“真正認真對待軟件的人就應該自己做硬件。”(People who are really serious about software should make their own hardware.)——Alan Kay

就在蘋果(Apple)即將于秋季發(fā)布會揭露下一代新款iPhone手機前夕，該公司率先寫下了市值突破1兆美元的歷史新頁。本文將著眼于Apple的策略布局，看看他們?nèi)绾瓮高^“現(xiàn)代”半導體技術實現(xiàn)如此的成就。

為此，我們首先需要看的就是iPhone。畢竟它是定義了Apple如何邁向1兆美元里程碑之路的關鍵產(chǎn)品。當史上第一支iPhone于2007年1月9日亮相時，它的設計看起來與當時的手機典范是如此的背道而馳。

Apple前首席執(zhí)行官喬布斯(Steve Jobs)形容這是一款“帶有觸控功能的寬屏幕iPod、一支革命性的手機，同時也是一款突破性的互聯(lián)網(wǎng)通訊設備。”就在那一天，他還介紹了全新的操作系統(tǒng)：iPhoneOS，即iOS。

喬布斯在2007年發(fā)布第一款iPhone時，引用了計算機圖像接口先驅(qū)Alan Kay 的一句話

在2007年第一支iPhone的發(fā)布會上，喬布斯引用了計算機圖像接口先驅(qū)Alan Kay 的一句話——“真正認真對待軟件的人就應該自己做硬件”(People who are really serious about software should make their own hardware.)。Alan Kay的這句話究竟有什么意義?從表面上看，它掌握到Apple想要設計自家手機以及執(zhí)行其新款iOS軟件的動機——為用戶帶來與手機互動的全新方式，例如觸控屏幕、虛擬鍵盤以及滑動執(zhí)行等。

但我們當時不知道這句話也暗示Apple不久將投入更大規(guī)模的半導體開發(fā)。Apple當下就已經(jīng)決定走向垂直整合道路了。

早期發(fā)展與A4芯片

Apple為什么要自行展開大規(guī)模的半導體設計?這畢竟是一項耗資龐大的工作。

他們是否能夠設計出相當于其他半導體公司的IC (更不用說比其他公司更好的IC了)?當然，這風險實在太大了。

但是在2008年春，Apple宣布收購PA Semi——這是一家大部份的人都沒聽過的處理器IC設計公司，專注于Digital StrongARM技術。Apple表示希望進一步差異化其產(chǎn)品。后來，市場上還傳言Apple收購了另一家處理器設計公司Intrinsity——專注于設計Hummingbird Arm-based CPU。到了2010年4月，這項收購消息也經(jīng)證實了。

2010年1月27日，Apple推出了iPad以及Apple自家設計的A4 SoC。在主題演講前一周，我曾經(jīng)想到Apple可能推出平板電腦及自家芯片。我當時想到平板電腦將會需要一款介于iPhone和MacBook之間的芯片。我還問道“......如果Apple可以使用專為其裝置及其應用量身打造的區(qū)塊(block)來設計自家處理器，將會發(fā)生什么?”

當時，A系列以及我認為的Apple“現(xiàn)代”半導體開發(fā)工作已在持續(xù)進展中。

當我們觀察A4后，發(fā)現(xiàn)它與三星(Samsung)的S5PC110有相當大程度的相似性——三星S5PC110當時是一款Arm SoC。這二款芯片都采用了一樣的Arm CPU。從以下的A4芯片圖來看，A4似乎并不是什么與眾不同的SoC，不過，在上述收購以及公開宣傳該芯片封裝的2009年之間也并沒有太多時間。

A4芯片圖(來源：MuAnalysis)

A系列里程碑

在真正導入內(nèi)部設計的SoC之后，我認為下一個重大里程碑來自A6。有了A6，Apple推出了內(nèi)部設計的CPU。這可不是件容易的事。

當時，Chipworks曾經(jīng)評論其芯片架構(gòu)似乎是手動布局。從A6芯片圖來看，它展現(xiàn)了Apple對于半導體開發(fā)的承諾。A7帶來所謂的Secure Enclave加密裝置，可用于儲存和處理來自Touch ID傳感器的指紋數(shù)據(jù)。在此發(fā)展過程中，Apple還整合了一個影像訊號處理器及其動作協(xié)同處理器。

A6芯片圖(來源：Chipworks)

讓我們快轉(zhuǎn)來到2017年的A11處理器，如下芯片圖所示。A11采用Apple首款內(nèi)部設計的GPU及其所謂的神經(jīng)引擎。二者都是重要的設計——在iPhone X發(fā)布的新聞稿中，Apple表示兩款芯片都與機器學習功能有關。特別是Face ID和Animoji，據(jù)說都必須由神經(jīng)引擎啟動。

該芯片設計重要之處在于其包含了兩個SoC區(qū)塊——即GPU與神經(jīng)引擎，因為這是iPhone性能與用戶體驗的核心。我認為GPU與神經(jīng)引擎之所以如此重要，原因就在于他們對于機器學習相當有幫助。

A11芯片圖(來源：TechInsights)

客制電路和垂直整合

有大量的證據(jù)顯示Apple的設計實力不斷增強。但Apple的設計是否如同喬布斯在推出A4時所希望地那樣，能夠讓iPhone有別于其他的手機?

