台积电为苹果造芯秘史:隐忍三年取代三星

本文来自合作媒体:智东西(ID:zhidxcom),作者:温淑。猎云网经授权发布。

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十年前,从2010年的iPhone 4开始,苹果逐步在产品中搭载自己研制的芯片。十年之后的2020,从iPhone、iPad到Apple Watch、AirPods,无不是内藏一颗“苹果芯”。面对越来越庞大的苹果自研芯帝国,今年早些时候,业界开始聚焦在那唯一的缺口——Mac芯片上。

关于苹果将自研Mac芯片的消息已经沸沸扬扬,终于在今年6月23日举办的WWDC 20大会上尘埃落定,由苹果CEO提姆·库克向全世界官宣。库克本人称这是“Mac前进的一大步”。

“苹果硅(Apple Silicon)”计划已经摘开面纱,但还有许多谜团待解。

苹果自研Mac芯官宣后不久,就有消息称台积电将承担为“苹果硅”计划代工的关键角色,也是苹果为“苹果硅”计划选择的唯一一家芯片代工厂商。

而且有细节称,面对苹果的绝对信任,台积电派出300人的团队助力“苹果硅”计划研发,力求独家代工不掉链子。

这已不是苹果第一次把核心芯片代工的全部筹码押在台积电身上。

我们追溯到10年前,苹果和台积电就开始接触并探讨芯片研发和代工合作,甚至在三星还为苹果代工A系列芯片时,台积电就已经作为“备胎”秘密地与苹果进行联合研发和技术攻关。二者的合作远比我们想象的要深远和有故事。

从2016年搭载于iPhone 7的A10 Fusion芯片起,苹果每颗A系列芯片的订单被台积电全数吃下。在这之前,他们是怎么走到一起的?

今天,智东西来深扒苹果和台积电10年联手造芯背后的故事。

台积电投300人研发,助力苹果自研Mac芯“首秀”

在WWDC 20大会上,苹果宣布了Mac芯片“苹果硅”计划,预计将用两年时间完成从英特尔芯片到Arm架构自研芯片的转变。从打造班底和芯片性能等方面来说,“苹果硅”计划都可以说是豪华。

在WWDC 20大会举办前几个小时,消息人士@手机晶片达人爆料称,为了帮助“苹果硅”计划顺利落地,台积电慷慨拿出300人团队,专攻“苹果硅”计划的研发、设计、先进工艺和封装。

@手机晶片达人此前爆料的许多供应链消息都得到验证。比如,2019年其爆料称华为将自研PA(功率放大器)芯片订单下给国内射频芯片厂商三安光电。2020年,三安光电就出现在了华为P40的核心供应商名单中。因此,这次其爆料的台积电300人研发团队消息可信度也很高。

这个神秘的300人团队无疑是苹果和台积电合作“苹果硅”计划的关键。

台积电作为芯片代工领域的龙头企业,其300人的研发团队阵容不论从数量还是质量上,都称得上豪华。要知道,当初“中国半导体之父”张汝京建立起中芯国际,也不过用了300人的工程师班底。近期,中芯国际历经19天成功过会,创下了科创板最快过会记录。

其实,早在10年前苹果和台积电刚刚接触、谈论合作可能性的时候,台积电就曾拿出一个100人的“One Team”进行技术攻关。@手机晶片达人的爆料说明,至今苹果和台积电或仍在沿用这一方式。

6月23日WWDC 20大会结束后,@手机晶片达人又发布微博,称其预计5nm Apple Sillicon ARM CPU A14X成本约为75美金左右。相比之下,基于X86架构的10nm 4核酷睿i7处理器售价在300~400美元左右。

在成本更低的前提下,“苹果硅”计划产出的芯片性能怎样?搭载苹果自研芯片的Mac预计明年才会落地,但是各方媒体、消息人士已经开始从各个角度挖掘相关信息。

比如,曾准确预告微软Xbox发布会时间的科技博主Paul Thurrott发博称,使用基于“苹果硅”的过渡工具的开发者泄露了“苹果硅”的早期基准得分。得分显示,搭载“苹果硅”芯片的过渡工具性能达到甚至超过了基于Microsoft SQ-1芯片的微软Surface Pro X。

通过运行跨平台处理基准测试程序Geekbench,苹果开发者过渡工具(the Apple Developer Transition Kit)平均单核得分为811,平均多核得分为2871。相比之下,微软的Surface Pro X平均单核得分为764,平均多核得分为2983。

要知道,Surface Pro X搭载的Microsoft SQ-1是高通和微软花费三年打造的高性能Arm架构芯片。这说明台积电的300人团队确实可能为“苹果硅”计划带来强劲的竞争力,助力苹果自研芯片Mac性能超预期。

