(一)失敗歷程
- 1,RISC 問世
1964年,超級計算機CDC6600初步將“精簡指令集計算機”理念運用于存儲器載入/回存架構中。緊接著的1965年,IBM為了打敗CDC6600,開始啟動“ACS-1(尖端計算系統(tǒng))”項目。
可惜三年之后該項目被擱置,但這期間卻積累了非常多寶貴的經(jīng)驗、技術及創(chuàng)新。
1974年,IBM研究中心的 John Cocke 證明,計算機中約20%的指令承擔了80%的工作,并基于此提出了 RISC 的概念。同年,IBM 801項目在 John Cocke 的主導下開始了。
1980年夏,“藍色巨人”研發(fā)的IBM 801初版問世。這是最早基于 RISC(精簡指令集計算機)微處理器開發(fā)的計算機,雖然“RISC”這個名詞要等到1981年才出現(xiàn)。
IBM的成功,以及1981年“RISC”名稱于學術性論文中問世,使得全球科技界逐漸掀起了“RISC項目”的研發(fā)浪潮。
其中 Acorn Computers 公司(ARM公司前身)也不例外。1985年,Acorn 推出了其第一款RISC微處理器ARM1——命名源自“Acorn RISC Machine”縮寫。
- 2,蘋果入局
1986年,成立十年的蘋果公司已經(jīng)看不到喬布斯的身影——在1985年他被蘋果CEO約翰·斯卡利(John Sculley)聯(lián)合董事會逐出了蘋果公司。
喬布斯出局后,斯卡利開始對蘋果的業(yè)務進行重組,其中就包括成立一個“高新技術小組(ATG)”, 并基于此開始了第一次“造芯”嘗試。
之所以蘋果決定親自下場,則皆因為摩托羅拉68000系列芯片的“爛泥扶不上墻”。
當初該系列芯片剛問世之時性能在行業(yè)內是頂尖的,蘋果也借助其強大性能在1984年推出了極其經(jīng)典的 Macintosh(初代Mac)電腦。
但是,隨著硅谷興起的“RISC芯片熱”,以及行業(yè)巨頭英特爾的步步緊逼,摩托羅拉的芯片開發(fā)進度逐漸落后競爭對手,這直接拖累了蘋果的產(chǎn)品競爭力。
因此在1986年,“水瓶座(Aquarius)”計劃正式啟動,蘋果的 ATG 與 AT&T 的微電子部合作——蘋果負責芯片設計而另一方則負責生產(chǎn)制造。
一個芯片設計行業(yè)的“新兵蛋子”單憑滿腔熱血短時間就能成功的故事,僅存在于爽文段子中,事實上在經(jīng)歷幾年折騰并燒光幾千萬美元研發(fā)經(jīng)費后,1989年水瓶座計劃直接被終止了。
同時被終止的,還有一個準備用在蘋果PDA項目 Newton 上的“霍比特人(Hobbit)”計劃——結果卻意外因此計劃得以在1990年參股了新成立的ARM公司。
- 3,二次嘗試
1991年,蘋果拉上 IBM 和摩托羅拉,一起組建了“AIM聯(lián)盟”——合三家之力共同對抗“ Wintel聯(lián)盟”。至于合作動機其實很簡單,那就是這三家皆被“ Wintel聯(lián)盟”壓得喘不過氣來!
