苹果和英特尔的合作再次验证了没有永远的朋友只有永远的利益

1997年,乔布斯回归苹果后不久,决定停止授权同类电脑制造商使用自己的麦金塔操作系统(macOS)。他向时任摩托罗拉CEO克里斯·高尔文提议,如果对方加速研发用于笔记本电脑的新版威力芯片,那么苹果可以考虑破例,授权摩托罗拉StarMax Mac电脑使用macOS。

利用自身优势掌控话语权,是典型的苹果式的谈判策略。从1994年起,苹果就一直使用IBM和摩托罗拉联合生产的PowerPC架构微处理器,这款芯片的速度一度领先英特尔,苹果还曾在自己的广告中大肆吹捧。但乔布斯回归时,摩托罗拉生产的芯片已经落后,提升性能已势在必行。

乔布斯延续了一贯的强硬风格,他对着高尔文大骂“摩托罗拉的芯片烂透了”,后者随即反驳,双方不欢而散。乔布斯开始暗中计划抛弃IBM/摩托罗拉的威力芯片,投入英特尔怀抱。

更换芯片的工程量极其巨大,相当于需要重写整套操作系统,因此直到2005年,苹果和英特尔才就合作发表了声明。那一年,应邀出席苹果百杰集思会的英特尔CEO保罗·欧德宁,身着兔子装一样的实验室外套,将怀中的硅片交给乔布斯,两位硅谷传奇人物历史性的拥抱在了一起。

《史蒂夫·乔布斯传》的作者沃尔特·艾萨克森,在书中记载了乔布斯与欧德宁闲庭信步般的谈判经历,“两人的大多数谈判都在散步时完成,这是乔布斯喜欢的方式。有时他们会沿着斯坦福校园内的小径,一直漫步到山丘上。散步开始时,乔布斯会议一个故事开头,阐述自己如何看待计算机演进的历史,而散步结束时,已经在就具体数字讨价还价了。”

然而,苹果和英特尔的合作再次验证了,没有永远的朋友,只有永远的利益。苹果后来的王牌产品iPad和iPhone都没有采用英特尔芯片,欧德宁说这是乔布斯控制欲和强迫症的表现,“他想要控制产品的每一个环节,从芯片到材料。”

如今,两位硅谷传奇人物都已辞世。乔布斯逝世后,库克继续带领苹果深耕硬件和软件,在芯片上也取得长足进展,把终端、软件和芯片都握到了手里。库克不久前正式宣布,将抛弃合作十五年的英特尔,推出ARM版的自研Mac处理器。“Mac向前迈进了一大步,我们正在迎来Mac自己的苹果芯片的日子”,库克称这是 "Mac历史性的一天"。

苹果换芯是消费电子品牌和半导体巨头长期博弈的缩影,很大程度上也代表了大型消费电子品牌核心技术自研的趋势。而在全球产业链分工合作遭遇信任危机的背景下,这可能也是传统“贸工技”产业路线走向终结的开端。

一、失效的摩尔定律

过去数十年,半导体和消费电子行业的繁荣仰赖英特尔联合创始人戈登·摩尔的重要发现:集成电路每个芯片所能容纳的晶体管数目大约每两年就会翻一番,性能和性价比也会提升一倍。摩尔定律能对产品性能和性价比作出可靠预测,让苹果等电脑制造商对自己未来的产品成本作出准确计算,这也促使英特尔在上世纪八十年代把业务重心从存储器芯片转移到微处理器。

英特尔等早期芯片厂商大多选择IDM模式,一手包办设计、制造、封装测试到销售自有品牌IC的每一个环节。IDM的好处是能对设计、制造等环节协同优化,并有条件率先实验、推行新的半导体技术。

但是随着芯片制程越来越接近物理极限,选择IDM的厂商普遍面临芯片制造工艺迭代的瓶颈,连摩尔本人也承认摩尔定律已经放缓。

摩尔定律放缓对苹果来说是不是好消息,因为这影响到了它从外部购买电脑芯片。2003年,乔布斯在推出搭载PowerPC处理器的Mac时承诺,一年内处理器频率能达到3GHz,但两年后都没有实现。2004年,IBM 90nm芯片连续多个季度产能不足,苹果新版Mac电脑的发布时间被迫延长到当年九月。

