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蘋(píng)果造芯:失敗、蟄伏、蓄力,然后打贏(yíng)所有人

發(fā)布人:芯東西 時(shí)間:2023-02-04 來(lái)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(huì )上,首次向世人展示了蘋(píng)果自研的A4芯片。

這枚45nm制程的芯片由三星代工,內置Arm的Cortex-A8內核,擁有1GHz的運行頻率,性能突出。盡管它的歷史意義重大,但在長(cháng)達一個(gè)多小時(shí)的iPad發(fā)布會(huì )上,喬布斯對于A(yíng)4芯片只用了寥寥數語(yǔ)帶過(guò),花的時(shí)間加起來(lái)還不到20秒。

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

果不其然,敏感的媒體嗅到了線(xiàn)索,并大都對蘋(píng)果自研芯片這件事持嘲諷態(tài)度,普遍認為“A4芯片參考了三星設計,蘋(píng)果厚著(zhù)臉皮把自己牌子貼了上去”。

科技媒體Ars Technica則認為A4設計平庸,“沒(méi)什么值得大書(shū)特書(shū)的”。

理性去看,蘋(píng)果自研手機芯片的確困難重重。2010年的移動(dòng)芯片市場(chǎng)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(jué)得自己能行,試圖分一杯羹。

但人們低估了蘋(píng)果想撬開(kāi)鐵板的決心:一年之后,蘋(píng)果在iPhone 4S發(fā)布會(huì )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(gè)事實(shí):蘋(píng)果已經(jīng)的確拿到了那張通往半導體制高點(diǎn)的昂貴門(mén)****。

遺憾的是,布局者喬布斯卻沒(méi)能目睹接下來(lái)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(píng)果已經(jīng)構建了一個(gè)包括A系列(手機&平板)、M系列(桌面PC)、H系列(耳機)、S系列(手表)等多個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)的半導體帝國,尤其是當庫克在2020年底向人們展示替代Intel的M1芯片時(shí),人們感受到難以言表的震撼。

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蘋(píng)果M1芯片

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

蘋(píng)果造芯是一部連續的歷史,以A4為界,before和after的故事都玩味:A4之前,蘋(píng)果是竹籃打水、屢戰屢??;A4之后,蘋(píng)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(píng)果擊敗,或被蘋(píng)果拋棄。

這是一個(gè)關(guān)于商業(yè)的故事,但更是一個(gè)關(guān)于計算機這門(mén)「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(huì )想起第一次見(jiàn)到Intel 8080的那個(gè)遙遠的晚上。

作為蘋(píng)果的聯(lián)合創(chuàng )始人,沃茲尼亞克在1975年——蘋(píng)果成立前的一年——的“家釀?dòng)嬎銠C俱樂(lè )部”聚會(huì )上看到了那個(gè)出現在《大眾電子》1月刊封面、號稱(chēng)第一臺個(gè)人計算機的Altair 8800,以及驅動(dòng)這臺電腦的Intel 8080芯片。

圖片印有Altair 8800的雜志封面

人類(lèi)自1950年代末進(jìn)入晶體管和集成電路時(shí)代之后,電子計算機的尺寸就在每年以肉眼可見(jiàn)的速度變小。這個(gè)進(jìn)程由年輕的硅谷推動(dòng),無(wú)數新興的公司在這片熱土上競賽。到了1970年代,計算機離走入尋常百姓家,只差幾層窗戶(hù)紙了。

Altair 8800被公認為點(diǎn)燃了微型計算機革命的火種,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(yǔ)言,也讓沃茲尼亞克萌生了自己組裝一臺計算機的想法,唯一的問(wèn)題在于:Intel 8080太貴了。

一臺組裝好的Altair 8800售價(jià)621美元,但8080散裝片就要170美元,沃茲尼亞克形容“比我一個(gè)月的房租還貴”,于是他就開(kāi)始尋找替代品:先是找到了摩托羅拉6800,通過(guò)熟人買(mǎi)只要40美元/枚,后來(lái)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(chē)。

當沃茲尼亞克把組裝好的微型計算機展示給喬布斯的時(shí)候,后者大吃一驚,并意識到這可能是一次偉大的商業(yè)機會(huì )。對于沃茲尼亞克放棄Intel芯片,喬布斯也很滿(mǎn)意,他認為“技術(shù)只是手段,最終是為了改善消費體驗?!?/span>

這臺由20美元廉價(jià)芯片驅動(dòng)的微型計算機,便是蘋(píng)果第一代產(chǎn)品Apple I。就這樣,蘋(píng)果的故事開(kāi)始了。

這一年,喬布斯20歲,沃茲尼亞克25歲,計算機世界仍由IBM大型機主宰,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(gè)史蒂夫無(wú)法意識到:在芯片上省下的150美元,未來(lái)要花千萬(wàn)倍的代價(jià)補回來(lái)。

1977年,蘋(píng)果推出第一款成熟產(chǎn)品Apple II,銷(xiāo)量瘋漲。它以漂亮的外觀(guān)和內置鍵盤(pán)示人,沃茲尼亞克的編程技術(shù)和喬布斯的設計審美被體現得淋漓盡致。但這些長(cháng)板掩蓋了一個(gè)問(wèn)題:Apple II 仍然在使用廉價(jià)的MOS 6502處理器。

而1981年底蘋(píng)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,性能是當年沃茲尼亞克舍棄的8080的10倍左右。簡(jiǎn)單對比:MOS 6502晶體管數量只有3000多,而Intel 8088卻高達29000。

