臺積電為蘋(píng)果造芯秘史：隱忍三年取代三星

目前，個(gè)人電腦、服務(wù)器等都是基于X86架構芯片。未來(lái)是否會(huì )出現更多Arm架構的電腦芯片？臺積電是否會(huì )開(kāi)啟一個(gè)Arm架構電腦芯片時(shí)代？一切皆有可能。

文 | 董溫淑

十年前，從2010年的iPhone 4開(kāi)始，蘋(píng)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(wú)不是內藏一顆“蘋(píng)果芯”。面對越來(lái)越龐大的蘋(píng)果自研芯帝國，今年早些時(shí)候，業(yè)界開(kāi)始聚焦在那唯一的缺口——Mac芯片上。

關(guān)于蘋(píng)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(huì )上塵埃落定，由蘋(píng)果CEO提姆·庫克向全世界官宣。庫克本人稱(chēng)這是“Mac前進(jìn)的一大步”。

“蘋(píng)果硅（Apple Silicon）”計劃已經(jīng)摘開(kāi)面紗，但還有許多謎團待解。

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

而且有細節稱(chēng)，面對蘋(píng)果的絕對信任，臺積電派出300人的團隊助力“蘋(píng)果硅”計劃研發(fā)，力求獨家代工不掉鏈子。

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

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

今天，智東西來(lái)深扒蘋(píng)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(píng)果自研Mac芯“首秀”

在WWDC 20大會(huì )上，蘋(píng)果宣布了Mac芯片“蘋(píng)果硅”計劃，預計將用兩年時(shí)間完成從英特爾芯片到Arm架構自研芯片的轉變。從打造班底和芯片性能等方面來(lái)說(shuō)，“蘋(píng)果硅”計劃都可以說(shuō)是豪華。

在WWDC 20大會(huì )舉辦前幾個(gè)小時(shí)，消息人士@手機晶片達人爆料稱(chēng)，為了幫助“蘋(píng)果硅”計劃順利落地，臺積電慷慨拿出300人團隊，專(zhuān)攻“蘋(píng)果硅”計劃的研發(fā)、設計、先進(jìn)工藝和封裝。

@手機晶片達人此前爆料的許多供應鏈消息都得到驗證。比如，2019年其爆料稱(chēng)華為將自研PA（功率放大器）芯片訂單下給國內射頻芯片廠(chǎng)商三安光電。2020年，三安光電就出現在了華為P40的核心供應商名單中。因此，這次其爆料的臺積電300人研發(fā)團隊消息可信度也很高。

這個(gè)神秘的300人團隊無(wú)疑是蘋(píng)果和臺積電合作“蘋(píng)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)團隊陣容不論從數量還是質(zhì)量上，都稱(chēng)得上豪華。要知道，當初“中國半導體之父”張汝京建立起中芯國際，也不過(guò)用了300人的工程師班底。近期，中芯國際歷經(jīng)19天成功過(guò)會(huì )，創(chuàng )下了科創(chuàng )板最快過(guò)會(huì )記錄。

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

6月23日WWDC 20大會(huì )結束后，@手機晶片達人又發(fā)布微博，稱(chēng)其預計5nm Apple Sillicon ARM CPU A14X成本約為75美金左右。相比之下，基于X86架構的10nm 4核酷睿i7處理器售價(jià)在300~400美元左右。

在成本更低的前提下，“蘋(píng)果硅”計劃產(chǎn)出的芯片性能怎樣？搭載蘋(píng)果自研芯片的Mac預計明年才會(huì )落地，但是各方媒體、消息人士已經(jīng)開(kāi)始從各個(gè)角度挖掘相關(guān)信息。

比如，曾準確預告微軟Xbox發(fā)布會(huì )時(shí)間的科技博主Paul Thurrott發(fā)博稱(chēng)，使用基于“蘋(píng)果硅”的過(guò)渡工具的開(kāi)發(fā)者泄露了“蘋(píng)果硅”的早期基準得分。得分顯示，搭載“蘋(píng)果硅”芯片的過(guò)渡工具性能達到甚至超過(guò)了基于Microsoft SQ-1芯片的微軟Surface Pro X。

通過(guò)運行跨平臺處理基準測試程序Geekbench，蘋(píng)果開(kāi)發(fā)者過(guò)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架構芯片。這說(shuō)明臺積電的300人團隊確實(shí)可能為“蘋(píng)果硅”計劃帶來(lái)強勁的競爭力，助力蘋(píng)果自研芯片Mac性能超預期。

2010年，蘋(píng)果首次發(fā)布搭載自研芯片的智能手機iPhone 4。當時(shí)iPhone 4搭載的Arm架構A4芯片是由三星代工。

今天的臺積電與當年的三星有許多相似之處：同樣是獨家代工、同樣是代工Arm架構芯片、同樣是代工蘋(píng)果重要自研芯片。

不同的是，臺積電專(zhuān)心芯片代工，不像三星除了芯片代工廠(chǎng)商外還有著(zhù)手機廠(chǎng)商的第二重身份。而這也許就是臺積電除了獨家班底外，贏(yíng)得蘋(píng)果10年信任的另一個(gè)關(guān)鍵。