IBM放了苹果鸽子,被消费者指责的却是苹果公司。

同样的情况也发生在英特尔上。英特尔14nm工艺已经停滞了六年,期间处理器的更新,没有进行制程工艺的迭代,全靠提升主频和内核来提升性能。除了这种“挤牙膏式”的创新,英特尔还遇到了产能问题,处理器发布时间经常跳票。九代酷睿比原计划晚了半年,十代酷睿则晚了三个月,苹果不得不因此调整Mac的发布时间。

十五年前,苹果宣布旗下Mac处理器从IBM的PowerPC架构转向英特尔X86架构时,乔布斯对外人说,“我们向 PowerPC 过渡已经十年了,我们认为 Intel 的技术将帮助苹果在未来十年创造出最好的个人电脑。”

而现在,是时候离开英特尔了。

半导体行业的专业分工给了苹果选择。随着制程工艺的提升以及晶圆尺寸的增加,芯片制造的技术和资金门槛越来越高,动辄数十亿美元的投入,专业分工成为趋势。芯片厂商在原有IDM模式之外,出现了Foundry(仅代工)和Fabless(仅生产)两种模式。

半导体专业分工诞生了两家标志性的公司,一家是专注芯片技术授权的ARM,另一家是专注芯片代工生产的台积电。

ARM提供低功耗的芯片解决方案,以IP授权模式统治了移动端芯片;台积电则在代工上一条路走到黑,靠着先进的芯片制程延续了摩尔定律,占据了全球芯片代工的大半壁江山。

期间,芯片制程曾在157nm处卡壳,当时就有摩尔定律失效的说法。全球头部厂商砸进数十亿美金,却收效甚微。本来光刻机都是干式的,以空气为介质,产业界想在光刻机的“光”上做文章;但一个叫林本坚的台积电工程师却想做浸润式的光刻机,采用液体水作为介质。

林的理论被当时“光刻机霸主”日本佳能和尼康抵制,但得到了荷兰小厂阿斯麦(ASML)的应用。阿斯麦后来发展成光刻机巨头,两家公司的联盟关系,也彻底改变了台积电在芯片制造业的地位。

目前,IDM厂大多在14nm停滞不前,台积电的5nm已实现商用,3nm将于明年量产。

台积电制造工艺领先的另一面,是创始人张忠谋的技术中立理念,他承诺“绝不突破制造与封测边界”,这让台积电赢得了产业界的信任。

此次Mac电脑的换芯计划,苹果选择和iPad和iPhone等移动端自研芯片一样,专注芯片设计,将生产环节交给台积电。

PC时代的“芯酸”让苹果痛定思痛,移动互联网时代,苹果从一开始就走上了芯片自研的道路。

二、三星和高通陷阱

2007年的苹果Macworld 大会,是一场载入史册的发布会,iPhone开启了全球智能手机的浪潮,以及随之而来的移动互联网革命……其诞生的革命性意义早已无需赘述。

从第一代iPhone开始,乔布斯就表露出了自研芯片的执念。他没有选择英特尔,而是与三星合作成立逻辑芯片部门,共同为iPhone设计芯片。

彼时,三星是横跨半导体和消费电子行业的新晋王者,完成了从芯片(设计及制造)、存储器(NAND闪存及DRAM内存)、显示器到终端的智能手机全产业链布局,三星“帝国”完善的上下游配套和精湛技术,保证了苹果手机的稳定产能,而三星在与苹果的合作中也获利颇丰。

但是这种双赢的局面也有显而易见的隐忧。由于三星也生产智能手机,两家公司不可避免的存在竞争关系,三星在与苹果合作的过程中,难免“借鉴”对方的某些创意。

三星第一代Galaxy系列高端智能手机与初代iPhone极为相似。苹果律师后来披露的一份三星内部报告中称,“只要Galaxy手机更像iPhone,它就会变得更好。”从2011年苹果起诉三星Galaxy系列产品抄袭iPhone和iPad的设计开始,两家巨头就开始了持续数年的诉讼和反诉战争。