廉價(jià)但“夠用”的芯片能夠讓蘋(píng)果保持極高毛利率,但大前提是硬件不會(huì )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年代的計算機,頻繁失靈的電路板和緩慢的運行速度最終讓Apple III銷(xiāo)量慘淡。

來(lái)自競爭對手的壓力也越來(lái)越大。1981年,IBM一改平時(shí)笨重的身段,推出了使用微軟MS-DOS和Intel 8088的兼容個(gè)人計算機(又稱(chēng) IBM PC),獲得巨大成功,并把除蘋(píng)果之外的幾乎所有個(gè)人計算機廠(chǎng)商都拉進(jìn)了「微軟+Intel」陣營(yíng)。

而那會(huì )的Intel還沒(méi)有轉型做牙膏,同期發(fā)布芯片性能沿著(zhù)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(shí)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(guò)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(yíng)的核心骨干。

好在那會(huì )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內部正在開(kāi)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(guò)4年的研發(fā),1980年摩托羅拉推出了性能強悍的Motorola 68000芯片。

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Motorola 68000芯片

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

因此決定蘋(píng)果命運的新產(chǎn)品Macintosh(也就是第一代的Mac)決定使用68000芯片,項目經(jīng)理Jef Raskin本來(lái)想用性能低但便宜的摩托羅拉6809,但被吃過(guò)虧的喬布斯一口否決,并親自出馬把68k的批發(fā)價(jià)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》導演執導的廣告「1984」將蘋(píng)果包裝成反IBM奧威爾式統治的反叛者,驚艷了所有人,喬布斯也淚撒發(fā)布會(huì )現場(chǎng)。Mac的問(wèn)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芯片的確不負眾望,其強勁的性能有力支撐了炫麗的圖形界面和方便的鼠標操作。但第一代Mac卻在其他方面掉了鏈子,比如內存只有128K,后來(lái)升級到512k也仍然不夠用(至少需要1000K)。經(jīng)過(guò)發(fā)售前期的熱銷(xiāo)后,曾被贊譽(yù)“將計算機技術(shù)與藝術(shù)完美結合”的Mac就因為其緩慢的運行速度,銷(xiāo)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(huì )趕出了公司。

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

沒(méi)有拜入Intel x86架構的陣營(yíng),讓蘋(píng)果避免了淪為給「Intel Inside」打工的角色——這類(lèi)角色最后被惠普、Dell和聯(lián)想所扮演。但這一選擇也給蘋(píng)果帶來(lái)了潛在的隱患:當Intel沿著(zhù)摩爾定律狂飆的時(shí)候,摩托羅拉這條細狗能行嗎?

事實(shí)上,盡管680x0家族芯片在某些性能上不輸Intel 80x86家族,但Intel在出貨量方面碾壓摩托羅拉,而當時(shí)的芯片產(chǎn)業(yè)基本都是IDM垂直整合模式,設計制造封測一把抓,這種模式存在一個(gè)規則:重資產(chǎn)導致的規模經(jīng)濟效應。

舉一個(gè)例子:假如A和B兩家芯片公司都生產(chǎn)某類(lèi)型,A是行業(yè)老大B是老二,A生產(chǎn)了100萬(wàn)枚,B生產(chǎn)了30萬(wàn)枚,B的盈利會(huì )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(qián),B虧錢(qián)。

一顆CPU售價(jià)可能只有30美元,但固定成本(研發(fā)投入和生產(chǎn)線(xiàn))可能要幾億美金,造的芯片越多,每一枚芯片上分攤的成本才能越低。而Intel x86架構芯片和摩托羅拉680x0家族芯片銷(xiāo)量的差距,遠比100萬(wàn)枚和30萬(wàn)枚的差距大。

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

幸運或者不幸,喬布斯已經(jīng)沒(méi)機會(huì )站在第一線(xiàn)去解決這些難題了。接下來(lái)的十年,他將以一個(gè)旁觀(guān)者的身份目睹了蘋(píng)果陷入了一個(gè)疲于應對「Intel+微軟」陣營(yíng)、嘗試造芯卻又屢戰屢敗、最終市場(chǎng)份額被步步蠶食的惡性循環(huán)。

沒(méi)人知道如果當年沃茲選擇Intel會(huì )發(fā)生什么,但毫無(wú)疑問(wèn),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(gè)Steve都還在蘋(píng)果的1981年,同在加州的兩個(gè)名叫David的人則做了一項影響深遠的工作。

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(jiǎn)指令計算機”,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(jiǎn)指令計算機”,便有“復雜指令計算機”,即CISC。兩者的區別可以簡(jiǎn)單理解為在采用RISC設計理念的處理器里,指令更短,長(cháng)度統一,速度更快;而采用CISC設計理念的處理器里的指令大都冗長(cháng)復雜,運行效率較低。

在微處理器剛問(wèn)世的那個(gè)年代(世界上第一款商用微處理器是Intel的4004,于1971年推出),設計者通常都需要絞盡腦汁來(lái)平衡成本和性能,指令集設計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(lèi)為CISC架構。

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設計方法——RISC,并將任何不滿(mǎn)足RISC理念的處理器都歸類(lèi)為CISC。這讓Intel十分沮喪,畢竟誰(shuí)也不想人在家中坐,一頂“復雜”的帽子卻從天上來(lái)砸了過(guò)來(lái)。

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

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

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

穩妥起見(jiàn),蘋(píng)果選擇跟運營(yíng)商AT&T合作,陸續啟動(dòng)了兩個(gè)RISC項目:水瓶座(Aquarius)項目和霍比特人(Hobbit)項目,前者想用來(lái)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(píng)果畢竟在芯片設計領(lǐng)域毫無(wú)經(jīng)驗,而AT&T也早已不是那個(gè)憑借貝爾實(shí)驗室號令天下的AT&T了,兩個(gè)臭皮匠合在一起湊不出半個(gè)諸葛亮,“水瓶座”和“霍比特人”先后鎩羽而歸,幾千萬(wàn)美元的研發(fā)經(jīng)費都打了水漂。

