那么A9芯片則幫臺積電在市場的較量中勝過了三星。

蘋果在2015年發(fā)布的iPhone 6s和iPhone 6s Plus中搭載了A9芯片。而A9芯片是三星和臺積電以2:3的訂單比例共同代工。其中，三星采用14nm制程工藝，臺積電采用16nm制程工藝。

讓人大跌眼鏡的是，雖然號稱制程更先進(jìn)，但三星生產(chǎn)的A9芯片在網(wǎng)友實測中“翻車”了。網(wǎng)友實測顯示，臺積電生產(chǎn)的A9芯片功耗更低，甚至在iPhone 6S中能達(dá)到高于三星產(chǎn)A9芯片30%的能耗優(yōu)勢。

因此，網(wǎng)友大面積對三星表示不滿。最后蘋果官方不得不發(fā)聲，稱臺積電和三星生產(chǎn)的芯片間的差異不會超過2~3%。

但是，網(wǎng)友并不買賬，甚至有人發(fā)布教程，教授消費者拿到iPhone 6/6S后快速辨別芯片來自三星還是臺積電，號召消費者退貨搭載三星芯片的產(chǎn)品。

經(jīng)此一役，臺積電坐擁蘋果的100%信任和市場檢驗的“合格證書”。如果說在2010年這場戰(zhàn)役開打時，三星和臺積電還能稱得上是不相伯仲，甚至三星略勝一籌，那么到了2015年iPhone 6發(fā)布之后，臺積電則是超越了三星。

A9以后的每一代A系列芯片，都是由臺積電獨家代工。

結(jié)語：蘋果補全芯片版圖和臺積電的新起點

從iPhone 6搭載的A8起，臺積電與蘋果開始了業(yè)務(wù)往來。到今天，iPhone 12搭載的5nm制程芯片同樣出自臺積電產(chǎn)線。

然而，今年臺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(gòu)芯片。這意味著蘋果的自研芯片帝國版圖終于完整。

同時，臺積電也把“One Team”這種玩法實行得風(fēng)生水起。7月8日，@手機(jī)晶片達(dá)人 再度爆料，稱英特爾從2021年后要把GPU和CPU拿給臺積電代工。作為回報，臺積電同樣拿出一個專門的“Team”對其服務(wù)。

另外，代工Arm架構(gòu)的電腦芯片對臺積電來說也是一個新起點。目前，個人電腦、服務(wù)器等都是基于X86架構(gòu)芯片。隨著臺積電代工的Arm架構(gòu)電腦芯片逐漸成熟，未來電腦芯片架構(gòu)也更多了一種可能。

未來是否會出現(xiàn)更多Arm架構(gòu)的電腦芯片？臺積電是否會開啟一個Arm架構(gòu)電腦芯片時代？一切皆有可能。

參考報道：

1、《TSMC Invested 300 R&D Teams To Assist Apple In Development  Mac Chips》CizChina

2、《研發(fā)結(jié)合生產(chǎn)ONE TEAM奏效》自由時報

3、《Apple COO Jeff Williams: We bet the company on TSMC》Philip Elmer DeWitt

4、《First Apple Silicon Benchmarks Destroy Surface Pro X》Paul Thurrott