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蘋果造芯:失敗、蟄伏、蓄力,然后打贏所有人

發(fā)布人:芯東西 時間:2023-02-04 來源:工程師 發(fā)布文章
芯片是產(chǎn)業(yè),但更是科學(xué)。

2010年1月,癌癥晚期的喬布斯在第一代iPad發(fā)布會上,首次向世人展示了蘋果自研的A4芯片。

這枚45nm制程的芯片由三星代工,內(nèi)置Arm的Cortex-A8內(nèi)核,擁有1GHz的運(yùn)行頻率,性能突出。盡管它的歷史意義重大,但在長達(dá)一個多小時的iPad發(fā)布會上,喬布斯對于A4芯片只用了寥寥數(shù)語帶過,花的時間加起來還不到20秒。

這是一種刻意的低調(diào),蘋果在發(fā)布會前對自研芯片三緘其口,這跟蘋果造芯的歷史有關(guān):作為微型計(jì)算機(jī)最重要的普及者之一,蘋果跟集成電路技術(shù)幾乎同時起步,在成立后的30多年里數(shù)次向芯片發(fā)起沖鋒,結(jié)果卻是屢戰(zhàn)屢敗。

果不其然,敏感的媒體嗅到了線索,并大都對蘋果自研芯片這件事持嘲諷態(tài)度,普遍認(rèn)為“A4芯片參考了三星設(shè)計(jì),蘋果厚著臉皮把自己牌子貼了上去”。

科技媒體Ars Technica則認(rèn)為A4設(shè)計(jì)平庸,“沒什么值得大書特書的”。

理性去看,蘋果自研手機(jī)芯片的確困難重重。2010年的移動芯片市場早已巨頭林立:高通的Snapdragon橫掃千軍,三星的Exynos蓄勢待發(fā),NVIDIA的Tegra雄心勃勃,甚至連Intel的Atom也覺得自己能行,試圖分一杯羹。

但人們低估了蘋果想撬開鐵板的決心:一年之后,蘋果在iPhone 4S發(fā)布會上展示了第二代芯片A5,CPU性能是A4的兩倍,GPU性能是A4的9倍,性能提升巨大,這讓業(yè)界意識到一個事實(shí):蘋果已經(jīng)的確拿到了那張通往半導(dǎo)體制高點(diǎn)的昂貴門****。

遺憾的是,布局者喬布斯卻沒能目睹接下來的故事。在病床上看完A5亮相的直播后不久,他就撒手人寰。

十年后,蘋果已經(jīng)構(gòu)建了一個包括A系列(手機(jī)&平板)、M系列(桌面PC)、H系列(耳機(jī))、S系列(手表)等多個產(chǎn)品線的半導(dǎo)體帝國,尤其是當(dāng)庫克在2020年底向人們展示替代Intel的M1芯片時,人們感受到難以言表的震撼。

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蘋果M1芯片

2000年之后,兩個芯片行業(yè)新入局者的故事最曲折,一個是華為海思,一個就是Apple Silicon,前者呈現(xiàn)的是張巡守睢陽式的悲壯,后者則更像是一部描寫奧德修斯返鄉(xiāng)的荷馬史詩,兩者都或多或少改變了中美科技戰(zhàn)的節(jié)奏。

蘋果造芯是一部連續(xù)的歷史,以A4為界,before和after的故事都玩味:A4之前,蘋果是竹籃打水、屢戰(zhàn)屢??;A4之后,蘋果是神擋殺神、佛擋殺佛,三星、高通、Intel這些全球芯片頂級玩家,或被蘋果擊敗,或被蘋果拋棄。

這是一個關(guān)于商業(yè)的故事,但更是一個關(guān)于計(jì)算機(jī)這門「科學(xué)」的故事。


01.150美元的蝴蝶翅膀


許多年之后,面對M1芯片,史蒂夫·沃茲尼亞克(Steve Wozniak)可能會想起第一次見到Intel 8080的那個遙遠(yuǎn)的晚上。

作為蘋果的聯(lián)合創(chuàng)始人,沃茲尼亞克在1975年——蘋果成立前的一年——的“家釀計(jì)算機(jī)俱樂部”聚會上看到了那個出現(xiàn)在《大眾電子》1月刊封面、號稱第一臺個人計(jì)算機(jī)的Altair 8800,以及驅(qū)動這臺電腦的Intel 8080芯片。

圖片印有Altair 8800的雜志封面

人類自1950年代末進(jìn)入晶體管和集成電路時代之后,電子計(jì)算機(jī)的尺寸就在每年以肉眼可見的速度變小。這個進(jìn)程由年輕的硅谷推動,無數(shù)新興的公司在這片熱土上競賽。到了1970年代,計(jì)算機(jī)離走入尋常百姓家,只差幾層窗戶紙了。

Altair 8800被公認(rèn)為點(diǎn)燃了微型計(jì)算機(jī)革命的火種,它啟發(fā)了比爾·蓋茨和保羅·艾倫推出了微軟歷史上的第一款產(chǎn)品——BASIC編程語言,也讓沃茲尼亞克萌生了自己組裝一臺計(jì)算機(jī)的想法,唯一的問題在于:Intel 8080太貴了。

一臺組裝好的Altair 8800售價621美元,但8080散裝片就要170美元,沃茲尼亞克形容“比我一個月的房租還貴”,于是他就開始尋找替代品:先是找到了摩托羅拉6800,通過熟人買只要40美元/枚,后來又找到了6800的大牌平替——MOS Technologies公司制造的MOS 6502,20美元就能上車。

當(dāng)沃茲尼亞克把組裝好的微型計(jì)算機(jī)展示給喬布斯的時候,后者大吃一驚,并意識到這可能是一次偉大的商業(yè)機(jī)會。對于沃茲尼亞克放棄Intel芯片,喬布斯也很滿意,他認(rèn)為“技術(shù)只是手段,最終是為了改善消費(fèi)體驗(yàn)?!?/span>

這臺由20美元廉價芯片驅(qū)動的微型計(jì)算機(jī),便是蘋果第一代產(chǎn)品Apple I。就這樣,蘋果的故事開始了。

這一年,喬布斯20歲,沃茲尼亞克25歲,計(jì)算機(jī)世界仍由IBM大型機(jī)主宰,Altair仍是極客們的玩具,英特爾還在硅周期的首次衰退中艱難生存。兩個史蒂夫無法意識到:在芯片上省下的150美元,未來要花千萬倍的代價補(bǔ)回來。

1977年,蘋果推出第一款成熟產(chǎn)品Apple II,銷量瘋漲。它以漂亮的外觀和內(nèi)置鍵盤示人,沃茲尼亞克的編程技術(shù)和喬布斯的設(shè)計(jì)審美被體現(xiàn)得淋漓盡致。但這些長板掩蓋了一個問題:Apple II 仍然在使用廉價的MOS 6502處理器。

而1981年底蘋果的Apple III,CPU仍然是這款老舊的6502,而競爭對手IBM已經(jīng)用上了Intel的8088芯片,性能是當(dāng)年沃茲尼亞克舍棄的8080的10倍左右。簡單對比:MOS 6502晶體管數(shù)量只有3000多,而Intel 8088卻高達(dá)29000。

廉價但“夠用”的芯片能夠讓蘋果保持極高毛利率,但大前提是硬件不會成為短板,至少不能拖軟件的后腿。顯然,誕生在1975年的6502芯片難以支持1980年代的計(jì)算機(jī),頻繁失靈的電路板和緩慢的運(yùn)行速度最終讓Apple III銷量慘淡。

來自競爭對手的壓力也越來越大。1981年,IBM一改平時笨重的身段,推出了使用微軟MS-DOS和Intel 8088的兼容個人計(jì)算機(jī)(又稱 IBM PC),獲得巨大成功,并把除蘋果之外的幾乎所有個人計(jì)算機(jī)廠商都拉進(jìn)了「微軟+Intel」陣營。