在此期間Intel x86架構卻繼續高歌猛進(jìn),甚至虛心學(xué)習RISC理念。在水瓶座項目被擱置的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(kāi)始了對CPU市場(chǎng)的長(cháng)期壟斷。

蘋(píng)果將“水瓶座”和“霍比特人”的失敗歸結于搭檔的無(wú)能,因此在1990年,蘋(píng)果選擇了更強大的盟友一起造芯——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機后,發(fā)現自己根本卷不過(guò)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(jiǎn)單:自己獨自對抗Intel,約等于騎著(zhù)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(kāi)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架構高端芯片,在服務(wù)器和工作站領(lǐng)域獨霸一方。這次合作的計劃,就是把POWER架構“下沉”到PC機上。

而摩托羅拉雖然不太靠譜,但好歹擁有消費級芯片開(kāi)發(fā)經(jīng)驗,加上蘋(píng)果當時(shí)每年還能賣(mài)130萬(wàn)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模線(xiàn)。因此AIM聯(lián)盟決戰Intel,可謂是八十萬(wàn)對六十萬(wàn),優(yōu)勢在我。

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

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

在PowerPC 601尚在研發(fā)的時(shí)候,蘋(píng)果的工程師就已經(jīng)在緊鑼密鼓地準備,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)驗對蘋(píng)果來(lái)說(shuō)非常重要,因為這雖然是它第一次「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(píng)果終于換芯成功,這也意味著(zhù)摩托羅拉68000系列的謝幕。

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

消費者反饋也非常積極,光是在預售階段就賣(mài)出15萬(wàn)臺;1995 年1月,銷(xiāo)量突破100萬(wàn)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(píng)果頻繁拿同期Intel的芯片來(lái)做對比:1997年,蘋(píng)果宣稱(chēng)PowerPC G3性能是同期奔騰II的兩倍;1999年,蘋(píng)果宣稱(chēng)PowerPC G4是同期奔騰III的2.94倍;2003年,蘋(píng)果宣稱(chēng)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行。

Wintel陣營(yíng)被嚇傻了嗎?沒(méi)有。相反,他們的應對策略是:你打你的,我打我的。這種自信來(lái)自于哪兒?

自信來(lái)自產(chǎn)業(yè)規律。上一章提到,重資產(chǎn)的IDM模式導致了芯片的規模效應,跟當年鏖戰680x0家族時(shí)一樣,x86芯片在成本方面始終壓對方一頭,甚至優(yōu)勢還在不斷擴大——Intel市占率在1985年是50%,到了1995年則已經(jīng)超過(guò)80%。

沒(méi)有規模,就沒(méi)有利潤;沒(méi)有利潤,就不可能有用來(lái)改善產(chǎn)品缺陷的足夠資金。PowerPC由于是來(lái)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(wèn)題,但資金捉襟見(jiàn)肘的AIM聯(lián)盟始終無(wú)法解決。

比如號稱(chēng)性能吊打奔騰4的PowerPC G5,功耗極高,發(fā)熱巨大,蘋(píng)果不得不重新設計機箱結構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,這讓人很多業(yè)界人士瘋狂嘲諷:這貨也好意思稱(chēng)自己是RISC?

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PowerPC G5芯片所占的巨大體積

要說(shuō)產(chǎn)品缺陷,x86架構的問(wèn)題一點(diǎn)兒都不少,比如指令復雜,寄存器少,功耗也很高。但Intel憑借強大的資金實(shí)力,一手改善架構缺陷,一手狂砸制程工藝,不僅把RISC陣營(yíng)擋在PC主流之外,還把服務(wù)器和HPC(高性能計算機)領(lǐng)域的份額給蠶食殆盡。

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Intel在PC、數據中心、HPC的市場(chǎng)占有率

軟件生態(tài)更是一道難以逾越的鴻溝。一個(gè)故事是:影像軟件巨頭Adobe靠蘋(píng)果發(fā)家,第一代Photoshop就是只發(fā)在Mac系統。1993年Adobe重點(diǎn)轉向Windows,喬布斯回歸后請求Adobe多給Mac開(kāi)發(fā)一些軟件,比如Premiere,結果因為用戶(hù)太少被當面拒絕,喬布斯至死都沒(méi)原諒Adobe。

90年代的WinTel聯(lián)盟已經(jīng)進(jìn)入到了自我加強的良性循環(huán):出貨量大→攤薄CapEx→眾多廠(chǎng)商采購→軟件生態(tài)繁榮→消費者認可→出貨量繼續大增。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(wú)法打破這個(gè)循環(huán),也無(wú)法構建自己的循環(huán)。

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

難道真的沒(méi)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)壁壘和護城河,都無(wú)法做到千秋萬(wàn)載一統江湖。只不過(guò)蘋(píng)果尋找的破局點(diǎn),并不在自己身上,而是在于兩個(gè)當時(shí)名氣還不大的名字:一個(gè)叫臺積電,一個(gè)叫Arm。

而后者,恰恰就是蘋(píng)果在絕望的90年代埋下的一顆種子。


03.打不過(guò)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(gè)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域,因為地處不列顛島一片沼澤地(Fenlands)的南端,所以起了一個(gè)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),想設計一款基于RISC理念的芯片,于是便啟動(dòng)了一個(gè)名叫Acorn RISC Machine項目,其首字母縮寫(xiě)便是Arm。