乔布斯曾向欧德宁解释拒绝与英特尔合作移动终端芯片的原因是,“担心自己的技术被竞争对手掌握”,没想到这种担忧首先在三星上应验了。

对于苹果来说,与三星合作的另一问题还在于后者对智能手机产业链的影响力。智能手机和平板产品中成本最高的屏幕、存储器和芯片等核心组件,三星都是重要供应商,尤其是在高端屏幕和内存领域更是接近垄断。

市场调研机构iSuppli曾做过测算,三星在最初几代iPhone和iPad硬件成本中占比超过了30%。

乔布斯和三星接班人李在镕的私人关系,曾被认为是最初几年两家公司紧密合作的关键。2011年10月16日,斯坦福大学的乔布斯追思会,李在镕是少数获邀嘉宾。为了表示对乔布斯的尊重,他取消了一场原定于当天召开的三星产品发布会。

尽管三星当时刚输掉与苹果的官司,一款平板电脑被判禁止在德国和澳大利亚销售,但是面对大客户苹果,李在镕还是一再示好。追思会后,李在镕见了库克,李承诺将如期完成2012年合约到期前的所有供货,并在未来几年为苹果提供更好的零部件。

但是商业的归商业,苹果显然无法容忍三星一家独大。“供应链管理大师”库克一手主导了苹果供应链的多元化。面板供应上,引入LG、夏普、日立和JDI;存储器供应上引入镁光、海力士和尔必达……逐步把苹果供应链重点从三星转向日本、中国台湾和大陆地区。

核心芯片也同样在去三星化。2010年1月发布的iPad上,苹果首次采用了自研的A4处理器,这款芯片随后也被用到了跨时代的iPhone 4上,A系列处理器自此成为iPhone标配。

正如前文提到,苹果自研芯片仅是设计自研,芯片制造需要交给代工厂。A4、A5、A6、A7都由三星代工,A8苹果首次引入台积电,A10苹果将全部的生产合同交给台积电,彻底在芯片制造层面摆脱了三星的影响。

除了三星,苹果同样想要摆脱的还有移动通信芯片制造商——高通。这家号称“律师比工程师还多”的公司,在3G时代积累了无可撼动的专利组合,只要IC厂商设计或使用含有其专利的基带芯片,就需要获得授权并缴纳专利许可费,否则就视为侵权。

基带芯片性能决定着手机信号强弱,包括苹果在内的手机制造商根本无法绕开。2011年在 iPhone 4S中引入高通的基带芯片开始,苹果和高通合作多年。高通为苹果提供iPhone和iPad基带芯片及专利技术,苹果为高通带来相应的专利授权许可收入。

长达六年的“蜜月期”后,双方的矛盾在2017年1月20日公开化:苹果公司向加利福尼亚州圣迭戈联邦法院提起诉讼高通利用市场支配地位滥征专利使用费,要求高通支付已承诺退还给苹果的10亿美元专利使用费。

苹果突然发难的直接原因,是高通决定不再向苹果返回因为购买高通基带芯片的专利费优惠部分。高通要收回苹果这部分优惠,将直接导致苹果专利费支出的增加及利润的缩减。不过这只是导火索,所有人都知道,双方合作破裂的根源是高通按整机比例收取专利费的打包收费模式。

苹果和高通通过谈判,将每部手机缴纳的专利费降到十几美元,作为获得优惠“高通税”的条件,苹果须承诺不会挑战高通的专利地位,也不主动推动监管部门对高通进行反垄断调查,只允许被动配合调查。

2016年底,高通和苹果的这种默契被韩国对高通发起的反垄断调查打破了。在此期间,高通还遭到美国联邦贸易委员会的起诉。高通认为这两项调查的幕后推手正是苹果公司,所以就有了上述决定。