讓我們以Face ID為例。

Apple可能會對于像臉部辨識等重要功能特性感興趣，因而為此收購一家或幾家公司，取得技術IP組合。有些技術將建置于軟件中，其他技術則透過硬件實現(xiàn)，例如像神經(jīng)引擎之類的區(qū)塊設計。同時，如Secure Enclave等其他區(qū)塊則用于處理臉部影像數(shù)據(jù)而不只是指紋數(shù)據(jù)。

多年來，Apple持續(xù)在許多主題演講中強調(diào)軟件和硬件工程師的合作協(xié)調(diào)。人們幾乎可以聽到團隊之間的會議對話如下：

“我需要可以執(zhí)行例程A和B的硬件。”

“我可以給你一大部份，但你能修改這些例程，例如使其也在我的區(qū)塊中以這種方式執(zhí)行嗎?”

這樣的合作與對話一直持續(xù)到硬件和軟件建構(gòu)搭配在一起。而在此過程之后，電路區(qū)塊可能僅對Apple有用，但無妨，因為該半導體團隊可能只有這么一家客戶。

在更先進層級以及更高整合度時，可以設想實際上在晶體管級編碼的特定或部份OS例程。“我可以將經(jīng)常調(diào)用的計算置于晶體管中，以節(jié)省軟件周期。”

沒錯，也許設計在某方面少了靈活性，但如果帶來更大的性能提升也算是值得了。我經(jīng)常思考這樣的設計架構(gòu)，因為它似乎算是硬件——軟件整合的巔峰之作。

只為一位客戶進行設計

iPhone的角色定位很清楚。它們的目的是賣給消費者并因而獲得利潤。

但是，半導體的角色并沒那么明顯，因為他們無法對外銷售，也沒有直接的收入。所有的半導體產(chǎn)品都「僅供內(nèi)部使用」。但是，難道消費者購買iPhone是因為它采用了A系列處理器嗎?答案當然是否定的。但是，如果沒有A系列處理器，iPhone是否可能會有無法實現(xiàn)的功能?性能不佳?或是價格更昂貴嗎?我認為答案是肯定的。

那么，讓我們再次看看Face ID。

我們可以肯定地說，F(xiàn)ace ID是iPhone X的一項重要特性。如果Apple設計SoC時未采用自家的區(qū)塊，那么它就需要另外尋找合適的機器學習IP核心。它可能還需要重新考慮GPU，因為據(jù)說它可以分享一些機器學習任務。此外，Apple需要編寫可在這些區(qū)塊上執(zhí)行的軟件。而如果只有一部份進行垂直整合，那么，Apple還需要為整個SoC尋找其他供應來源，情況將會變得更加棘手。甚至在較糟的情況下，還可能需要使用輔助IC來執(zhí)行機器學習，這意味著要耗費更多的電路板空間和成本。

A系列SoC能否有助于最終產(chǎn)品的差異化?我必須說是的。在某種程度上，這讓Apple可以更專注于因應其需求與所需功能的設計。他們只為一個客戶進行設計，可能會減少為了吸引許多客戶而必須做出的妥協(xié)。再者，Apple也不必要設計出最佳核心，而只需設計最適合執(zhí)行iOS的核心即可。Apple能夠量身打造電路與區(qū)塊設計，以滿足其需要。

值得注意的是，Apple在此過程中采取了一些大膽的舉措。當他們將主要的區(qū)塊移動至自家設計時，他們將更多的責任加諸于其設計師身上。此外，盡管半導體營收是間接的，但表現(xiàn)不佳的A系列芯片卻可能導致銷售數(shù)字下滑。

展望未來

截至目前為止，我只討論了iPhone和A系列SoC。這只是其中的一部份。

Apple已將其半導體產(chǎn)品組合擴展到相當多的產(chǎn)品中，包括在Apple Watch中使用的S系列、AirPods (和Apple Watch)的W系列，以及不斷擴展的MacOS系統(tǒng)中所使用的T系列。這些都為Apple的產(chǎn)品帶來各種有趣的功能特性。

如果沒有W1，AirPods是否可能實現(xiàn)?Apple在推出AirPods時，似乎偏離了在左右聲道之間插線的標準藍牙設計。W1是否讓左右聲道傳輸?shù)讲皇芟拗频腁irPods?提到AirPods時我注意到AirPods的功能及其收購的Passif IP之間存在莫名的相似之處。我認為W1實現(xiàn)了差異化。

我不知道Apple在其開發(fā)實驗室中打造哪些夢想，但我們從目前所使用的半導體建構(gòu)模塊就可以想象到一些有趣的可能性。當T1出現(xiàn)時，我想想它可能應用于Apple TV遙控器。現(xiàn)在是否有了一個從家中電視實時、安全購物的市場了?

透過垂直整合策略，Apple展現(xiàn)了其于半導體設計的實力，并建立了一系列有趣的半導體IP組合?？赡苡腥藭J為Apple的設計工作就像是在打造一個IP核心庫，使其可用于為其最終產(chǎn)品帶來創(chuàng)新功能。Apple在半導體設計的垂直整合策略，已經(jīng)成為該公司各種營收來源及其生態(tài)系統(tǒng)的核心。半導體團隊并不需要為所接觸的每件事都實現(xiàn)最佳設計，只需要成為其客戶的最佳設計者。

本文作者——Paul Boldt，加拿大渥太華技術分析公司ned, maude, todd & rod Inc.總裁

編譯：Susan Hong