約10年過(guò)去，蘋(píng)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(píng)果在供應鏈獲得更多自主權，隨著(zhù)自研Mac芯片計劃的落地，蘋(píng)果自研芯片帝國版圖的最后一個(gè)缺口被補上。

臺積電的市場(chǎng)份額逐年攀升，據市場(chǎng)分析機構iHS統計，2019年臺積電市場(chǎng)份額達到52%。如果說(shuō)過(guò)去這兩家公司互相成就了彼此，在未來(lái)，他們還將通過(guò)互相倚仗走得更遠。

▲iHS統計，2019年臺積電占據52%的市場(chǎng)份額

二、2010年臺積電首用“One Team”贏(yíng)訂單，11個(gè)月使命必達

臺積電與蘋(píng)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(shí)，臺積電就曾拿出一個(gè)100人規模的“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(shí)施過(guò)程和結果來(lái)看，臺積電的“One Team”使A8芯片獲得了成功。

2010年，時(shí)任蘋(píng)果運營(yíng)副總裁Jeff Williams赴臺與臺積電前任董事長(cháng)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(chēng)，擅長(cháng)供應鏈管理，并在蘋(píng)果內部相關(guān)崗位深耕多年。

▲蘋(píng)果現任COO Jeff Williams

在七年后的2017年，Jeff回憶當初，笑稱(chēng)那是一頓“很棒”的晚餐，雙方都認為“如果能把先進(jìn)的科技和我們的目標結合是一個(gè)很棒的機會(huì )”。

雖然2010年就開(kāi)始了接觸，但臺積電與蘋(píng)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(chēng)，2011年，時(shí)任臺積電高管蔣尚義也曾與蘋(píng)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(píng)果方面的擔憂(yōu)和臺積電方面技術(shù)、產(chǎn)能的不足。

當時(shí)蘋(píng)果方面的顧慮是，臺積電與蘋(píng)果沒(méi)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(gè)問(wèn)號。

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

面對蘋(píng)果的為難，臺積電展現出難能的誠意。

針對產(chǎn)能不足的問(wèn)題，臺積電投資90億美元新建、擴建產(chǎn)線(xiàn)。臺中的臺積電15廠(chǎng)于2010年7月16日動(dòng)工建設，于2012年初廠(chǎng)房落成。另外，臺積電分別于2013年上半年和下半年開(kāi)始擴建其竹科12廠(chǎng)和南科14廠(chǎng)。

臺積電在竹科12廠(chǎng)開(kāi)辟出一條“蘋(píng)果專(zhuān)屬”20nm A8芯片研發(fā)生產(chǎn)線(xiàn)，還從南科14廠(chǎng)調度大批生產(chǎn)線(xiàn)工程師進(jìn)行配合。這是臺積電首次為客戶(hù)打造研發(fā)、生產(chǎn)合一的新制程生產(chǎn)線(xiàn)。

▲臺積電竹科12廠(chǎng)

▲臺積電南科14廠(chǎng)

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(píng)果總部。這支團隊先幫助蘋(píng)果解決A6芯片的設計問(wèn)題，再幫助蘋(píng)果處理專(zhuān)利認證問(wèn)題。

據稱(chēng)，臺積電最終拿出兩版A8方案供蘋(píng)果挑選，最大限度幫助蘋(píng)果減輕與三星打IP官司的風(fēng)險。

在半導體領(lǐng)域，客戶(hù)為供應商的先進(jìn)產(chǎn)品和技術(shù)提前“買(mǎi)單”并不少見(jiàn)。比如，三星、英特爾、臺積電就曾入股支持光刻機巨頭ASML的研發(fā)；蘋(píng)果曾花10億美元收購英特爾的基帶芯片部門(mén)，其中包括技術(shù)、設備等等。

據了解，在臺積電為了A8訂單攻關(guān)技術(shù)、擴大產(chǎn)能的過(guò)程中，蘋(píng)果并沒(méi)有直接入股支持，也沒(méi)有贊助其重要生產(chǎn)設備。

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(píng)果來(lái)說(shuō)還是一個(gè)艱難的選擇。在2017年的臺積電30周年慶上，Jeff Williams談及當初的合作，直言當年下單臺積電是一場(chǎng)賭注，“現在看來(lái)理所當然，但當時(shí)風(fēng)險是難以預料的”。

想來(lái)在整個(gè)合作過(guò)程中，蘋(píng)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(mǎn)意的答卷。

當時(shí)，為了按時(shí)按量完成任務(wù)，臺積電部署6000位員工趕工。最終，臺積電破紀錄在僅11個(gè)月后就量產(chǎn)了Jeff口中“完美無(wú)暇”的A8芯片，并在這段時(shí)間向蘋(píng)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(chēng)贊A8芯片“完美無(wú)瑕”