其中 IBM 在PC市場實在卷不過后起之秀康柏和戴爾,蘋果和摩托羅拉這對組合更是慘敗于微軟和英特爾的“鐵蹄”之下。
聯(lián)盟形成后,IBM貢獻了基于RISC的高端芯片架構即POWER——其鼻祖正是前述之IBM 801,并將聯(lián)合研發(fā)的新芯片命名為 PowerPC。
此外,不管是上游的芯片設計和制造生產(chǎn),還是中游的系統(tǒng)整合和測試,亦或是下游的組裝和銷售,皆為IBM的歷來強項,因此其在三巨頭中可謂頂梁柱般的存在。
至于摩托羅拉,貢獻的除了芯片制造生產(chǎn)能力外,還有無線傳輸方面的芯片設計能力;蘋果這邊,則主司操作系統(tǒng)、電腦組裝及銷售。
1992年聯(lián)盟推出了第一款產(chǎn)品 PowerPC 601,其不僅繼承了 IBM 高端服務器和工作站的強大計算性能,還融合了摩托羅拉的頂尖芯片技術儲備,一經(jīng)問世便驚艷了世人。此后1994年蘋果成功商用這款芯片,并在初期取得了令人矚目的銷售成績。
但是,該架構芯片的一些“先天性”缺點卻始終無法解決。
首先,超高性能帶來的超高功耗導致了嚴重散熱問題;此外開發(fā)工具的缺失,又導致軟件生態(tài)不完備;還有昂貴的產(chǎn)品價格,直接制約著市場規(guī)模。
(二)王者歸來
- 4,力挽狂瀾
1996年12月20日,蘋果宣布將以4億美元的價格,收購喬布斯從蘋果離職后所創(chuàng)立的 NeXT 公司,這便是隨后喬布斯回歸蘋果公司的契機(斯卡利已于1993年被逐)。
1997年,喬布斯重新當選CEO,但“此蘋果”已非“彼蘋果”——這時候的蘋果在 PC 市場份額已從鼎盛時期的16%跌至4%,且賬面現(xiàn)金虧得只夠維持三個月運營了!
在離開蘋果的這十二年里,經(jīng)歷了世間滄桑的喬布斯,盡管仍然桀驁不馴,但已經(jīng)變得務實了許多。所以當他看到自己創(chuàng)辦的公司面臨如此絕境時,便選擇了先放下恩怨。
重掌蘋果后,喬布斯首先就是停止了和微軟的專利紛爭,并主動示好,從而爭取到了1.5億美元的投資資金。
當然,微軟并非“友善之類”,其之所以愿意幫助喬布斯,是因為喬布斯承諾會將微軟的IE瀏覽器當作 Mac 的默認瀏覽器!如此屈辱的條件都能答應,微軟自然樂于伸出援手。
有了救命資金之后,喬布斯便開始大刀闊斧地改革,砍掉了絕大部分不需要的研發(fā)項和業(yè)務線。
例如那個銷量極差的 Newton 項目,便是首要被砍產(chǎn)品線。同時開始大規(guī)模裁員,3000多人因此而失業(yè)。此外,他還決定將生產(chǎn)制造外包,從而使蘋果專注于產(chǎn)品設計與開發(fā)。
改革完成后,喬布斯又開始了新產(chǎn)品——iMac電腦和 OS X 操作系統(tǒng)的研發(fā)工作,此外為了籌集資金他還在ARM上市后拋售了絕大部分蘋果所持的股份。值得一提的是,在 ARM 上市前一個月,庫克受喬布斯邀請入職了蘋果公司。
很快,在1998年五月份,劃時代的 iMac G3 發(fā)布(八月份上市),其獨特的“果凍”外殼可謂是科技史上永恒的經(jīng)典。而這個“G3”之名,便源自其所搭載的PowerPC G3處理器。
也是在這年,蘋果成功扭虧為盈——在喬布斯的力挽狂瀾之下蘋果終于擺脫了瀕臨倒閉的困境!同時,在“供應鏈圣手”庫克的帶領下,蘋果的運營改革被持續(xù)優(yōu)化,并奠定了往后蘋果供應鏈輝煌的堅實基礎。
- 5,改變世界
雖然受“互聯(lián)網(wǎng)泡沫”影響2001年蘋果又陷入了虧損的境地,但在2002年喬布斯卻憑借傳奇的 iPod 再次讓蘋果扭虧為盈,同時也是從這年開始蘋果往后再也沒出現(xiàn)過年度虧損!