而那會的Intel還沒有轉(zhuǎn)型做牙膏,同期發(fā)布芯片性能沿著摩爾定律一日千里,1974年推出8080,1978年推出8086,1982年推出80186和80286,此后便是80386、80486以及劃時代的Pentium——其中文名更是成為一整代人的回憶:奔騰。

但在早期錯過后,以喬布斯的性格很難再重投Intel的懷抱,尤其是Intel已經(jīng)是敵對陣營的核心骨干。

好在那會兒硅谷能跟Intel掰手腕的公司有不少,摩托羅拉就是其中之一。1976年Intel內(nèi)部正在開發(fā)16位的8086,摩托羅拉得知后決定直接干一****兒大的——你既然搞16位,那我就直接上32位。經(jīng)過4年的研發(fā),1980年摩托羅拉推出了性能強(qiáng)悍的Motorola 68000芯片。

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Motorola 68000芯片

68000芯片又稱「68k」,意思是芯片內(nèi)部有68000個晶體管,它的性能大概是Intel 8086的兩倍左右(價格也更貴),因此被廣泛用在惠普、Sun、DEC的高端機(jī)以及對性能要求高的游戲機(jī)上。對于急欲尋求新芯片、又不想委身Intel的喬布斯來說,更是久旱逢甘霖。

因此決定蘋果命運(yùn)的新產(chǎn)品Macintosh(也就是第一代的Mac)決定使用68000芯片,項(xiàng)目經(jīng)理Jef Raskin本來想用性能低但便宜的摩托羅拉6809,但被吃過虧的喬布斯一口否決,并親自出馬把68k的批發(fā)價從125美元/枚砍到了35美元/枚。

1984年1月24日,一代經(jīng)典Macintosh正式發(fā)布。由《銀翼殺手》導(dǎo)演執(zhí)導(dǎo)的廣告「1984」將蘋果包裝成反IBM奧威爾式統(tǒng)治的反叛者,驚艷了所有人,喬布斯也淚撒發(fā)布會現(xiàn)場。Mac的問世,給80年代的PC革命浪潮烙下了最深的印跡。

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發(fā)布第一代Macintosh的喬布斯,1984年

68000芯片的確不負(fù)眾望,其強(qiáng)勁的性能有力支撐了炫麗的圖形界面和方便的鼠標(biāo)操作。但第一代Mac卻在其他方面掉了鏈子,比如內(nèi)存只有128K,后來升級到512k也仍然不夠用(至少需要1000K)。經(jīng)過發(fā)售前期的熱銷后,曾被贊譽(yù)“將計(jì)算機(jī)技術(shù)與藝術(shù)完美結(jié)合”的Mac就因?yàn)槠渚徛倪\(yùn)行速度,銷量大幅下滑。

1985年春,試圖罷免CEO斯卡利的喬布斯被后者反將一軍,聯(lián)合董事會趕出了公司。

喬布斯走了,但他當(dāng)時選定的68000芯片卻被繼續(xù)委以重任。從1985年到1994年,Mac的后續(xù)版本全部都采用680x0家族芯片,從68000一直到68060。摩托羅拉的680x0家族,也是當(dāng)時不多地能跟Intel 80x86家族分庭抗禮的勢力。

沒有拜入Intel x86架構(gòu)的陣營,讓蘋果避免了淪為給「Intel Inside」打工的角色——這類角色最后被惠普、Dell和聯(lián)想所扮演。但這一選擇也給蘋果帶來了潛在的隱患:當(dāng)Intel沿著摩爾定律狂飆的時候,摩托羅拉這條細(xì)狗能行嗎?

事實(shí)上,盡管680x0家族芯片在某些性能上不輸Intel 80x86家族,但I(xiàn)ntel在出貨量方面碾壓摩托羅拉,而當(dāng)時的芯片產(chǎn)業(yè)基本都是IDM垂直整合模式,設(shè)計(jì)制造封測一把抓,這種模式存在一個規(guī)則:重資產(chǎn)導(dǎo)致的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

舉一個例子:假如A和B兩家芯片公司都生產(chǎn)某類型,A是行業(yè)老大B是老二,A生產(chǎn)了100萬枚,B生產(chǎn)了30萬枚,B的盈利會是A的30%嗎?答案是否定的。不但到不了30%,可能連3%都到不了,更有可能的情況是A賺錢,B虧錢。

一顆CPU售價可能只有30美元,但固定成本(研發(fā)投入和生產(chǎn)線)可能要幾億美金,造的芯片越多,每一枚芯片上分?jǐn)偟某杀静拍茉降汀6鳬ntel x86架構(gòu)芯片和摩托羅拉680x0家族芯片銷量的差距,遠(yuǎn)比100萬枚和30萬枚的差距大。

這讓摩托羅拉越來越難以跟上步伐,新款芯片的開發(fā)經(jīng)常延期,比如原本計(jì)劃要在1989年發(fā)布的68040,前后拖了整整一年,差點(diǎn)兒讓蘋果的新產(chǎn)品翻車。但蘋果又毫無辦法,還得小心伺候著摩托羅拉,享盡了受制于人的苦惱。

幸運(yùn)或者不幸,喬布斯已經(jīng)沒機(jī)會站在第一線去解決這些難題了。接下來的十年,他將以一個旁觀者的身份目睹了蘋果陷入了一個疲于應(yīng)對「Intel+微軟」陣營、嘗試造芯卻又屢戰(zhàn)屢敗、最終市場份額被步步蠶食的惡性循環(huán)。

沒人知道如果當(dāng)年沃茲選擇Intel會發(fā)生什么,但毫無疑問,那省下的150美元,一定是改變了某些歷史進(jìn)程的蝴蝶翅膀。


02.令人絕望的90年代


在兩個Steve都還在蘋果的1981年,同在加州的兩個名叫David的人則做了一項(xiàng)影響深遠(yuǎn)的工作。

1981年,加州大學(xué)伯克利教授David Patterson和博士生David Ditzel發(fā)表了“The Case for a Reduced Instruction Set Computer”這篇論文,其中Reduced Instruction Set Computer中文譯名為“精簡指令計(jì)算機(jī)”,取其首字母作為縮略詞,便是日后大名鼎鼎的——RISC。

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David Patterson(左)和Carlo Séquin,1981年

有“精簡指令計(jì)算機(jī)”,便有“復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)”,即CISC。兩者的區(qū)別可以簡單理解為在采用RISC設(shè)計(jì)理念的處理器里,指令更短,長度統(tǒng)一,速度更快;而采用CISC設(shè)計(jì)理念的處理器里的指令大都冗長復(fù)雜,運(yùn)行效率較低。

在微處理器剛問世的那個年代(世界上第一款商用微處理器是Intel的4004,于1971年推出),設(shè)計(jì)者通常都需要絞盡腦汁來平衡成本和性能,指令集設(shè)計(jì)的缺陷也就顧不上了,因此早期主流的微處理器包括Intel 8080和摩托羅拉 68k,都可以被歸類為CISC架構(gòu)。

這就是這篇論文出臺的背景。兩位作者他們重新定義了一種新的CPU設(shè)計(jì)方法——RISC,并將任何不滿足RISC理念的處理器都?xì)w類為CISC。這讓Intel十分沮喪,畢竟誰也不想人在家中坐,一頂“復(fù)雜”的帽子卻從天上來砸了過來。

在Intel不爽的同時,一直在試圖尋找破局點(diǎn)的蘋果卻仿佛抓住了救命稻草。

在80年代后期,IBM兼容機(jī)陣營(IBM、惠普、Dell等)也用上了微軟的圖形化操作系統(tǒng)——Windows,逐漸把蘋果擠到了角落。盡管在桌面出版等幾個高端領(lǐng)域仍然強(qiáng)勢,但蘋果必須不斷提高硬件性能來守住最后的一畝三分地,芯片顯然是一個好的突破口。