2010年,苹果首次发布搭载自研芯片的智能手机iPhone 4。当时iPhone 4搭载的Arm架构A4芯片是由三星代工。

今天的台积电与当年的三星有许多相似之处:同样是独家代工、同样是代工Arm架构芯片、同样是代工苹果重要自研芯片。

不同的是,台积电专心芯片代工,不像三星除了芯片代工厂商外还有着手机厂商的第二重身份。而这也许就是台积电除了独家班底外,赢得苹果10年信任的另一个关键。

约10年过去,苹果和台积电分别成为了智能终端和芯片代工领域的领头羊。苹果在供应链获得更多自主权,随着自研Mac芯片计划的落地,苹果自研芯片帝国版图的最后一个缺口被补上。

台积电的市场份额逐年攀升,据市场分析机构iHS统计,2019年台积电市场份额达到52%。如果说过去这两家公司互相成就了彼此,在未来,他们还将通过互相倚仗走得更远。

2010年台积电首用“One Team”赢订单,11个月使命必达


台积电与苹果合作的故事要从2010~2011年间、两家公司为A8芯片聚首而讲起。在那时,台积电就曾拿出一个100人规模的“One Team”。这种“One Team”模式是如何被敲定的,我们不得而知。但是,从实施过程和结果来看,台积电的“One Team”使A8芯片获得了成功。2010年,时任苹果运营副总裁Jeff Williams赴台与台积电前任董事长张忠谋及其夫人共进晚餐,席间双方谈论了一起合作的可能性。Jeff Williams在业界有小Tim Cook之称,擅长供应链管理,并在苹果内部相关岗位深耕多年。在七年后的2017年,Jeff回忆当初,笑称那是一顿“很棒”的晚餐,双方都认为“如果能把先进的科技和我们的目标结合是一个很棒的机会”。


虽然2010年就开始了接触,但台积电与苹果直到2013年才首次将芯片代工合作落地到iPhone上。另有消息称,2011年,时任台积电高管蒋尚义也曾与苹果方面进行接触,讨论用先进制程进行合作的事宜,但并未敲定合作。原因主要在于苹果方面的担忧和台积电方面技术、产能的不足。当时苹果方面的顾虑是,台积电与苹果没有合作经验,单纯就产品而言,台积电的工艺和产能都要打个问号。另外,2011年间,三星意识到台积电有意“截胡”苹果订单,曾在接待股票分析师时强调“只要台积电敢做,就一定敢告”。苹果方面也忌惮转单台积电会引起台积电和三星的芯片IP纠纷。面对苹果的为难,台积电展现出难能的诚意。针对产能不足的问题,台积电投资90亿美元新建、扩建产线。台中的台积电15厂于2010年7月16日动工建设,于2012年初厂房落成。另外,台积电分别于2013年上半年和下半年开始扩建其竹科12厂和南科14厂。台积电在竹科12厂开辟出一条“苹果专属”20nm A8芯片研发生产线,还从南科14厂调度大批生产线工程师进行配合。这是台积电首次为客户打造研发、生产合一的新制程生产线。为了避免IP争端,台积电在2011年底派出近百人的“One Team”奔赴美国苹果总部。这支团队先帮助苹果解决A6芯片的设计问题,再帮助苹果处理专利认证问题。据称,台积电最终拿出两版A8方案供苹果挑选,最大限度帮助苹果减轻与三星打IP官司的风险。在半导体领域,客户为供应商的先进产品和技术提前“买单”并不少见。比如,三星、英特尔、台积电就曾入股支持光刻机巨头ASML的研发;苹果曾花10亿美元收购英特尔的基带芯片部门,其中包括技术、设备等等。据了解,在台积电为了A8订单攻关技术、扩大产能的过程中,苹果并没有直接入股支持,也没有赞助其重要生产设备。尽管台积电诚意可鉴,但拍板让台积电独家生产A8对于苹果来说还是一个艰难的选择。在2017年的台积电30周年庆上,Jeff Williams谈及当初的合作,直言当年下单台积电是一场赌注,“现在看来理所当然,但当时风险是难以预料的”。想来在整个合作过程中,苹果方面都把心提到了嗓子眼。但是,台积电最终交出了令人满意的答卷。当时,为了按时按量完成任务,台积电部署6000位员工赶工。最终,台积电破纪录在仅11个月后就量产了Jeff口中“完美无暇”的A8芯片,并在这段时间向苹果出货超5亿片产品。搭载A8芯片的iPhone 6也被称为苹果最畅销的产品,截至2019年停产共出货约2.5亿台。相比之下,诺基亚最畅销的1100/1110系列手机销量也在2.5亿台左右。