Acorn公司沒(méi)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(lái)蘋(píng)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)境運行Mac軟件,發(fā)現居然跑得比68000更快,便將Arm列為備選。

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

Acorn公司店小利薄,自然一口應允,而給Arm芯片代工的VLSI表示也想上車(chē)。于是1990年,三家成立合資公司,蘋(píng)果投資300萬(wàn)美元占股30%(后來(lái)上升到43%),新公司叫做Advanced RISC Machine(改了一個(gè)單詞),縮寫(xiě)還是Arm。

跟逐漸陷入困境的蘋(píng)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(向其他公司授權芯片架構),Arm公司在1993年便實(shí)現了盈利,在1998年完成了上市,股價(jià)更是趁著(zhù)90年代末的科技股泡沫大漲。

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

喬布斯在被驅逐出蘋(píng)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(píng)果收購,喬布斯以特別顧問(wèn)的身份回歸,此時(shí)蘋(píng)果的PC市場(chǎng)份額已由16%跌至4%。到了1996年,蘋(píng)果虧損10億美金,賬面現金一度只夠維持3個(gè)月的運營(yíng)。

而喬布斯也變化巨大。從1985年開(kāi)始,他見(jiàn)證了蘋(píng)果的衰落、英特爾的制霸、AIM聯(lián)盟的掙扎,見(jiàn)證了昔日名氣遠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(mǎn)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(shí)間就給蓋茨打電話(huà),懇求微軟給蘋(píng)果投資1.5億美金,并繼續開(kāi)發(fā)Mac版的Word和Excel。在談判中喬布斯放低身段,好話(huà)說(shuō)盡,甚至承諾把微軟的IE瀏覽器當作Mac的默認瀏覽器——任何一個(gè)用過(guò)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(píng)果絕大多數的產(chǎn)品線(xiàn),把型號從幾百款壓縮到10款以?xún)?,并裁?000多人。在砍掉的項目里,就包括投入無(wú)數資金、但銷(xiāo)量極差的“Newton”掌上電腦,也是當時(shí)蘋(píng)果唯一使用Arm芯片的項目。

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(píng)果救命。

并非喬布斯看不到Arm的價(jià)值,而是砍掉Newton之后,蘋(píng)果在A(yíng)rm擅長(cháng)的低功耗場(chǎng)景里已經(jīng)沒(méi)有任何產(chǎn)品了,而此時(shí)蘋(píng)果最重要的任務(wù)是續命,而非繼續挑戰Intel。最終,蘋(píng)果通過(guò)減持拿到了數億美元,為自己的研發(fā)輸血。

1998年,蘋(píng)果發(fā)布了突破性的iMac,大獲成功,并帶動(dòng)蘋(píng)果當年成功扭虧,盈利3.09億美金;2001年,蘋(píng)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(mài)出了超過(guò)1億臺。蘋(píng)果徹底新生。

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

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

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

蘋(píng)果的董事會(huì )討論了18個(gè)月,最終一致同意。跟上次切換到畢竟要論換芯,蘋(píng)果如果說(shuō)自己第二,誰(shuí)敢說(shuō)第一?

而為了賣(mài)產(chǎn)品,喬布斯還不得不繼續厚著(zhù)臉皮在公開(kāi)場(chǎng)合尬吹PowerPC的芯片,比如在2003年他評價(jià)即將發(fā)布的PowerPC G5時(shí)說(shuō)道:“PowerPC G5讓我們擁有了全球最快的桌面計算機……這是我們(跟IBM和摩托羅拉)長(cháng)期、高效合作的開(kāi)端?!?/span>

但芯片問(wèn)題已經(jīng)沒(méi)法再拖下去了。2001年初蘋(píng)果發(fā)布搭載PowerPC G4芯片的PowerBook,之后5年都沒(méi)能升級過(guò)芯片(Intel陣營(yíng)每年都升級),銷(xiāo)量一年比一年差,原因就是后續的PowerPC G5芯片因為散熱問(wèn)題,死活裝不進(jìn)去。

從2004開(kāi)始,蘋(píng)果開(kāi)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(cháng)期作為反Wintel陣營(yíng)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(mǎi)空調壓縮機。

Intel派出一支精干團隊與蘋(píng)果合作,在6個(gè)月的期限內成功完成了所有底層操作系統的代碼修改工作。而蘋(píng)果的工程師也開(kāi)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上平滑運行。

2005年,喬布斯公開(kāi)宣布Mac將轉投Intel陣營(yíng),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(shí),當看到Macbook Pro相比之前的PowerBook性能提升5倍、續航提升2小時(shí)的時(shí)候,發(fā)布會(huì )瞬間又變成大型真香現場(chǎng)。

蘋(píng)果第二次換芯成功了,十年后有媒體評價(jià):?jiǎn)滩妓罐D向Intel,是蘋(píng)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

命運多舛的AIM聯(lián)盟終于解散了,在2004年就聽(tīng)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(lái)成立了Freescale(飛思卡爾),專(zhuān)注于汽車(chē)和嵌入式市場(chǎng)。而IBM也把PowerPC的部分資產(chǎn)賣(mài)掉,保留了給游戲機用的芯片產(chǎn)品線(xiàn)——那是另外一個(gè)故事了。

解決了芯片「卡脖子」問(wèn)題的蘋(píng)果,在桌面計算機市場(chǎng)(臺式機+筆記本)的占有率不斷回升,2007年已經(jīng)超過(guò)了10%,而后面的故事就耳熟能詳了:?jiǎn)滩妓乖?007年發(fā)布了iPhone,蘋(píng)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(shí),喬布斯曾想趁熱打鐵,勸說(shuō)Intel為蘋(píng)果開(kāi)發(fā)移動(dòng)芯片——那會(huì )的Intel還沒(méi)來(lái)得及向世界展示他們在移動(dòng)領(lǐng)域的驚人無(wú)能。但因為價(jià)格沒(méi)談攏,歐德寧事后回憶:誰(shuí)能想到他搞的這款手機銷(xiāo)量會(huì )是(預計的)100倍?