而在RISC理念提出后,硅谷積極響應(yīng),斯坦福的MIPS、Sun公司的SPARC、DEC的Alpha等項(xiàng)目都取得了一定程度上的成功。這讓蘋果覺得“我上我也行”,加上摩托羅拉的芯片供應(yīng)經(jīng)常翻車,于是蘋果管理層大手一揮:自己搞芯片。

穩(wěn)妥起見,蘋果選擇跟運(yùn)營商AT&T合作,陸續(xù)啟動了兩個RISC項(xiàng)目:水瓶座(Aquarius)項(xiàng)目和霍比特人(Hobbit)項(xiàng)目,前者想用來替換摩托羅拉68000,作為Mac的主力芯片;后者則想用在正在研發(fā)的Newton掌上電腦上面。

可惜,蘋果畢竟在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域毫無經(jīng)驗(yàn),而AT&T也早已不是那個憑借貝爾實(shí)驗(yàn)室號令天下的AT&T了,兩個臭皮匠合在一起湊不出半個諸葛亮,“水瓶座”和“霍比特人”先后鎩羽而歸,幾千萬美元的研發(fā)經(jīng)費(fèi)都打了水漂。

在此期間Intel x86架構(gòu)卻繼續(xù)高歌猛進(jìn),甚至虛心學(xué)習(xí)RISC理念。在水瓶座項(xiàng)目被擱置的1989年,英特爾推出32位的80486,在x86系列芯片中首次使用RISC技術(shù);1993年,英特爾推出奔騰處理器,開始了對CPU市場的長期壟斷。

蘋果將“水瓶座”和“霍比特人”的失敗歸結(jié)于搭檔的無能,因此在1990年,蘋果選擇了更強(qiáng)大的盟友一起造芯——老冤家IBM和老朋友摩托羅拉,三者組成了當(dāng)年P(guān)C產(chǎn)業(yè)界最受人關(guān)注的“AIM聯(lián)盟”(Apple、IBM、Motorola)。

IBM和摩托羅拉各有各的心思:IBM搞了幾年兼容PC機(jī)后,發(fā)現(xiàn)自己根本卷不過Dell和康柏這種后起之秀,有點(diǎn)后悔自己把PC芯片外包給了Intel;摩托羅拉的訴求則更簡單:自己獨(dú)自對抗Intel,約等于騎著雅迪去追奧迪,實(shí)在是扛不住了。

新聯(lián)盟信心十足。IBM很早就開始了RISC技術(shù)儲備(甚至早于David Patterson提出RISC),80年代更是成功研發(fā)了基于RISC的POWER架構(gòu)高端芯片,在服務(wù)器和工作站領(lǐng)域獨(dú)霸一方。這次合作的計(jì)劃,就是把POWER架構(gòu)“下沉”到PC機(jī)上。

而摩托羅拉雖然不太靠譜,但好歹擁有消費(fèi)級芯片開發(fā)經(jīng)驗(yàn),加上蘋果當(dāng)時每年還能賣130萬多臺(1990年)終端電腦,確保新芯片的采購量能夠突破盈虧平衡的規(guī)模線。因此AIM聯(lián)盟決戰(zhàn)Intel,可謂是八十萬對六十萬,優(yōu)勢在我。

就這樣,AIM聯(lián)盟于1990年啟動,新的芯片被命名為:PowerPC——在IBM原先的POWER一詞后加上了“PC”兩個字母。第一款芯片PowerPC 601的開發(fā)于1991年10月正式開始啟動,歷經(jīng)21個月完成,并于1993年7月開始量產(chǎn)。

值得一提的是,「換芯」是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工程,大概要完成三件事:一是重寫操作系統(tǒng)的底層代碼,工程量浩大;二是搞定代碼轉(zhuǎn)化器,確保新芯片能兼容之前的軟件;三是為軟件開發(fā)商提供新的開發(fā)工具,并說服他們用起來。

在PowerPC 601尚在研發(fā)的時候,蘋果的工程師就已經(jīng)在緊鑼密鼓地準(zhǔn)備,并在芯片量產(chǎn)前成功地完成絕大部分工作。攢下這些「心臟移植」的經(jīng)驗(yàn)對蘋果來說非常重要,因?yàn)檫@雖然是它第一次「換芯」,但絕對不是最后一次。

1994年3月,第一代搭載PowerPC芯片的Mac在曼哈頓發(fā)布,蘋果終于換芯成功,這也意味著摩托羅拉68000系列的謝幕。

媒體對此不吝贊美。MacWorld評價:“蘋果奪回了8年前失去的性能領(lǐng)先地位”。

消費(fèi)者反饋也非常積極,光是在預(yù)售階段就賣出15萬臺;1995 年1月,銷量突破100萬臺;而到了1995年年中,Power Mac幾乎取代了之前所有搭載摩托羅拉680x0家族芯片的型號。

換芯后,蘋果頻繁拿同期Intel的芯片來做對比:1997年,蘋果宣稱PowerPC G3性能是同期奔騰II的兩倍;1999年,蘋果宣稱PowerPC G4是同期奔騰III的2.94倍;2003年,蘋果宣稱PowerPC G5更是吊打奔騰4——這種“遙遙領(lǐng)先”的口氣,連余承東老師都直呼內(nèi)行。

Wintel陣營被嚇傻了嗎?沒有。相反,他們的應(yīng)對策略是:你打你的,我打我的。這種自信來自于哪兒?

自信來自產(chǎn)業(yè)規(guī)律。上一章提到,重資產(chǎn)的IDM模式導(dǎo)致了芯片的規(guī)模效應(yīng),跟當(dāng)年鏖戰(zhàn)680x0家族時一樣,x86芯片在成本方面始終壓對方一頭,甚至優(yōu)勢還在不斷擴(kuò)大——Intel市占率在1985年是50%,到了1995年則已經(jīng)超過80%。

沒有規(guī)模,就沒有利潤;沒有利潤,就不可能有用來改善產(chǎn)品缺陷的足夠資金。PowerPC由于是來自IBM服務(wù)器和工作站芯片的“下沉”,不可避免地帶有功耗大,發(fā)熱高的問題,但資金捉襟見肘的AIM聯(lián)盟始終無法解決。

比如號稱性能吊打奔騰4的PowerPC G5,功耗極高,發(fā)熱巨大,蘋果不得不重新設(shè)計(jì)機(jī)箱結(jié)構(gòu)才能容納下巨大的散熱器,高配版甚至需要安裝一套水冷系統(tǒng),這讓人很多業(yè)界人士瘋狂嘲諷:這貨也好意思稱自己是RISC?