对于消费电子品牌来说,苹果与三星、高通的恩怨,有教科书级的启发意义:核心技术依赖产业链创新会受制于人,供应链多元化能够提升业务安全性。

三、控制每一个核心环节

与高通关系破裂后,苹果开始在iPhone 7中引入英特尔基带。随着双方关系恶化,苹果最终在iPhone XS的基带供应商名单中将高通完全剔除,只留下英特尔一家。

让苹果无奈的是,被它反复抛弃的老队友英特尔再次展示了不靠谱的一面:与使用高通X12基带的iPhone 7相比,使用英特尔基带的iPhone 7性能相对弱势;iPhone XS系列被认为是有史以来信号最差的苹果手机;由于英特尔5G基带迟迟无法量产,苹果至今没能推出5G手机。

苹果曾寻求采购三星的5G基带芯片,被对方以产能不足为由拒绝。面对华为抛出的橄榄枝,苹果也只能避而远之。

苹果最终在现实面前做了妥协,2019年4月1日与高通达成和解。双方都希望结束这场的诉讼大战,高通失去苹果的授权费每年损失高达数十亿美元,苹果也亟需获得高通的5G基带芯片。

当然,与高通的和解更多是短期内的权宜之计,控制产品的每一个核心环节才是苹果的长期战略。

苹果仍在推进自研基带芯片计划。与高通达成和解3个月后,苹果花费10亿美元收购英特尔基带芯片部门,获得了2200名技术人员以及17000项蜂窝通讯标准和基带芯片相关专利。

收购公司、获取技术、吸纳人才,是苹果自研芯片的核心路径。

从涉足自研芯片开始,苹果就多次通过收购芯片公司,获得想要的技术和人才。在花费数千万美元买来ARM的最新架构后,2008年,苹果以2.78亿美元收购了Palo Alto半导体 (P.A. 半导体);2010年,收购低功芯片设计公司Intrinsity;2011年底,收购以色列闪存控制器设计公司Anobit;2013年,又收购了致力于低功耗通信芯片的Passif半导体。

这些收购让苹果得以在短时间内完成技术和专利的积累,同时也获得了大量相关领域的人才。比如在收购P.A. 半导体时,苹果就成功吸纳了传奇芯片设计师Jim Keller。Jim Keller在苹果的两年主导了A系列芯片的研发,重回老东家AMD后掌舵“锐龙”项目,他还帮助特斯拉推出远超GPU的AI芯片……被誉为“芯片界的摇滚明星”。

Jim Keller有一句流传甚广的话:“我这个人没什么太大成就,你们用过最好的CPU,都是我设计的。”

如果无法收购,苹果会选择从同行高薪挖人。主管苹果硬件的高级副总裁Johny Srouji,就是苹果从英特尔挖来的,目前负责苹果电池、应用处理器、储存控制器、传感器芯片、显示芯片和其他芯片的研发。

Johny Srouji实在出色,以至于出现在了老东家英特尔的CEO候选名单里。去年初,Johny Srouji不得不出面告诉自己团队,他将继续留在苹果,不会去英特尔竞选 CEO。

除了Jim Keller和Johny Srouji,苹果芯片名单里还有一长串星光熠熠的名字:Sribalan Santhanam、Raja Koduri、Bob Drebin、Mark Papermaste等等。这些曾在AMD、ATI、IBM、英特尔以及高通等硅谷半导体巨头担任要职的人,现在成了苹果自研芯片背后的功臣。

Johny Srouji在今年苹果全球开发者大会的主题演讲中,总结了苹果十几年来自研芯片的进展:苹果已交付20亿个系统级芯片(SoC),还设计并交付了数十亿其他芯片。

从2010年第一款自研芯片A4落地,十余年时间,苹果的自研芯片解决方案已从iPhone智能手机的A系列芯片,拓展至iPad平板电脑的A系列X芯片、Apple Watch智能手表的S系列芯片、AirPods耳机的W1/H1芯片。