就在蘋果開始往巔峰攀登的時候,喬布斯發(fā)現(xiàn)發(fā)熱量越來越夸張的 PowerPC 芯片已經(jīng)到了難以為繼的時候;最終在2005年六月份他低頭了,宣布從2006年起 Mac 的產(chǎn)品將開始使用英特爾的處理器。
于是2006年一月份發(fā)布的初代 Macbook Pro,便成為了取代舊 PowerBook G4 產(chǎn)品線之全新產(chǎn)品線,當然這也是首批采用英特爾平臺的蘋果產(chǎn)品(同時轉型的還有iMac產(chǎn)品線)。
在外人看來,這次喬布斯終于向英特爾認慫了,實際上這只不過是其緩兵之計而已——蘋果的“造芯夢”一直都在。因為造芯是一項極度燒錢的事業(yè),蘋果還需要在 iPod 式微之前開辟新的“現(xiàn)金奶?!睒I(yè)務線。
2007年,初代 iPhone 橫空出世,世人對其的驚訝程度絲毫不遜于2001年發(fā)布 iPod 時!而這次,喬布斯又成功了,初代 iPhone 的銷量遠超預期!
而初代 iPhone 所搭載的三星S5L8900處理器,正是采用 ARM 架構之芯片平臺。至于三星與蘋果的合作關系源頭,則可追溯到2005年一月份推出的 iPod Shuffle——這款傳奇播放器上搭載了三星的內存芯片。
有趣的是,當時蘋果曾經(jīng)找過英特爾商議移動處理器的事項,結果卻被英特爾回絕了。后來英特爾的CEO歐德寧回憶道:“誰能想到他搞的這款手機銷量會是(預期的)100倍?”
結合此后英特爾在移動芯片領域的“驚人無能”來看,歷史軌跡其實從一開始就注定了。
2008年二月份,當喬布斯從文件袋中拿出那款,當時世界上最薄的筆記本 Macbook Air 時,發(fā)布會現(xiàn)場先是驚呆,緊隨著直接就沸騰了——蘋果重新定義了筆記本電腦!
假如當時還在用 PowerPC 架構的處理器,想做到這個厚度無異于癡人說夢。而蘋果,也借助英特爾的力量,繼初代 iPhone 之后,再次改變了世界!
- 自打喬布斯回歸蘋果以來,先后推出的 iMac、iPod、iPhone 和 Macbook Air,無一不是改變世界的電子產(chǎn)品,特別是 iPhone 的極大成功,直接讓蘋果的業(yè)績實現(xiàn)了連續(xù)騰飛!
通過蘋果的2007年報可得知,當年的營收已高達245.78億美元,凈利潤更是高達34.95億美元(往后連年增長)!“錢包”鼓起來之后,蘋果便開始網(wǎng)羅芯片英才了。
- 6,網(wǎng)羅英才
2008年,蘋果以2.78億美元秘密收購了 Palo Alto Semiconductor(簡稱P. A. Semi)公司;直到當年四月尾,蘋果才向外界透露這一消息。
這個以所在地“帕洛阿托”命名的初創(chuàng)(2003年創(chuàng)立)半導體公司,到底是何方神圣?其實,這個公司的價值并不在產(chǎn)品上,而是在于人才上。
該公司的創(chuàng)始人是硅谷教父級的大神人物——Daniel W.Dobberpuhl(丹尼爾·多伯普爾),早在蘋果初創(chuàng)的1976年,31歲的他就加入了電子領域傳奇巨頭 DEC 公司。
這位人稱“大D哥”的傳奇人物,領導設計了 DEC 公司名震一時的 Alpha 架構(1992年發(fā)布),后來又在1995年聯(lián)合ARM公司打造 StrongARM 項目。
不過,隨著1997年 StrongARM 項目被英特爾并購,他在 DEC 的職業(yè)生涯也走到了終點。同時由于他不愿意在英特爾“養(yǎng)老”,不久之后就選擇了離職,并創(chuàng)辦了 SiByte 公司。
這個公司很快在2000年,就被博通(Broadcom)以20億美元的天價收購,從此大D哥徹底財務自由!結果這位大佬在2003年又雙叒從博通離職,并創(chuàng)立了 P. A. Semi。
而那些 SiByte 的老部下們竟也陸續(xù)放棄博通的職位,選擇加入原老大的初創(chuàng)公司!值得一提的是,在這些老部下中,就包含了江湖人稱“硅仙人”的 Jim Keller(吉姆·凱勒)。
個人名言:“我這個人沒什么太大成就,只不過你們用過最好的CPU,都是我設計的?!眱H憑學士學位就在博士遍地走的硅谷擁有如此傳奇履歷,其彪悍的人生,閃耀灼目。
當然教父級人物的麾下肯定不止一個大神部下,那些“跳槽老部下”中還有另一個名為 Sribalan Santhanam(斯利巴蘭·桑達南)的大神。
這位印度裔大神和“硅仙人”一樣,都曾在 DEC 公司與大D哥共事過,后來也加入了 SiByte。由于為人極其低調,故世人鮮知其存在。
但在研發(fā)專利方面,這卻是不折不扣的技術狂人。據(jù)悉,20余年間其提交的所有待審和過審專利共有32項!同時,他還是未來A13處理器背后的大功臣!