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PowerPC G5芯片所占的巨大體積

要說產(chǎn)品缺陷,x86架構(gòu)的問題一點(diǎn)兒都不少,比如指令復(fù)雜,寄存器少,功耗也很高。但I(xiàn)ntel憑借強(qiáng)大的資金實(shí)力,一手改善架構(gòu)缺陷,一手狂砸制程工藝,不僅把RISC陣營擋在PC主流之外,還把服務(wù)器和HPC(高性能計(jì)算機(jī))領(lǐng)域的份額給蠶食殆盡。

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Intel在PC、數(shù)據(jù)中心、HPC的市場占有率

軟件生態(tài)更是一道難以逾越的鴻溝。一個故事是:影像軟件巨頭Adobe靠蘋果發(fā)家,第一代Photoshop就是只發(fā)在Mac系統(tǒng)。1993年Adobe重點(diǎn)轉(zhuǎn)向Windows,喬布斯回歸后請求Adobe多給Mac開發(fā)一些軟件,比如Premiere,結(jié)果因?yàn)橛脩籼俦划?dāng)面拒絕,喬布斯至死都沒原諒Adobe。

90年代的WinTel聯(lián)盟已經(jīng)進(jìn)入到了自我加強(qiáng)的良性循環(huán):出貨量大→攤薄CapEx→眾多廠商采購→軟件生態(tài)繁榮→消費(fèi)者認(rèn)可→出貨量繼續(xù)大增。PowerPC在憑借IBM的技術(shù)家底和RISC的先進(jìn)性取得一定成果后,還是無法打破這個循環(huán),也無法構(gòu)建自己的循環(huán)。

評價一款CPU是否成功主要看三點(diǎn):架構(gòu)、制程、軟件生態(tài)。架構(gòu)靠先天遺傳,制程靠后天努力,軟件生態(tài)則靠合縱連橫。RISC架構(gòu)的確給了PowerPC一些先天優(yōu)勢,但后面兩個的短板實(shí)在差距太大,AIM聯(lián)盟忙活半天,發(fā)現(xiàn)自己騎的還是雅迪。

難道真的沒有破局點(diǎn)了嗎?其實(shí)是有的。歷史告訴我們,再牢固的商業(yè)壁壘和護(hù)城河,都無法做到千秋萬載一統(tǒng)江湖。只不過蘋果尋找的破局點(diǎn),并不在自己身上,而是在于兩個當(dāng)時名氣還不大的名字:一個叫臺積電,一個叫Arm。

而后者,恰恰就是蘋果在絕望的90年代埋下的一顆種子。


03.打不過要不就投降?


硅谷早已天下聞名,但眾所不周知的是,英國有個低配版的硅谷——硅沼(Silicon Fen)。

硅沼指的是英國劍橋郡周邊的一片區(qū)域,因?yàn)榈靥幉涣蓄崓u一片沼澤地(Fenlands)的南端,所以起了一個古怪的名字。這里大約等于上海的張江或者深圳的粵海街道,聚集了大批高科技公司,其中最有名的就是成立于1990年的Arm。

Arm的誕生跟RISC浪潮也息息相關(guān)。早在1983年,Arm公司的前身Acorn Computer受伯克利Patterson教授的RISC論文啟發(fā),想設(shè)計(jì)一款基于RISC理念的芯片,于是便啟動了一個名叫Acorn RISC Machine項(xiàng)目,其首字母縮寫便是Arm。

Acorn公司沒有制造能力,便委托美國公司VLSI Technology代工,并在1985年成功出芯。后來蘋果的工程師尋找摩托68000的替代品,有一次使用Arm2芯片在模擬68000環(huán)境運(yùn)行Mac軟件,發(fā)現(xiàn)居然跑得比68000更快,便將Arm列為備選。

到80年代末,蘋果跟AT&T合作的Hobbit(霍比特人)項(xiàng)目擱淺,于是Arm芯片便成了天坑項(xiàng)目“Newton掌上電腦”的主芯片。蘋果想干脆備胎轉(zhuǎn)正吧,于是向Acorn提議成立合資公司,條件是Acorn必須向新公司轉(zhuǎn)讓Arm所有知識產(chǎn)權(quán)和12名核心員工。

Acorn公司店小利薄,自然一口應(yīng)允,而給Arm芯片代工的VLSI表示也想上車。于是1990年,三家成立合資公司,蘋果投資300萬美元占股30%(后來上升到43%),新公司叫做Advanced RISC Machine(改了一個單詞),縮寫還是Arm。

跟逐漸陷入困境的蘋果相比,Arm公司反而越做越順,憑借低功耗芯片技術(shù)和特殊的商業(yè)模式(向其他公司授權(quán)芯片架構(gòu)),Arm公司在1993年便實(shí)現(xiàn)了盈利,在1998年完成了上市,股價更是趁著90年代末的科技股泡沫大漲。

因此,喬布斯在1997年回歸蘋果后,驚喜地發(fā)現(xiàn)斯卡利居然給他留了這么一份厚禮。

喬布斯在被驅(qū)逐出蘋果的12年(1985-1997)里經(jīng)歷曲折,本文不再贅述。1997年,他創(chuàng)辦的NeXT公司被蘋果收購,喬布斯以特別顧問的身份回歸,此時蘋果的PC市場份額已由16%跌至4%。到了1996年,蘋果虧損10億美金,賬面現(xiàn)金一度只夠維持3個月的運(yùn)營。

而喬布斯也變化巨大。從1985年開始,他見證了蘋果的衰落、英特爾的制霸、AIM聯(lián)盟的掙扎,見證了昔日名氣遠(yuǎn)不如他的蓋茨為世界首富;他經(jīng)歷了父親的逝世,也擁有了美滿的家庭生活,盡管仍然桀驁不馴,但他務(wù)實(shí)了很多。

圖片中年略顯發(fā)福的喬布斯,1997年

比如在重新?lián)蜟EO后,喬布斯第一時間就給蓋茨打電話,懇求微軟給蘋果投資1.5億美金,并繼續(xù)開發(fā)Mac版的Word和Excel。在談判中喬布斯放低身段,好話說盡,甚至承諾把微軟的IE瀏覽器當(dāng)作Mac的默認(rèn)瀏覽器——任何一個用過IE的人,都明白這有多么屈辱。

然后喬布斯大刀闊斧地砍掉了蘋果絕大多數(shù)的產(chǎn)品線,把型號從幾百款壓縮到10款以內(nèi),并裁掉3000多人。在砍掉的項(xiàng)目里,就包括投入無數(shù)資金、但銷量極差的“Newton”掌上電腦,也是當(dāng)時蘋果唯一使用Arm芯片的項(xiàng)目。

而對于風(fēng)頭正勁的Arm,喬布斯的決定務(wù)實(shí)到有一些殘酷:拋售股****,給蘋果救命。

并非喬布斯看不到Arm的價值,而是砍掉Newton之后,蘋果在Arm擅長的低功耗場景里已經(jīng)沒有任何產(chǎn)品了,而此時蘋果最重要的任務(wù)是續(xù)命,而非繼續(xù)挑戰(zhàn)Intel。最終,蘋果通過減持拿到了數(shù)億美元,為自己的研發(fā)輸血。

1998年,蘋果發(fā)布了突破性的iMac,大獲成功,并帶動蘋果當(dāng)年成功扭虧,盈利3.09億美金;2001年,蘋果發(fā)布了iPod,這款能裝1000首歌曲的播放器立即風(fēng)靡了全世界,到2007年,iPod已經(jīng)賣出了超過1億臺。蘋果徹底新生。

處理完生存問題之后,喬布斯才能騰出精力來思考:如何解決Mac越來越嚴(yán)重的芯片問題?

如上一章所述,PowerPC芯片在經(jīng)歷了剛誕生時的驚艷之后,便越來越難以招架Intel的x86家族。喬布斯回歸之后,跟負(fù)責(zé)制造PowerPC的摩托羅拉CEO高爾文大吵了一架,在電話里,他終于忍不住罵道:摩托羅拉的芯片爛透了。

從那時開始,喬布斯就暗自策劃推出AIM聯(lián)盟。但蘋果屢戰(zhàn)屢敗的造芯經(jīng)歷讓他知道,在條件不成熟的情況下再去搞芯片無異自殺。于是他向董事會提出了一個非常務(wù)實(shí),但讓人大吃一驚的建議:要不然咱買Intel的芯片算了。

蘋果的董事會討論了18個月,最終一致同意。跟上次切換到畢竟要論換芯,蘋果如果說自己第二,誰敢說第一?