苹果的芯片生态随着终端产品的丰富不断完善。iPhone之后的每一款苹果产品,核心芯片均是自研,即将推出的Mac芯片,则会补齐这个生态的最后一环。

芯片全部自研带来的好处显而易见,这一方面保证了苹果在核心技术上不再受制于人,另一方面也会带来更多的利润空间。苹果可以完全按照自己芯片的研发进度推出终端产品;自研芯片的性能和体验,能够把苹果的产品与竞争对手区分开;专注设计、制造交由台积电代工的模式,意味着芯片成本将进一步降低。

当然,我们也应该看到苹果自研芯片仍面临的挑战。苹果自研基带芯片进展缓慢,从公开的信息来看,苹果最早要到2022年才能将自研基带用到5G iPhone上,在此之前,苹果仍需顾忌高通的影响力。

乔布斯时期,苹果借助革命性的产品和独有的macOS/iOS操作系统,逐渐构建起了完善硬件和软件生态。继任者库克继续深耕硬件和软件,并在核心芯片上取得长足进展。苹果把终端、系统和芯片都握在手里,并牢牢掌控了供应链话语权,成为数十年来最成功的科技公司,最新市值已接近1.6万亿美元。

自研芯片是苹果与IBM、英特尔、高通和三星等半导体巨头长期博弈的结果,也是基于自身业务的长期战略选择。

全球范围内的众多消费电子品牌也正在走上类似的路径。在全球产业链分工合作遭遇信任危机的当下,这种选择更具现实意义,也很有可能预示着传统“贸工技”产业路线正在走向终结。

四、“贸工技”路线走向终结?

某种程度上,移动互联网时代的国内智能手机行业,几乎重走了一遍电脑厂商的老路。

PC时代,英特尔和微软组成的“Wintel联盟”,提供电脑最核心的硬件和软件。在这个体系中,PC厂只需要采购现成的芯片和Windows系统,完成电脑组装生产,就可以上市销售。这在国内被称为“贸工技”模式。

PC厂商“缺芯少魂”的情况延续到了智能手机行业,只是提供核心硬件和软件的“Wintel联盟”,换成了高通和谷歌组合。智能手机厂购买高通芯片,然后在安卓系统的基础上优化为自家的某某UI。本质上还是组装。

这种模式的问题正如前文所述,“核心技术依赖产业链创新会受制于人”。相较于苹果在Mac芯片上遇到的问题,其他PC厂遭遇了更多麻烦:英特尔处理器发布时间跳票、产能不足、涨价等等。

智能手机厂面对的则是价格昂贵高通芯片,以及按整机比例上缴的“高通税”。Vivo去年与三星合作推出了Exynos 980芯片,接近Vivo的知情人士告诉《深网》,Vivo尝试与三星合作的主要原因高通的中端芯片价格太贵。

长远来看,当芯片、操作系统和专利授权的成本越来越高,利润空间有限的整机厂可能会丧失技术研发能力和商业上的想象空间。

联想是典型案例,这家全球市场份额排名第一的电脑厂商,年销售额超过500亿美元,不过7月6日其港股市值仅为549亿港元(约合71亿美元)。

当然,需要强调的是,“贸工技”路线有其存在的合理性。对于消费电子品牌来说,这种模式最大的好处在于节省了巨大的芯片研发成本,厂商只需要专注于生产、销售和品牌打造,而采用统一的操作系统则保证了用户体验的一致性。无论是戴尔、惠普、联想,还是华为、小米、OV,这些品牌的崛起都受益于此。

华为创始人任正非认为,狭隘的自豪感会害死一家公司,他提醒华为要尽可能用美国公司的高端芯片和技术。

科技产业的国际分工形成后,开放合作一直是主流,但这只是硬币的A面,硬币的另一面是落后就要挨打,核心技术缺失等同于被人扼住了命运的咽喉。华为和中兴事件给产业界敲响了警钟。

一年前的实体清单事件,华为的“备胎”计划在浮出水面。外界发现,华为的自研芯片中,除了用于手机的“麒麟”系列芯片,还包括基带芯片“巴龙”、基站芯片“天罡”、服务器芯片“鲲鹏”、路由器芯片“凌霄”以及人工智能芯片“昇腾”等等,甚至还有面向5G物联网场景的“鸿蒙”操作系统。这些以《山海经》里神兽命名的芯片,被视为华为公司业务在极限状态下生存的关键。