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

三星的半導體業(yè)務(wù)發(fā)軔于90年代,由二代李健熙親自布局,通過(guò)“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(guò)自研的S5L8900芯片吃下成為iPhone芯片的唯一供應商。

但吃過(guò)單一供應商大虧的喬布斯,心中有一個(gè)揮之不去的隱憂(yōu),那就是:萬(wàn)一三星變成第二個(gè)摩托羅拉和IBM怎么辦?而在2007年的iPhone發(fā)布會(huì )上,喬布斯就引用了Alan Kay的一句話(huà):真正在意軟件的人,應該自己造硬件。

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Alan Kay是誰(shuí)?他是圖靈獎獲得者,是面向對象編程的發(fā)明者,他在施樂(lè )PARC領(lǐng)導開(kāi)發(fā)了歷史上第一個(gè)用戶(hù)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(huà),是不是意味著(zhù)喬布斯又悟出了新的啟發(fā)?

也許,是時(shí)候徹底解決芯片問(wèn)題了。但問(wèn)題是:蘋(píng)果經(jīng)歷了如此漫長(cháng)的芯酸往事,這次會(huì )不一樣嗎?


04.英雄集齊不問(wèn)出處


在巨頭幾乎壟斷的背景下,一個(gè)新的芯片體系要想造得出、賣(mài)得好、用得爽,需要一個(gè)前提+三個(gè)條件。

一個(gè)前提就是:IDM模式造成的高門(mén)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)的規模效應”這條產(chǎn)業(yè)規律,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,讓之前認可度一般的晶圓代工模式不斷壯大,IDM一統江湖的現狀被打破,產(chǎn)業(yè)鏈出現了分工,大幅度降低了新進(jìn)入者的門(mén)檻。

還是用第一章的例子:假如A和B都生產(chǎn)同一類(lèi)芯片,A生產(chǎn)100萬(wàn)枚B生產(chǎn)30萬(wàn)枚,如果兩者都是IDM模式,那么B的成本永遠都比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(hù)比如D、E、F等一起分攤固定成本,那么B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,芯片的設計環(huán)節雖然花錢(qián)少一些,但如果從頭開(kāi)始設計一套新的CPU架構耗資巨大且成功率很低。而Arm的授權模式和良心收費,幫助想擁有自己芯片的企業(yè)大幅降低了設計成本,進(jìn)一步拉低門(mén)檻。

簡(jiǎn)單總結:就是IDM模式=設計+制造+封測,被拆解分工后,Arm幫你拉低設計成本,臺積電幫你拉低制造成本,封測又轉移到大陸成本降到低無(wú)可低,這樣即使蘋(píng)果芯片的量只有Intel的5%,單個(gè)芯片的成本也不會(huì )比Intel高太多,甚至有可能打平。

于是,當臺積電和Arm在2000年后成功重構了產(chǎn)業(yè)鏈后,大量新興的Fabless(無(wú)晶圓廠(chǎng))芯片公司崛起,高通借助Arm的授權開(kāi)始進(jìn)入芯片領(lǐng)域,英偉達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(mài)掉工廠(chǎng),全靠代工才跟Intel拼到現在。

蘋(píng)果重返造芯的一個(gè)前提有了,三個(gè)條件是什么?一是資金,二是客戶(hù),三是團隊。

第一是資金。產(chǎn)業(yè)鏈重構之后,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(wàn)就能上車(chē);但如果你要搞復雜的處理器芯片(也是蘋(píng)果想做的),沒(méi)有10億美金基本別想動(dòng)工。當然對發(fā)布iPhone后的蘋(píng)果來(lái)說(shuō),門(mén)檻兩個(gè)字怎么寫(xiě)他們已經(jīng)忘了。

第二是客戶(hù)。芯片造出來(lái)是第一步,賣(mài)出去是第二步,在用的過(guò)程中發(fā)現問(wèn)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(hù)。這樣的客戶(hù)比熊貓還稀缺,尤其是消費電子市場(chǎng),芯片的一個(gè)翻車(chē)可能就萬(wàn)劫不復。蘋(píng)果和華為,在這方面都有天然優(yōu)勢。

第三是團隊。芯片越往上設計,就越離計算機、半導體、數學(xué)這幾門(mén)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。而在計算機和半導體的發(fā)源地硅谷,這些人才雖然不能說(shuō)遍地都是,但絕對比全世界任何一個(gè)地方都多。

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正在做耐久性測試的蘋(píng)果芯片,2018年

蘋(píng)果在決定造芯之后,立馬就開(kāi)始了頂級人才——或者說(shuō)是頂級大神的搜羅工作。

首先加入團隊的是人稱(chēng)“大D哥”的Daniel Dobberpuhl。他曾在DEC先后領(lǐng)導過(guò)兩個(gè)著(zhù)名RISC項目——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,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局,最后被DEC連同大D哥本人一起賣(mài)給了Intel。Dobberpuh在Intel沒(méi)待幾天就離職創(chuàng )辦了SiByte,主攻MIPS架構芯片,發(fā)展迅猛,幾年后這家只有120個(gè)人的公司就被Broadcom以20億美元的天價(jià)收購,大D哥徹底財務(wù)自由。