而為了賣產(chǎn)品,喬布斯還不得不繼續(xù)厚著臉皮在公開場合尬吹PowerPC的芯片,比如在2003年他評價即將發(fā)布的PowerPC G5時說道:“PowerPC G5讓我們擁有了全球最快的桌面計(jì)算機(jī)……這是我們(跟IBM和摩托羅拉)長期、高效合作的開端。”

但芯片問題已經(jīng)沒法再拖下去了。2001年初蘋果發(fā)布搭載PowerPC G4芯片的PowerBook,之后5年都沒能升級過芯片(Intel陣營每年都升級),銷量一年比一年差,原因就是后續(xù)的PowerPC G5芯片因?yàn)樯釂栴},死活裝不進(jìn)去。

從2004開始,蘋果開始自己歷史上的第二次換芯。Intel的CEO歐德寧(Paul Otellini)舉雙腳贊成。畢竟長期作為反Wintel陣營的旗手級人物,喬布斯宣布采用Intel芯片,約等于董明珠某天宣布格力要從美的方洪波那里買空調(diào)壓縮機(jī)。

Intel派出一支精干團(tuán)隊(duì)與蘋果合作,在6個月的期限內(nèi)成功完成了所有底層操作系統(tǒng)的代碼修改工作。而蘋果的工程師也開發(fā)了一款名叫Rosetta的翻譯器,確保PowerPC上的軟件能夠在基于Intel x86芯片的Mac上平滑運(yùn)行。

2005年,喬布斯公開宣布Mac將轉(zhuǎn)投Intel陣營,部分追隨多年的果粉十分憤怒;而等到2006年1月喬布斯終于發(fā)布了基于Intel新品的iMac和Macbook Pro時,當(dāng)看到Macbook Pro相比之前的PowerBook性能提升5倍、續(xù)航提升2小時的時候,發(fā)布會瞬間又變成大型真香現(xiàn)場。

蘋果第二次換芯成功了,十年后有媒體評價:喬布斯轉(zhuǎn)向Intel,是蘋果最成功的冒險之一。

圖片Intel CEO歐德寧向喬布斯交付芯片,2006年

命運(yùn)多舛的AIM聯(lián)盟終于解散了,在2004年就聽到風(fēng)聲的摩托羅拉干脆退出了芯片業(yè)務(wù),把資產(chǎn)打包剝離出來成立了Freescale(飛思卡爾),專注于汽車和嵌入式市場。而IBM也把PowerPC的部分資產(chǎn)賣掉,保留了給游戲機(jī)用的芯片產(chǎn)品線——那是另外一個故事了。

解決了芯片「卡脖子」問題的蘋果,在桌面計(jì)算機(jī)市場(臺式機(jī)+筆記本)的占有率不斷回升,2007年已經(jīng)超過了10%,而后面的故事就耳熟能詳了:喬布斯在2007年發(fā)布了iPhone,蘋果徹底走上神壇,一步步成為全球市值最大公司。

在初代iPhone研發(fā)時,喬布斯曾想趁熱打鐵,勸說Intel為蘋果開發(fā)移動芯片——那會的Intel還沒來得及向世界展示他們在移動領(lǐng)域的驚人無能。但因?yàn)閮r格沒談攏,歐德寧事后回憶:誰能想到他搞的這款手機(jī)銷量會是(預(yù)計(jì)的)100倍?

于是蘋果轉(zhuǎn)向三星。第一代iPhone使用的是三星的S5L8900芯片——嚴(yán)格上講這不是一款芯片,而是一個SoC片上系統(tǒng)(System on Chip),由一個Arm架構(gòu)芯片和一個PowerVR芯片組成,采用90nm工藝,勉強(qiáng)夠用。*為了讀者通俗理解,我們后面仍然用芯片來指代SoC。

三星的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)發(fā)軔于90年代,由二代李健熙親自布局,通過“反周期定律”一步步變成全球存儲芯片的老大。2006年三星進(jìn)入芯片代工領(lǐng)域,在技術(shù)上迅速追上臺積電,并通過自研的S5L8900芯片吃下成為iPhone芯片的唯一供應(yīng)商。

但吃過單一供應(yīng)商大虧的喬布斯,心中有一個揮之不去的隱憂,那就是:萬一三星變成第二個摩托羅拉和IBM怎么辦?而在2007年的iPhone發(fā)布會上,喬布斯就引用了Alan Kay的一句話:真正在意軟件的人,應(yīng)該自己造硬件。

圖片

Alan Kay是誰?他是圖靈獎獲得者,是面向?qū)ο缶幊痰陌l(fā)明者,他在施樂PARC領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)了歷史上第一個用戶圖形界面,直接啟發(fā)了喬布斯的Macintosh和蓋茨的Windows。援引Alan Kay的話,是不是意味著喬布斯又悟出了新的啟發(fā)?

也許,是時候徹底解決芯片問題了。但問題是:蘋果經(jīng)歷了如此漫長的芯酸往事,這次會不一樣嗎?


04.英雄集齊不問出處


在巨頭幾乎壟斷的背景下,一個新的芯片體系要想造得出、賣得好、用得爽,需要一個前提+三個條件。

一個前提就是:IDM模式造成的高門檻,必須被某種方式所降低甚至瓦解。如前文所述,摩托羅拉680x0家族和PowerPC最后都是敗給了“重資產(chǎn)的規(guī)模效應(yīng)”這條產(chǎn)業(yè)規(guī)律,如果這堵高墻仍然橫亙在新玩家的面前,新的芯片體系很難成功。

打破這堵高墻的,就是晶圓代工(Foundry)模式,尤其是進(jìn)入到2000年之后,臺積電和三星等公司成功縮小了跟Intel之間的差距,讓之前認(rèn)可度一般的晶圓代工模式不斷壯大,IDM一統(tǒng)江湖的現(xiàn)狀被打破,產(chǎn)業(yè)鏈出現(xiàn)了分工,大幅度降低了新進(jìn)入者的門檻。

還是用第一章的例子:假如A和B都生產(chǎn)同一類芯片,A生產(chǎn)100萬枚B生產(chǎn)30萬枚,如果兩者都是IDM模式,那么B的成本永遠(yuǎn)都比A高的多。但如果B找C去代工,C可以讓B跟同一制程的客戶比如D、E、F等一起分?jǐn)偣潭ǔ杀荆敲碆的成本就可能跟A接近甚至打平。

而Arm的崛起又進(jìn)一步拉低了新進(jìn)入者的成本。相比制造而言,芯片的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)雖然花錢少一些,但如果從頭開始設(shè)計(jì)一套新的CPU架構(gòu)耗資巨大且成功率很低。而Arm的授權(quán)模式和良心收費(fèi),幫助想擁有自己芯片的企業(yè)大幅降低了設(shè)計(jì)成本,進(jìn)一步拉低門檻。

簡單總結(jié):就是IDM模式=設(shè)計(jì)+制造+封測,被拆解分工后,Arm幫你拉低設(shè)計(jì)成本,臺積電幫你拉低制造成本,封測又轉(zhuǎn)移到大陸成本降到低無可低,這樣即使蘋果芯片的量只有Intel的5%,單個芯片的成本也不會比Intel高太多,甚至有可能打平。

于是,當(dāng)臺積電和Arm在2000年后成功重構(gòu)了產(chǎn)業(yè)鏈后,大量新興的Fabless(無晶圓廠)芯片公司崛起,高通借助Arm的授權(quán)開始進(jìn)入芯片領(lǐng)域,英偉達(dá)依靠臺積電的代工做出了第一代GeForce顯卡,甚至連AMD最后都賣掉工廠,全靠代工才跟Intel拼到現(xiàn)在。

蘋果重返造芯的一個前提有了,三個條件是什么?一是資金,二是客戶,三是團(tuán)隊(duì)。

第一是資金。產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)之后,造芯所需的資金其實(shí)豐儉由人,你搞一款90nm的嵌入式芯片,幾百萬就能上車;但如果你要搞復(fù)雜的處理器芯片(也是蘋果想做的),沒有10億美金基本別想動工。當(dāng)然對發(fā)布iPhone后的蘋果來說,門檻兩個字怎么寫他們已經(jīng)忘了。