P. A. Semi 公司的“三巨頭”已集齊,接下來蘋果的目標定在了另一位阿拉伯裔大神——Johny Srouji(約翰尼·斯魯吉)身上。
這位大神先是在 IBM 的以色列研發(fā)中心工作,后來被英特爾挖走;結果工作八年后又被 IBM 反挖回去,負責高性能計算芯片POWER7的研發(fā)。
研發(fā)工作進行到一半,他又在2008年被蘋果挖走了,還被直接任命為蘋果芯片團隊的領頭人。后面,蘋果的芯片團隊將大展身手!
(三)“果芯”帝國
- 7,一鳴驚人
雖然蘋果收購的 P. A. Semi 公司擁有一群善于研發(fā)低功耗、高性能芯片的團隊——天才工程師的人數(shù)高達150人!但是,其創(chuàng)始人大D哥并非容易招撫的人物。
2009年底,大D哥帶著幾名骨干離開了蘋果。所以,蘋果的人才招攬與相關公司并購并沒有暫停腳步,例如有位華人芯片大神——陳宗健便是此間加入蘋果的。
2010年一月尾蘋果發(fā)布了初代 iPad,以及第一款自主設計的A4處理器。
雖然這顆處理器發(fā)布后,業(yè)界發(fā)現(xiàn)其僅僅只是三星 S5PC110(代號“蜂鳥”)處理器的魔改版本,但殊不知這只是蘋果釋放的一顆“煙霧彈”。
在發(fā)布自家首款處理器之后,僅僅過了三個月 Intrinsity 公司就被蘋果秘密收購了,剛好三星的“蜂鳥”處理器就是與該公司合作之產(chǎn)物——蘋果“聲東擊西”的戰(zhàn)略著實妙哉!
就這樣,接收了 Intrinsity 公司的100多人團隊后,蘋果的芯片團隊如虎添翼,研發(fā)進度大大加快。
也是在2010年,于業(yè)界有著“小庫克”之稱的蘋果運營副總裁 Jeff Williams 赴臺,與臺積電創(chuàng)始人張忠謀及其夫人共進晚餐,席間雙方談論了一起合作的可能性。
2011年三月份,喬布斯發(fā)布了A5處理器,這次CPU部分采用了 ARM 的雙核公版架構——得益于核心數(shù)的增加其性能較前代直接翻倍!
2011年十月份,多次改變世界的喬布斯因癌癥逝世,年僅56歲。此后,庫克開始執(zhí)掌蘋果帝國,喬幫主對于“造芯夢”的執(zhí)著,將由庫克延續(xù)。
2012年初,蘋果確認已經(jīng)收購了以色列閃存芯片控制器廠商 Anobit,據(jù)報道收購金額高達5億美元。同時還在以色列開設了一個新的研發(fā)中心,這便是首個美國之外的蘋果研發(fā)中心。
同年三月份,蘋果發(fā)布了首個帶 X 后綴的芯片——A5X處理器,這次主要是增加了GPU的核心數(shù),以此換來了GPU性能的大幅提升。
同年九月份激動人心的時刻終于到來——蘋果發(fā)布了基于第一代CPU自研核心的A6處理器!該CPU自研核心被命名為 Swift(迅捷),性能之強可謂一如其名!