2003年,Dobberpuh又雙叒離職,創(chuàng )辦了PA Semi,轉而搞PowerPC架構的芯片。到了2008年,已經(jīng)在籌劃造芯的蘋(píng)果收購了PA Semi。此時(shí)蘋(píng)果芯片團隊只有40人,PA Semi一下子就帶來(lái)了150多人,大大加強了團隊板凳深度。

早在收購PA Semi之前,蘋(píng)果就已經(jīng)把這家公司里的另一位大神Jim Keller給挖了過(guò)來(lái)。Dobberpuh擅長(cháng)連續創(chuàng )業(yè),Jim Keller的傳統藝能則是瘋狂跳槽,DEC、蘋(píng)果、AMD、Intel、特斯拉都待過(guò),但每個(gè)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(píng)果從IBM挖來(lái)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)習成績(jì)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(lái)語(yǔ)、阿拉伯語(yǔ)、法語(yǔ)和英語(yǔ)。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,負責高性能計算芯片Power 7的研發(fā)。幾個(gè)來(lái)回之后,他成為半導體屆一顆冉冉升起的新星。蘋(píng)果硬件負責人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(huà):一個(gè)人的命運當然要靠自我?jiàn)^斗,但是也要考慮歷史進(jìn)程。蘋(píng)果芯片團隊中大多數人的職業(yè)生涯都奉獻給了命運多舛的RISC,但在向Intel x86帝國沖塔的過(guò)程中,基本上是敗多勝少。這些人跟蘋(píng)果一樣,終于等到了產(chǎn)業(yè)生態(tài)出現劇烈變化這一刻。

諸多大神歸位,Johny Srouji被任命為整個(gè)芯片團隊的頭。他后來(lái)回憶喬布斯對他講的一段話(huà):“如果要讓蘋(píng)果真正脫穎而出,給用戶(hù)提供真正獨特和偉大的產(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計到量產(chǎn),至少需要幾年的時(shí)間。因此初代iPhone的后續型號——包括2008年的iPhone 3G和2009年的iPhone 3GS仍然使用三星的芯片。同時(shí),蘋(píng)果的收購仍然繼續,計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(cháng)一種名叫Fast14的技術(shù),能夠將Arm提供的通用內核從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(niǎo)”內核和S5PC110芯片——這款芯片搭載到了三星第一代Galaxy S手機上,全球大賣(mài),成為iPhone最早的挑戰者。

在意識到Intrinsity的價(jià)值之后,蘋(píng)果搶先三星一步把Intrinsity收入囊中,這導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(píng)果分道揚鑣的開(kāi)始——三星自詡安卓陣營(yíng)老大,已經(jīng)跟iPhone全面開(kāi)戰,而蘋(píng)果在屏幕、閃存和芯片方面卻仍然要依靠三星,只能咬著(zhù)牙忍氣吞聲。

在兩家貌合神離、合作暗流涌動(dòng)的背景下,蘋(píng)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(kāi)頭的場(chǎng)景。

蘋(píng)果自家的團隊在A(yíng)4上的貢獻其實(shí)并不大,A4大部分設計工作由三星和Intrinsity完成,跟三星的S5PC110芯片其實(shí)是同卵雙胞胎。因此,當一些拆解機構對A4的裸片進(jìn)行顯微拍照和紅外成像后,發(fā)現蘋(píng)果號稱(chēng)的自研跟S5PC110內核相同時(shí),嘲諷鋪天蓋地襲來(lái)。

圖片A4和S5PC110對比,Arm內核幾乎一致

但Johny Srouji和團隊幾乎沒(méi)有受到任何影響,而Intrinsity公司100多人團隊的加入又讓蘋(píng)果如虎添翼。幾只不同背景的隊伍匯聚在一起,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、運營(yíng)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(zhù)紅酒達成協(xié)議:蘋(píng)果未來(lái)將把芯片代工的訂單轉移給臺積電,臺積電則保證準備90億美元建廠(chǎng)資金和6000個(gè)工人,以確保產(chǎn)能。

很快,全世界都將目睹蘋(píng)果芯片團隊神擋殺神、佛擋殺佛的震撼過(guò)程。


05.神擋殺神,佛擋殺佛


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

這里遠離加沙和約旦河西岸,你幾乎不會(huì )在天空上看到“鐵穹”****哈馬斯火箭時(shí)劃過(guò)的白煙。人們享受著(zhù)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(guò)1000名員工正在為蘋(píng)果研發(fā)芯片。

圖片蘋(píng)果位于Herzliya的研發(fā)中心

蘋(píng)果在以色列部署一支龐大的軍團,一方面跟Johny Srouji是以色列人有關(guān),一方面也是因為以色列本身就是半導體人才的富礦。蘋(píng)果從2011年開(kāi)始便通過(guò)招募和收購的方式,在這個(gè)離硅谷1.2萬(wàn)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戰和ISIS崛起這些黎凡特地區新聞里找到蘋(píng)果造芯的蛛絲馬跡,而蘋(píng)果的緘默也讓Johny Srouji的團隊變得神神秘秘,他本人更是極少接受采訪(fǎng)。后來(lái)彭博在2016年終于拿到專(zhuān)訪(fǎng)機會(huì ),標題就很直接[10]:那個(gè)你從來(lái)都沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò),但又最重要的蘋(píng)果高管。

其實(shí)這種刻意除了增加流言和猜測外,并沒(méi)有起到“低調”的效果——因為A系列芯片的強悍性能,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皇的四核芯片。2013年,蘋(píng)果率先推出全球首款64位處理器A7,將仍處在32位時(shí)代的高通、三星遠遠拋在身后,移動(dòng)SoC自此進(jìn)入64位時(shí)代。