第二是客戶。芯片造出來是第一步,賣出去是第二步,在用的過程中發(fā)現(xiàn)問題反饋迭代是第三步,后兩者都需要愿意舍命陪你跳坑的客戶。這樣的客戶比熊貓還稀缺,尤其是消費(fèi)電子市場,芯片的一個翻車可能就萬劫不復(fù)。蘋果和華為,在這方面都有天然優(yōu)勢。

第三是團(tuán)隊(duì)。芯片越往上設(shè)計(jì),就越離計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體、數(shù)學(xué)這幾門科學(xué)越近,要做出處理器級別的芯片,不光需要頂級的工程師,更需要頂級的科學(xué)家。而在計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體的發(fā)源地硅谷,這些人才雖然不能說遍地都是,但絕對比全世界任何一個地方都多。

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正在做耐久性測試的蘋果芯片,2018年

蘋果在決定造芯之后,立馬就開始了頂級人才——或者說是頂級大神的搜羅工作。

首先加入團(tuán)隊(duì)的是人稱“大D哥”的Daniel Dobberpuhl。他曾在DEC先后領(lǐng)導(dǎo)過兩個著名RISC項(xiàng)目——Alpha和StrongARM。Alpha芯片曾在工作站和服務(wù)器領(lǐng)域光芒四射,雖然最終還是不敵Intel,但它影響深遠(yuǎn),你甚至能在神威太湖之光上看到它的些許影子。

StrongARM最后也是差不多同樣結(jié)局,最后被DEC連同大D哥本人一起賣給了Intel。Dobberpuh在Intel沒待幾天就離職創(chuàng)辦了SiByte,主攻MIPS架構(gòu)芯片,發(fā)展迅猛,幾年后這家只有120個人的公司就被Broadcom以20億美元的天價收購,大D哥徹底財(cái)務(wù)自由。

2003年,Dobberpuh又雙叒離職,創(chuàng)辦了PA Semi,轉(zhuǎn)而搞PowerPC架構(gòu)的芯片。到了2008年,已經(jīng)在籌劃造芯的蘋果收購了PA Semi。此時蘋果芯片團(tuán)隊(duì)只有40人,PA Semi一下子就帶來了150多人,大大加強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)板凳深度。

早在收購PA Semi之前,蘋果就已經(jīng)把這家公司里的另一位大神Jim Keller給挖了過來。Dobberpuh擅長連續(xù)創(chuàng)業(yè),Jim Keller的傳統(tǒng)藝能則是瘋狂跳槽,DEC、蘋果、AMD、Intel、特斯拉都待過,但每個地方他都留下了傳奇作品——比如重振AMD雄風(fēng)的Zen處理器。

最后一位大神,是蘋果從IBM挖來的Johny Srouji。阿拉伯裔的Johny Srouji出生于以色列,父親是一名木匠,他從小學(xué)習(xí)成績優(yōu)異,考入了被譽(yù)為“中東MIT”的以色列理工學(xué)院,精通希伯來語、阿拉伯語、法語和英語。畢業(yè)后他加入IBM在以色列的研發(fā)中心。

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庫克和Johny Srouji(左二)

在IBM露頭角后,Johny Srouji被Intel挖走,工作八年后又被IBM反挖回去,負(fù)責(zé)高性能計(jì)算芯片Power 7的研發(fā)。幾個來回之后,他成為半導(dǎo)體屆一顆冉冉升起的新星。蘋果硬件負(fù)責(zé)人Bob Mansfield向喬布斯極力推薦Johny Srouji,喬布斯果斷雇傭了他。

還是那句話:一個人的命運(yùn)當(dāng)然要靠自我奮斗,但是也要考慮歷史進(jìn)程。蘋果芯片團(tuán)隊(duì)中大多數(shù)人的職業(yè)生涯都奉獻(xiàn)給了命運(yùn)多舛的RISC,但在向Intel x86帝國沖塔的過程中,基本上是敗多勝少。這些人跟蘋果一樣,終于等到了產(chǎn)業(yè)生態(tài)出現(xiàn)劇烈變化這一刻。

諸多大神歸位,Johny Srouji被任命為整個芯片團(tuán)隊(duì)的頭。他后來回憶喬布斯對他講的一段話:“如果要讓蘋果真正脫穎而出,給用戶提供真正獨(dú)特和偉大的產(chǎn)品,唯一的方法就是擁有自己的芯片——你必須控制并擁有它?!?/span>

一款新的處理器從設(shè)計(jì)到量產(chǎn),至少需要幾年的時間。因此初代iPhone的后續(xù)型號——包括2008年的iPhone 3G和2009年的iPhone 3GS仍然使用三星的芯片。同時,蘋果的收購仍然繼續(xù),計(jì)劃中的最后一塊拼圖,是一家位于德克薩斯州的名叫Intrinsity的公司。

這家公司擅長一種名叫Fast14的技術(shù),能夠?qū)rm提供的通用內(nèi)核從650MHz加速到1GHz。三星在2009年宣布跟Intrinsity合作,用他們的技術(shù)打造出了“蜂鳥”內(nèi)核和S5PC110芯片——這款芯片搭載到了三星第一代Galaxy S手機(jī)上,全球大賣,成為iPhone最早的挑戰(zhàn)者。

在意識到Intrinsity的價值之后,蘋果搶先三星一步把Intrinsity收入囊中,這導(dǎo)致三星以后再也不能使用Intrinsity的技術(shù)了。而2010年也是三星和蘋果分道揚(yáng)鑣的開始——三星自詡安卓陣營老大,已經(jīng)跟iPhone全面開戰(zhàn),而蘋果在屏幕、閃存和芯片方面卻仍然要依靠三星,只能咬著牙忍氣吞聲。

在兩家貌合神離、合作暗流涌動的背景下,蘋果第一代自研芯片A4在2010年1月發(fā)布了,這便有了本文開頭的場景。

蘋果自家的團(tuán)隊(duì)在A4上的貢獻(xiàn)其實(shí)并不大,A4大部分設(shè)計(jì)工作由三星和Intrinsity完成,跟三星的S5PC110芯片其實(shí)是同卵雙胞胎。因此,當(dāng)一些拆解機(jī)構(gòu)對A4的裸片進(jìn)行顯微拍照和紅外成像后,發(fā)現(xiàn)蘋果號稱的自研跟S5PC110內(nèi)核相同時,嘲諷鋪天蓋地襲來。

圖片A4和S5PC110對比,Arm內(nèi)核幾乎一致

但Johny Srouji和團(tuán)隊(duì)幾乎沒有受到任何影響,而Intrinsity公司100多人團(tuán)隊(duì)的加入又讓蘋果如虎添翼。幾只不同背景的隊(duì)伍匯聚在一起,他們把重點(diǎn)放在了A5之上,并為了能讓A5搭上計(jì)劃在2011年發(fā)布的iPhone4S而爭分奪秒。

而在另一廂,喬布斯讓庫克派出了手下大將、運(yùn)營副總裁Jeff Williams秘密前往臺灣接洽臺積電,張忠謀親自在家里接待,雙方喝著紅酒達(dá)成協(xié)議:蘋果未來將把芯片代工的訂單轉(zhuǎn)移給臺積電,臺積電則保證準(zhǔn)備90億美元建廠資金和6000個工人,以確保產(chǎn)能。

很快,全世界都將目睹蘋果芯片團(tuán)隊(duì)神擋殺神、佛擋殺佛的震撼過程。


05.神擋殺神,佛擋殺佛


從繁華的以色列特拉維夫駕車向北,穿過咸濕的海風(fēng),不出30公里就能抵達(dá)沐浴在地中海陽光里的Herzliya市。

這里遠(yuǎn)離加沙和約旦河西岸,你幾乎不會在天空上看到“鐵穹”****哈馬斯火箭時劃過的白煙。人們享受著白色的沙灘、密集的咖啡館和蔥郁的林蔭大道,生活方式不像中東而更像加州,在這座安靜的小城里,有超過1000名員工正在為蘋果研發(fā)芯片。