华为事实上成为除苹果之外,少数完成终端、系统和芯片布局的全球科技巨头。和苹果一样,华为自研芯片专注于设计,不具备芯片制造能力。随着台积电因为众所周知的原因,不再承接新的华为芯片代工订单,华为的自研芯片面临生存压力。

台积电创始人张忠谋的技术中立理念赢得了产业界信任,而现在,当技术无法中立,受到影响的也自然不止华为。

除了华为之外,小米、OPPO等国内智能手机厂商也在推进各自的芯片自研计划。

2019年底,OPPO创始人兼CEO陈明永宣布,未来三年,OPPO将投入500亿元资金用于技术研发,其中包括构建最核心的底层硬件核心技术以及软件架构能力。随后,OPPO公开了代表其自研芯片的“马里亚纳计划”。

从已有信息来看,OPPO正在加速布局自研芯片,据媒体报道,联发科无线通讯事业部总经理李宗霖已经加入OPPO,挂帅手机芯片部门。

自研芯片是一项门槛很高的技术和资本游戏。早年,小米创始人雷军也曾有过造芯计划,他希望未来能按沙子的价格卖芯片,于是有了“澎湃”系列芯片。

澎湃S1,由小米5C搭载,出道即绝唱。发布会上,雷军哽咽的看向身后的黑色荧幕,“大规模量产的中高端芯片”,几个月后匆忙下架了这款手机。澎湃S1再没能出现在其他小米手机上。

澎湃S2,小米扎扎实实投入不少经费。芯片设计完成,拿到台积电小规模试产流片时,发现问题很大需要大改;第二第三次试产流片,无法亮机;第四次试产后推到重来;第五次试产后,雷军对外表态“仍在研发,请给小米一点时间”。

澎湃S2之后,小米的自研手机芯片布局陷入低谷,去年曾传来团队分拆重组的消息。从公开的信息来看,小米更多选择以投资的方式入局芯片行业,方向也从手机芯片转向IoT领域的专用芯片。

华为最初几款自研芯片的表现也都很差。搭载海思K3V2芯片的华为D1和D2手机,由于能耗问题被用户调侃为“暖手宝”,这款芯片的糟糕表现,还直接导致了华为D3手机流产。

但华为的思路是不管芯片表现如何,都要坚持做,而且要坚持用在自家手机上。华为海思半导体负责人何庭波的想法是:“做得慢没关系、做得不好也没关系,只要有时间,海思总有出头的一天”。

经过近十年的高强度投入和不断迭代,华为最新的麒麟980和麒麟990性能与功耗的平衡,已经能够媲美同期的高通和苹果芯片。去年九月,苹果A13处理器发布时,苹果官方破天荒把自家处理器与麒麟980做了对比。

对于OPPO来说,自研手机芯片显然需要做好长期高强度投入的准备。至于能否成功,仍需时间检验。

五、结语

1997年,乔布斯与高尔文的那场谈判对摩托罗拉影响深远,除了逐渐失去苹果威力芯片的订单,摩托罗拉还由于缺少macOS支持,不得不停止生产StarMax Mac,逐渐退出个人电脑市场。

脱离软件单谈硬件是无源之水、无本之木。

软件一直是苹果的灵魂,很长一段时间,独一无二的操作系统,增加了苹果与诸多巨头博弈的筹码,苹果在牢固的“Wintel联盟”中撕开了一道缺口。

苹果在2020年的开发者大会上,宣布了自研Mac电脑芯片计划,同时也对macOS 进行了升级。新的操作系统被命名为BigSur(大苏尔),那是加州海岸的著名景点,沿着蜿蜒的一号公路从旧金山往南途经此地,一边是险峻的峡谷,另一边是一望无际的太平洋。

苹果的寓意是希望搭载自研芯片的Mac,拥有广阔的未来。而核心硬件和软件上都在迅速补课的中国消费电子品牌,也得重新思考未来的发展方向。

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