要想看懂蘋(píng)果芯片,需要先了解一些事實(shí):Arm這家公司其實(shí)賣(mài)兩種東西,一類(lèi)叫“架構許可”,客戶(hù)可以根據指令集架構設計自己的內核;一種叫“公版內核”,就是Arm幫你設計好的內核,客戶(hù)買(mǎi)回家整合到自己芯片里就行。

用一個(gè)未必恰當的類(lèi)比:“架構許可”好比賣(mài)食材,Arm幫你洗好剝凈,你不用搞個(gè)菜園自己種了(拉低芯片設計成本),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制菜,回家放點(diǎn)兒蔥花簡(jiǎn)單烹飪一下,很快就能湊出一桌酒席。

當然,“預制菜”聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單,但全世界能做好的也不多,敢于嘗試自己下廚開(kāi)發(fā)私版內核的人更少,比如Armv8的“架構許可”全球僅有15家客戶(hù)。蘋(píng)果的A4和A5上都是買(mǎi)公版內核,等于吃了兩年的“預制菜”,而從iPhone5搭載的A6芯片開(kāi)始,蘋(píng)果就想自己下廚了。

Johny Srouji的團隊先是推出了基于A(yíng)rmv7架構的Swift內核,讓A6備受好評;Arm在2011年底又發(fā)布了新的Armv8架構,蘋(píng)果全力沖刺在12個(gè)月之內就搞出了基于新架構的Cyclone(旋風(fēng))內核,搭載新內核的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(píng)果A系列芯片基本都對安卓陣營(yíng)的同級芯片形成碾壓。

由A系列錘煉出來(lái)的芯片設計能力,不出意外地“溢出”到蘋(píng)果其他的硬件創(chuàng )新上。2014年,蘋(píng)果發(fā)布第一代Apple Watch,搭載地就是蘋(píng)果自研的S系列芯片;2016年,蘋(píng)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(dòng)硬件創(chuàng )新的典范。在A(yíng)irPods出現之前,市面上大多數產(chǎn)品都需要用實(shí)線(xiàn)連接兩只耳機,而蘋(píng)果通過(guò)W1芯片實(shí)現了藍牙信號監聽(tīng),消滅了累贅的傳輸線(xiàn),并大幅提升了延遲、降噪、續航等方面的體驗,基本上重新定義了“無(wú)線(xiàn)藍牙耳機”這個(gè)產(chǎn)品。

到了2018年,內功突飛猛進(jìn)的蘋(píng)果終于做了一個(gè)驚天動(dòng)地的決定:把槍口重新對準Intel。

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

蘋(píng)果既然敢去在此挑戰Intel,就肯定不會(huì )打無(wú)準備之仗。事實(shí)上,經(jīng)過(guò)多年的悶聲****展,Johny Srouji團隊的人數已經(jīng)超過(guò)4000人,戰斗力爆表,更重要的是,A系列的很多技術(shù)都能跟M系列(蘋(píng)果桌面級芯片的代號)通用。

比如蘋(píng)果基于A(yíng)rmv8架構設計了Firestorm(火風(fēng)暴)和Icestorm(冰風(fēng)暴)兩個(gè)名字炫酷的內核,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核(2+4),而2020年11月發(fā)布的M1芯片也同樣用上了(4+4)。

當然,設計桌面級芯片復雜度要比手機芯片大得多,翻車(chē)的概率也很大。因此當蘋(píng)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(píng)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(mǎn)Intel擠牙膏的不光蘋(píng)果,很多Wintel陣營(yíng)的用戶(hù)也暗自希望Intel能有點(diǎn)兒壓力;那些見(jiàn)識過(guò)蘋(píng)果A系列芯片輾壓級戰斗力的果粉,自然無(wú)比期待;對于半導體行業(yè)的觀(guān)察者來(lái)說(shuō),此事更是意義重大——晉西北好久沒(méi)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?。?、8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(gè)硅基SoC上,通過(guò)統一內存技術(shù)大幅提升內部通信帶寬,單核和多核的性能可以簡(jiǎn)單理解為介于Intel的i7和i9之間。

M1的強悍性能到了讓Intel看了沉默、AMD看了流淚的地步,甚至蘋(píng)果內部高管也被M1的性能所驚訝。發(fā)布會(huì )結束之后,蘋(píng)果軟件負責人Craig Federighi和硬件負責人John Ternus接受采訪(fǎng)直言[11]:蘋(píng)果自己都沒(méi)能預料M1芯片會(huì )帶來(lái)如此大的進(jìn)步。

蘋(píng)果高管或許還有王婆賣(mài)瓜的嫌疑,但Macbook的銷(xiāo)量不會(huì )騙人:2021年,筆記本銷(xiāo)量因為疫情大漲,但Macbook增長(cháng)最快,市場(chǎng)占有率超過(guò)10%,份額擴大了24%;2022年疫情退潮,在全球筆記本銷(xiāo)量下滑的背景下,Macbook繼續增長(cháng),份額已經(jīng)達到了14%。

M1之后,Johny Srouji的團隊繼續攻城拔寨,陸續推出了M1 Pro、M1 Max、M1 Ultra和M2芯片,逐步其他蘋(píng)果桌面設備的Intel芯片換掉。Johny Srouji也開(kāi)始走向前臺,頻繁現身蘋(píng)果發(fā)布會(huì ),甚至一度有傳言說(shuō)他會(huì )去接任Intel的CEO。