圖片蘋果位于Herzliya的研發(fā)中心

蘋果在以色列部署一支龐大的軍團(tuán),一方面跟Johny Srouji是以色列人有關(guān),一方面也是因?yàn)橐陨斜旧砭褪前雽?dǎo)體人才的富礦。蘋果從2011年開始便通過招募和收購的方式,在這個離硅谷1.2萬公里的地方建立起了海外第二大研發(fā)中心,幾乎都是芯片相關(guān)。

人們很難在敘利亞內(nèi)戰(zhàn)和ISIS崛起這些黎凡特地區(qū)新聞里找到蘋果造芯的蛛絲馬跡,而蘋果的緘默也讓Johny Srouji的團(tuán)隊(duì)變得神神秘秘,他本人更是極少接受采訪。后來彭博在2016年終于拿到專訪機(jī)會,標(biāo)題就很直接[10]:那個你從來都沒聽說過,但又最重要的蘋果高管。

其實(shí)這種刻意除了增加流言和猜測外,并沒有起到“低調(diào)”的效果——因?yàn)锳系列芯片的強(qiáng)悍性能,已經(jīng)砸到所有人臉上了。

2010年的A4貶褒不一,但2011年的A5和2012年的A6這兩款雙核芯片,就已經(jīng)在性能上對齊同期安卓機(jī)皇的四核芯片。2013年,蘋果率先推出全球首款64位處理器A7,將仍處在32位時代的高通、三星遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在身后,移動SoC自此進(jìn)入64位時代。

要想看懂蘋果芯片,需要先了解一些事實(shí):Arm這家公司其實(shí)賣兩種東西,一類叫“架構(gòu)許可”,客戶可以根據(jù)指令集架構(gòu)設(shè)計(jì)自己的內(nèi)核;一種叫“公版內(nèi)核”,就是Arm幫你設(shè)計(jì)好的內(nèi)核,客戶買回家整合到自己芯片里就行。

用一個未必恰當(dāng)?shù)念惐龋骸凹軜?gòu)許可”好比賣食材,Arm幫你洗好剝凈,你不用搞個菜園自己種了(拉低芯片設(shè)計(jì)成本),但最后菜好不好吃還得看你煎炸烹煮的水平;而后者則是用上述食材做好的預(yù)制菜,回家放點(diǎn)兒蔥花簡單烹飪一下,很快就能湊出一桌酒席。

當(dāng)然,“預(yù)制菜”聽起來簡單,但全世界能做好的也不多,敢于嘗試自己下廚開發(fā)私版內(nèi)核的人更少,比如Armv8的“架構(gòu)許可”全球僅有15家客戶。蘋果的A4和A5上都是買公版內(nèi)核,等于吃了兩年的“預(yù)制菜”,而從iPhone5搭載的A6芯片開始,蘋果就想自己下廚了。

Johny Srouji的團(tuán)隊(duì)先是推出了基于Armv7架構(gòu)的Swift內(nèi)核,讓A6備受好評;Arm在2011年底又發(fā)布了新的Armv8架構(gòu),蘋果全力沖刺在12個月之內(nèi)就搞出了基于新架構(gòu)的Cyclone(旋風(fēng))內(nèi)核,搭載新內(nèi)核的A7成為全球首款64位處理器,拉下高通和三星一大截。

之后的故事便耳熟能詳,從A7到去年發(fā)布的A16,蘋果A系列芯片基本都對安卓陣營的同級芯片形成碾壓。

由A系列錘煉出來的芯片設(shè)計(jì)能力,不出意外地“溢出”到蘋果其他的硬件創(chuàng)新上。2014年,蘋果發(fā)布第一代Apple Watch,搭載地就是蘋果自研的S系列芯片;2016年,蘋果發(fā)布第一代AirPods,搭載的是自研的W系列芯片(后被H系列取代)。

AirPods是芯片推動硬件創(chuàng)新的典范。在AirPods出現(xiàn)之前,市面上大多數(shù)產(chǎn)品都需要用實(shí)線連接兩只耳機(jī),而蘋果通過W1芯片實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙信號監(jiān)聽,消滅了累贅的傳輸線,并大幅提升了延遲、降噪、續(xù)航等方面的體驗(yàn),基本上重新定義了“無線藍(lán)牙耳機(jī)”這個產(chǎn)品。

到了2018年,內(nèi)功突飛猛進(jìn)的蘋果終于做了一個驚天動地的決定:把槍口重新對準(zhǔn)Intel。

這恐怕是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)誕生以來最難啃的硬骨頭。如前文所述,Intel在誕生的半個世紀(jì)里縱橫捭闔,腳下全是挑戰(zhàn)者的尸骨。x86帝國不僅在PC機(jī)上接近壟斷,在服務(wù)器和高性能計(jì)算機(jī)(HPC)領(lǐng)域也把RISC陣營擠出市場。

蘋果既然敢去在此挑戰(zhàn)Intel,就肯定不會打無準(zhǔn)備之仗。事實(shí)上,經(jīng)過多年的悶聲****展,Johny Srouji團(tuán)隊(duì)的人數(shù)已經(jīng)超過4000人,戰(zhàn)斗力爆表,更重要的是,A系列的很多技術(shù)都能跟M系列(蘋果桌面級芯片的代號)通用。

比如蘋果基于Armv8架構(gòu)設(shè)計(jì)了Firestorm(火風(fēng)暴)和Icestorm(冰風(fēng)暴)兩個名字炫酷的內(nèi)核,前者性能高,后者能耗小,2020年9月發(fā)布的A14芯片就用上了這兩款內(nèi)核(2+4),而2020年11月發(fā)布的M1芯片也同樣用上了(4+4)。

當(dāng)然,設(shè)計(jì)桌面級芯片復(fù)雜度要比手機(jī)芯片大得多,翻車的概率也很大。因此當(dāng)蘋果把換芯的決定告知了Intel,后者大感驚愕之余提示風(fēng)險,蘋果表示“我們不是第一次(換芯片)了”,并頻繁地對外抱怨Intel擠牙膏式的產(chǎn)品升級,像極了在演一部電影:分手的決心。

不滿Intel擠牙膏的不光蘋果,很多Wintel陣營的用戶也暗自希望Intel能有點(diǎn)兒壓力;那些見識過蘋果A系列芯片輾壓級戰(zhàn)斗力的果粉,自然無比期待;對于半導(dǎo)體行業(yè)的觀察者來說,此事更是意義重大——晉西北好久沒打成一鍋粥了,你李云龍鬧得越大越好。

2020年11月,庫克發(fā)布了搭載M1芯片的Macbook Pro。在展示M1性能的那一刻,所有芯片玩家都屏住了呼吸。

M1總共有160億晶體管,它把8核CPU(4大4?。?核GPU、圖像處理單元 (ISP)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元等都集成在一個硅基SoC上,通過統(tǒng)一內(nèi)存技術(shù)大幅提升內(nèi)部通信帶寬,單核和多核的性能可以簡單理解為介于Intel的i7和i9之間。

M1的強(qiáng)悍性能到了讓Intel看了沉默、AMD看了流淚的地步,甚至蘋果內(nèi)部高管也被M1的性能所驚訝。發(fā)布會結(jié)束之后,蘋果軟件負(fù)責(zé)人Craig Federighi和硬件負(fù)責(zé)人John Ternus接受采訪直言[11]:蘋果自己都沒能預(yù)料M1芯片會帶來如此大的進(jìn)步。