搭載A8芯片的iPhone 6也被稱(chēng)為蘋(píng)果最暢銷(xiāo)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(xiāo)的1100/1110系列手機銷(xiāo)量也在2.5億臺左右。

三、“去三星化”背景下的一拍即合

其實(shí)，蘋(píng)果在2013年與臺積電簽約，背后頗有一些無(wú)奈的意思。當時(shí)，蘋(píng)果不僅每年向三星獨家訂購手機SoC，還要訂購大量顯示屏和內存芯片?？梢哉f(shuō)，蘋(píng)果越來(lái)越意識到供應鏈對三星依賴(lài)帶來(lái)的危險。

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

iPod Shuffle大獲成功，截至當年4月份已售出約180萬(wàn)臺。這為蘋(píng)果、三星開(kāi)啟了一段通力合作的“美好時(shí)光”。有消息稱(chēng)，蘋(píng)果在2005年8月份即與三星簽約，大方表示要占用三星40%的內存芯片產(chǎn)能。

▲iPod Shuffle

隨后幾年，蘋(píng)果和三星的合作逐漸加深，蘋(píng)果下給三星的訂單也從內存芯片擴展到顯示屏和手機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(píng)果推出iPhone的那一刻就已經(jīng)發(fā)生了微妙的不同。商場(chǎng)如戰場(chǎng)的鐵律告訴我們，要分同一塊市場(chǎng)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Galaxy S?？吹紾alaxy S照片時(shí)，蘋(píng)果的人當即傻眼：這和iPhone也太像了吧！像到蘋(píng)果不認為自己被抄了都難。

▲左-三星Galaxy S手機，右-蘋(píng)果iPhone 4

如果說(shuō)面對極其相似的產(chǎn)品，蘋(píng)果還能“忍一時(shí)風(fēng)平浪靜”，那么市場(chǎng)數據的變化則讓蘋(píng)果徹底坐不住了。2008~2011年，三星智能機全球份額增長(cháng)了6倍、2011年達到了19.1%（第一），而蘋(píng)果以19%的份額居于第二。

2011年，蘋(píng)果把三星告上了法庭，稱(chēng)三星抄襲了自家產(chǎn)品的外觀(guān)、風(fēng)格等。2012年，美加州地方法院判決三星侵權成立。由于蘋(píng)果、三星始終沒(méi)能就賠償金額達成一致，二者之間這場(chǎng)官司斷斷續續打到了2018年才徹底結束。

要指出的是，在打官司期間，蘋(píng)果A5、A5X、A6、A7芯片（2011~2013年）的訂單還是只能下給三星。比會(huì )抄襲的競爭對手更可怕的，可能就是會(huì )抄襲還捏住了你核心部件供應鏈的競爭對手。對于憋屈的蘋(píng)果來(lái)說(shuō)，已經(jīng)低調開(kāi)始進(jìn)行20nm制程合作研發(fā)、正積極擴大產(chǎn)能的臺積電成為最可靠的選擇。

iPhone 6的銷(xiāo)量數字也證明，經(jīng)過(guò)2010至2013年的打磨，蘋(píng)果的芯片代工“備胎養成”計劃十分成功。

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

蘋(píng)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(chēng)制程更先進(jìn)，但三星生產(chǎn)的A9芯片在網(wǎng)友實(shí)測中“翻車(chē)”了。網(wǎng)友實(shí)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(mǎn)。最后蘋(píng)果官方不得不發(fā)聲，稱(chēng)臺積電和三星生產(chǎn)的芯片間的差異不會(huì )超過(guò)2~3%。

但是，網(wǎng)友并不買(mǎi)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(lái)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(píng)果的100%信任和市場(chǎng)檢驗的“合格證書(shū)”。如果說(shuō)在2010年這場(chǎng)戰役開(kāi)打時(shí)，三星和臺積電還能稱(chēng)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。

結語(yǔ)：蘋(píng)果補全芯片版圖和臺積電的新起點(diǎn)

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

然而，今年臺積電與蘋(píng)果的合作更有一層特殊的意義。蘋(píng)果將在新款Mac電腦中使用自研的Arm架構芯片。這意味著(zhù)蘋(píng)果的自研芯片帝國版圖終于完整。

同時(shí)，臺積電也把“One Team”這種玩法實(shí)行得風(fēng)生水起。7月8日，@手機晶片達人 再度爆料，稱(chēng)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(gè)專(zhuān)門(mén)的“Team”對其服務(wù)。

另外，代工Arm架構的電腦芯片對臺積電來(lái)說(shuō)也是一個(gè)新起點(diǎn)。目前，個(gè)人電腦、服務(wù)器等都是基于X86架構芯片。隨著(zhù)臺積電代工的Arm架構電腦芯片逐漸成熟，未來(lái)電腦芯片架構也更多了一種可能。

未來(lái)是否會(huì )出現更多Arm架構的電腦芯片？臺積電是否會(huì )開(kāi)啟一個(gè)Arm架構電腦芯片時(shí)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)結合生產(chǎn)ONE TEAM奏效》自由時(shí)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