“去三星化”背景下的一拍即合

其实,苹果在2013年与台积电签约,背后颇有一些无奈的意思。当时,苹果不仅每年向三星独家订购手机SoC,还要订购大量显示屏和内存芯片。可以说,苹果越来越意识到供应链对三星依赖带来的危险。三星与苹果的合作关系起源于2005年1月推出的iPod Shuffle(搭载三星内存芯片)。那时,三星已经推出一系列手机,而苹果还没有手机业务。iPod Shuffle大获成功,截至当年4月份已售出约180万台。这为苹果、三星开启了一段通力合作的“美好时光”。有消息称,苹果在2005年8月份即与三星签约,大方表示要占用三星40%的内存芯片产能。随后几年,苹果和三星的合作逐渐加深,苹果下给三星的订单也从内存芯片扩展到显示屏和手机SoC。从iPhone 4搭载的A4到iPhone 5S搭载的A7,全部是由三星独家代工。


但是,一切从苹果推出iPhone的那一刻就已经发生了微妙的不同。商场如战场的铁律告诉我们,要分同一块市场蛋糕的对手终究难以保持水下甚至表面的和平。2010年,三星推出了第一代Galaxy手机Galaxy S。看到Galaxy S照片时,苹果的人当即傻眼:这和iPhone也太像了吧!像到苹果不认为自己被抄了都难。如果说面对极其相似的产品,苹果还能“忍一时风平浪静”,那么市场数据的变化则让苹果彻底坐不住了。2008~2011年,三星智能机全球份额增长了6倍、2011年达到了19.1%(第一),而苹果以19%的份额居于第二。


2011年,苹果把三星告上了法庭,称三星抄袭了自家产品的外观、风格等。2012年,美加州地方法院判决三星侵权成立。由于苹果、三星始终没能就赔偿金额达成一致,二者之间这场官司断断续续打到了2018年才彻底结束。要指出的是,在打官司期间,苹果A5、A5X、A6、A7芯片(2011~2013年)的订单还是只能下给三星。比会抄袭的竞争对手更可怕的,可能就是会抄袭还捏住了你核心部件供应链的竞争对手。对于憋屈的苹果来说,已经低调开始进行20nm制程合作研发、正积极扩大产能的台积电成为最可靠的选择。iPhone 6的销量数字也证明,经过2010至2013年的打磨,苹果的芯片代工“备胎养成”计划十分成功。如果说台积电用百人“One team”拼出了A8芯片的成功和苹果的信任,那么A9芯片则帮台积电在市场的较量中胜过了三星。苹果在2015年发布的iPhone 6s和iPhone 6s Plus中搭载了A9芯片。而A9芯片是三星和台积电以2:3的订单比例共同代工。其中,三星采用14nm制程工艺,台积电采用16nm制程工艺。让人大跌眼镜的是,虽然号称制程更先进,但三星生产的A9芯片在网友实测中“翻车”了。网友实测显示,台积电生产的A9芯片功耗更低,甚至在iPhone 6S中能达到高于三星产A9芯片30%的能耗优势。因此,网友大面积对三星表示不满。最后苹果官方不得不发声,称台积电和三星生产的芯片间的差异不会超过2~3%。但是,网友并不买账,甚至有人发布教程,教授消费者拿到iPhone 6/6S后快速辨别芯片来自三星还是台积电,号召消费者退货搭载三星芯片的产品。经此一役,台积电坐拥苹果的100%信任和市场检验的“合格证书”。如果说在2010年这场战役开打时,三星和台积电还能称得上是不相伯仲,甚至三星略胜一筹,那么到了2015年iPhone 6发布之后,台积电则是超越了三星。A9以后的每一代A系列芯片,都是由台积电独家代工。

结语:苹果补全芯片版图和台积电的新起点

从iPhone 6搭载的A8起,台积电与苹果开始了业务往来。到今天,iPhone 12搭载的5nm制程芯片同样出自台积电产线。然而,今年台积电与苹果的合作更有一层特殊的意义。苹果将在新款Mac电脑中使用自研的Arm架构芯片。这意味着苹果的自研芯片帝国版图终于完整。同时,台积电也把“One Team”这种玩法实行得风生水起。7月8日,@手机晶片达人再度爆料,称英特尔从2021年后要把GPU和CPU拿给台积电代工。作为回报,台积电同样拿出一个专门的“Team”对其服务。另外,代工Arm架构的电脑芯片对台积电来说也是一个新起点。目前,个人电脑、服务器等都是基于X86架构芯片。随着台积电代工的Arm架构电脑芯片逐渐成熟,未来电脑芯片架构也更多了一种可能。未来是否会出现更多Arm架构的电脑芯片?台积电是否会开启一个Arm架构电脑芯片时代?一切皆有可能。
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