蘋果高管或許還有王婆賣瓜的嫌疑,但Macbook的銷量不會騙人:2021年,筆記本銷量因?yàn)橐咔榇鬂q,但Macbook增長最快,市場占有率超過10%,份額擴(kuò)大了24%;2022年疫情退潮,在全球筆記本銷量下滑的背景下,Macbook繼續(xù)增長,份額已經(jīng)達(dá)到了14%。

M1之后,Johny Srouji的團(tuán)隊(duì)繼續(xù)攻城拔寨,陸續(xù)推出了M1 Pro、M1 Max、M1 Ultra和M2芯片,逐步其他蘋果桌面設(shè)備的Intel芯片換掉。Johny Srouji也開始走向前臺,頻繁現(xiàn)身蘋果發(fā)布會,甚至一度有傳言說他會去接任Intel的CEO。

盡管蘋果不會對外出售M系芯片跟Intel直接開戰(zhàn),但兩家公司糾纏30年的角力,終于畫上了句號。

不光是Intel,蘋果跟幾乎所有半導(dǎo)體巨擘發(fā)生都過交集:它拋棄了IBM和摩托羅拉,直接導(dǎo)致兩者退出了芯片領(lǐng)域;它割席了三星,并扶持了它的對手臺積電;它壓制了高通,讓所有安卓機(jī)皇都不敢妄言跟A系列芯片比肩……

一部蘋果造芯記,半本硅谷崛起史。回頭來看,蘋果造芯的這場逆襲是如此地漫長,以至于這個故事差不多囊括了大部分硅谷的風(fēng)云人物和事件——從集成電路的起源到個人計(jì)算機(jī)的革命、從Wintel聯(lián)盟的制霸到RISC陣營的反擊、從Arm的誕生到臺積電的崛起……一場奧德修斯式的返鄉(xiāng)故事,能夠帶給我們什么啟示呢?
06.啟示錄


如果單純只問蘋果造芯的故事有什么參考意義,那么答案也很簡單:幾乎沒有任何參考意義。

蘋果是一家跟硅谷同頻起飛的公司,它的歷史本身就是硅谷的一部分。土生土長的硅谷本地人喬布斯跟很多教科書里的芯片大神私交甚篤,比如仙童和Intel的創(chuàng)始人羅伯特·諾伊斯甚至對妻子這樣開玩笑:如果喬布斯再這么晚給我打電話,我會殺了他。

前文所述造芯的“一個前提和三個條件”,除了“前提”外,單拎出來資金(利潤率和資金儲備)、團(tuán)隊(duì)(人才密度和號召力)和客戶(市占率和用戶粘性),再加上創(chuàng)始人的特質(zhì),你就會發(fā)現(xiàn)蘋果的成功不但中國公司復(fù)制不了,美國也沒有第二個公司能復(fù)制。

如果說這部爽文能有什么啟發(fā)的話,那筆者提一個沒那么宏大澎湃的角度:計(jì)算機(jī)和芯片是「產(chǎn)業(yè)」,但更是「科學(xué)」。

蘋果造芯這個故事的“明線”,是一家消費(fèi)電子公司如何隱忍如何爆發(fā)最后了解恩怨;而“暗線”則是CISC和RISC兩種不同的芯片設(shè)計(jì)理念三十年的相互纏斗——這種纏斗本質(zhì)上是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)(Computer Architecture)這門「科學(xué)」的發(fā)展在「產(chǎn)業(yè)」上的延伸。

什么能表征產(chǎn)業(yè)?產(chǎn)值、利稅、市占率、就業(yè)人口。什么能表征科學(xué)?理論、定律、思想、底層突破。計(jì)算機(jī)和芯片當(dāng)然是產(chǎn)業(yè),但更是兩門誕生不到100年、還在演化和突破的科學(xué),而蘋果故事里的要素提醒了我們一個事實(shí):美國是這兩門科學(xué)發(fā)源的地方。

組成計(jì)算機(jī)和芯片這兩門科學(xué)的大廈的,是晶體管、集成電路、Unix、編譯器、以太網(wǎng)、GUI(用戶圖形界面)、RISC、數(shù)據(jù)庫、TCP/IP、面向?qū)ο缶幊?、激光打印、人工智能、浮點(diǎn)計(jì)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)……它們幾乎都出現(xiàn)在美國。

產(chǎn)業(yè)容易轉(zhuǎn)移,但科學(xué)卻不容易轉(zhuǎn)移,或者說科學(xué)無法轉(zhuǎn)移,只能通過悉心培育科學(xué)精神,才能在自己的土地上開花結(jié)果。美國雖然很多產(chǎn)業(yè)被轉(zhuǎn)移出去,但仍然把控著計(jì)算機(jī)和芯片科學(xué)的創(chuàng)新,而至今70多位ACM圖靈獎的獲得者,也幾乎全部都是美國人。

理解這個,就容易解答很多人的疑問:為何我產(chǎn)業(yè)規(guī)模如此大了,還這么容易被卡脖子?

當(dāng)然,考慮到起點(diǎn),能先把產(chǎn)業(yè)做起來已屬不易。畢竟當(dāng)蘋果成立的時候,四人幫還在臺上。1984年洛杉磯奧運(yùn)會,西方的記者都用上了IBM的PC機(jī),中國記者卻只有紙和筆,法新社寫道:“在全世界報(bào)道奧運(yùn)會的7000名記者中,只有中國人用手寫他們的報(bào)道?!?/span>

在經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的四十多年里,無論是大型企業(yè)的掌門人,還是十八線城市的科長,都習(xí)慣了用「產(chǎn)業(yè)」的思維來考慮問題。就像2014年楊元慶對話馬斯克,前者問后者:2013年聯(lián)想一共售出了1.15億臺設(shè)備,特斯拉賣了幾輛車?

產(chǎn)值、規(guī)模、市占率這些參數(shù),的確有很重要的意義,但不應(yīng)該被它們遮蔽掉最應(yīng)該去關(guān)注的問題。在過去,太多企業(yè)熱衷搞規(guī)模,熱衷堆人頭,熱衷價格戰(zhàn),在取得一定成績之后,卻又不敢沿著鏈條向上攀登,反而仍沉浸在低質(zhì)量的零和博弈里。

產(chǎn)業(yè)思維重要嗎?當(dāng)然重要,對發(fā)展中國家來說意義再怎么強(qiáng)調(diào)也不為過。但對于一個正在向上攀援的「吃勁」國家,科學(xué)的思維絕對不能缺失。而最近這些年,往往有一個普遍現(xiàn)象:硬骨頭很少有人啃,看起來容易的卻一堆人來卷。

站穩(wěn)腳跟的中國科技公司,全社會都應(yīng)該鼓勵他們把精力投入到前沿科學(xué)的突破中去,而不是催促他們?nèi)ブ矘浜途杩?。而它們自己,也不?yīng)該被那些規(guī)模指標(biāo)所迷惑——富可敵國如蘋果,都在花三十年磨一劍,更何況利潤率往往只有個位數(shù)的諸位呢?

中國這些年出現(xiàn)了越來越多靠「科技」來賺錢的公司,在全球產(chǎn)業(yè)鏈上建立了話語權(quán),但在卡脖子的當(dāng)下,人們不免發(fā)出這樣的感嘆:要是像xxx這樣的企業(yè)再多一些就好了。穿透一些令人沸騰的數(shù)據(jù),我們往往發(fā)現(xiàn)很多產(chǎn)業(yè)的差距仍然巨大。

知己知彼,重要的是知己。套用范志毅在國足輸給泰國后講的一句話:“務(wù)實(shí)一點(diǎn),把這個足球的理念先搞懂?!睂τ谥袊暮芏喈a(chǎn)業(yè)來說,要搞懂的東西的確太多太多了,所有的產(chǎn)業(yè)參與者,都需要


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