盡管蘋(píng)果不會(huì )對外出售M系芯片跟Intel直接開(kāi)戰,但兩家公司糾纏30年的角力,終于畫(huà)上了句號。

不光是Intel,蘋(píng)果跟幾乎所有半導體巨擘發(fā)生都過(guò)交集:它拋棄了IBM和摩托羅拉,直接導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,讓所有安卓機皇都不敢妄言跟A系列芯片比肩……

一部蘋(píng)果造芯記,半本硅谷崛起史?;仡^來(lái)看,蘋(píng)果造芯的這場(chǎng)逆襲是如此地漫長(cháng),以至于這個(gè)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(gè)人計算機的革命、從Wintel聯(lián)盟的制霸到RISC陣營(yíng)的反擊、從Arm的誕生到臺積電的崛起……一場(chǎng)奧德修斯式的返鄉故事,能夠帶給我們什么啟示呢?
06.啟示錄


如果單純只問(wèn)蘋(píng)果造芯的故事有什么參考意義,那么答案也很簡(jiǎn)單:幾乎沒(méi)有任何參考意義。

蘋(píng)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(cháng)的硅谷本地人喬布斯跟很多教科書(shū)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(kāi)玩笑:如果喬布斯再這么晚給我打電話(huà),我會(huì )殺了他。

前文所述造芯的“一個(gè)前提和三個(gè)條件”,除了“前提”外,單拎出來(lái)資金(利潤率和資金儲備)、團隊(人才密度和號召力)和客戶(hù)(市占率和用戶(hù)粘性),再加上創(chuàng )始人的特質(zhì),你就會(huì )發(fā)現蘋(píng)果的成功不但中國公司復制不了,美國也沒(méi)有第二個(gè)公司能復制。

如果說(shuō)這部爽文能有什么啟發(fā)的話(huà),那筆者提一個(gè)沒(méi)那么宏大澎湃的角度:計算機和芯片是「產(chǎn)業(yè)」,但更是「科學(xué)」。

蘋(píng)果造芯這個(gè)故事的“明線(xiàn)”,是一家消費電子公司如何隱忍如何爆發(fā)最后了解恩怨;而“暗線(xiàn)”則是CISC和RISC兩種不同的芯片設計理念三十年的相互纏斗——這種纏斗本質(zhì)上是計算機體系結構(Computer Architecture)這門(mén)「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。計算機和芯片當然是產(chǎn)業(yè),但更是兩門(mén)誕生不到100年、還在演化和突破的科學(xué),而蘋(píng)果故事里的要素提醒了我們一個(gè)事實(shí):美國是這兩門(mén)科學(xué)發(fā)源的地方。

組成計算機和芯片這兩門(mén)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(hù)圖形界面)、RISC、數據庫、TCP/IP、面向對象編程、激光打印、人工智能、浮點(diǎn)計算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、機器學(xué)習……它們幾乎都出現在美國。

產(chǎn)業(yè)容易轉移,但科學(xué)卻不容易轉移,或者說(shuō)科學(xué)無(wú)法轉移,只能通過(guò)悉心培育科學(xué)精神,才能在自己的土地上開(kāi)花結果。美國雖然很多產(chǎn)業(yè)被轉移出去,但仍然把控著(zhù)計算機和芯片科學(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(gè),就容易解答很多人的疑問(wèn):為何我產(chǎn)業(yè)規模如此大了,還這么容易被卡脖子?

當然,考慮到起點(diǎn),能先把產(chǎn)業(yè)做起來(lái)已屬不易。畢竟當蘋(píng)果成立的時(shí)候,四人幫還在臺上。1984年洛杉磯奧運會(huì ),西方的記者都用上了IBM的PC機,中國記者卻只有紙和筆,法新社寫(xiě)道:“在全世界報道奧運會(huì )的7000名記者中,只有中國人用手寫(xiě)他們的報道?!?/span>

在經(jīng)濟突飛猛進(jìn)的四十多年里,無(wú)論是大型企業(yè)的掌門(mén)人,還是十八線(xiàn)城市的科長(cháng),都習慣了用「產(chǎn)業(yè)」的思維來(lái)考慮問(wèn)題。就像2014年楊元慶對話(huà)馬斯克,前者問(wèn)后者:2013年聯(lián)想一共售出了1.15億臺設備,特斯拉賣(mài)了幾輛車(chē)?

產(chǎn)值、規模、市占率這些參數,的確有很重要的意義,但不應該被它們遮蔽掉最應該去關(guān)注的問(wèn)題。在過(guò)去,太多企業(yè)熱衷搞規模,熱衷堆人頭,熱衷?xún)r(jià)格戰,在取得一定成績(jì)之后,卻又不敢沿著(zhù)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?當然重要,對發(fā)展中國家來(lái)說(shuō)意義再怎么強調也不為過(guò)。但對于一個(gè)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(gè)普遍現象:硬骨頭很少有人啃,看起來(lái)容易的卻一堆人來(lái)卷。

站穩腳跟的中國科技公司,全社會(huì )都應該鼓勵他們把精力投入到前沿科學(xué)的突破中去,而不是催促他們去植樹(shù)和捐款。而它們自己,也不應該被那些規模指標所迷惑——富可敵國如蘋(píng)果,都在花三十年磨一劍,更何況利潤率往往只有個(gè)位數的諸位呢?

中國這些年出現了越來(lái)越多靠「科技」來(lái)賺錢(qián)的公司,在全球產(chǎn)業(yè)鏈上建立了話(huà)語(yǔ)權,但在卡脖子的當下,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據,我們往往發(fā)現很多產(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(huà):“務(wù)實(shí)一點(diǎn),把這個(gè)足球的理念先搞懂?!睂τ谥袊暮芏喈a(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō),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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