據(jù)內部研發(fā)人員回憶:“當時,我們團隊在沒有參考設計的情況下,從指令集架構到最終送交制造,只花了18個月。而且已經(jīng)能在iPhone5上運行,幾乎沒有bug?!?/p>
但更加不可思議的,還在后頭。
2012年ARMv8指令集架構才剛開始授權,蘋果就馬上調撥團隊小組攻關基于此的第二代CPU自研核心。而且又是只用了18個月,在沒有任何參照的情況下就完成了!
2013年九月份,基于蘋果第二代CPU自研 Cyclone(旋風)核心,同時也是世界首款64位移動芯片的A7處理器正式發(fā)布,此舉完美詮釋了何為“不鳴則已,一鳴驚人”!
- 8,“備胎”轉正
到此為止,蘋果所有處理器還都是三星代工的;但是,臺積電那邊,可是一直沒有放棄蘋果這塊超大“肥肉”的。
自打2010年初次會晤之后,臺積電就開始緊鑼密鼓地擴充產(chǎn)能,幾年時間總共投資了90億美元用于擴建廠房和生產(chǎn)線。
后來,為了繞過三星的專利堵截——三星稱只要用到其一項專利便法院見,臺積電還部署6000人的豪華工程師團隊趕工,以幫助蘋果解決A8芯片設計所涉及的代工專利問題。
最終,臺積電破紀錄地在僅僅11個月后就量產(chǎn)了“完美無瑕”的A8芯片,三星只能眼睜睜地看著蘋果A8芯片大單就此流失。
A8處理器最終在2014年九月份問世,基于蘋果第三代CPU自研核心 Typhoon(臺風)打造,這個名字結合臺積電20nm制程工藝,可見蘋果在命名方面已經(jīng)暗指了代工商切換。
但三星并沒有放棄的意思,其轉換策略不再重點發(fā)展已經(jīng)落后臺積電的20nm節(jié)點工藝,而是大力開拓下一整數(shù)代的14nm節(jié)點。
最終趕在2015年,三星14nm制程工藝開始大規(guī)模量產(chǎn),而在這年臺積電僅僅只量產(chǎn)了16nm工藝!蘋果見狀,便分了2/5的訂單給三星——只要技術夠先進蘋果不介意吃“回頭草”。
就這樣,2015年發(fā)布的基于蘋果第四代CPU自研核心 Twister(龍卷風)之A9處理器,就有了兩個代工版本。
而有著霸氣架構命名的A9處理器,也確實沒有讓蘋果的芯片團隊失望——其性能提升幅度堪比劃時代的A7處理器!搭載這顆芯片的 iPhone6S 系列也因此成為了一代神機!
不過,在蘋果笑開花的同時,三星卻哭了。因為事后大家發(fā)現(xiàn)臺積電代工的芯片版本竟然在能耗方面,較三星代工版本有著30%的優(yōu)勢!這個事件,此后被稱為“芯片門”。
“芯片門”事件在當年鬧得沸沸揚揚,此后持續(xù)發(fā)酵,最終蘋果官方被迫發(fā)聲:稱這兩個芯片版本的差異不會超過3%——換言之官方就是承認這兩個版本有差別了!
經(jīng)此一役,臺積電分別坐擁蘋果的100%信任和市場檢驗的“合格證書”,正式從蘋果“備胎”轉正;同時也徹底捏碎了三星的奪回蘋果之夢,從此在芯片代工領域一路狂奔再無敵手。
- 9,自研矩陣
2016年九月份發(fā)布的A10四核處理器是個過渡產(chǎn)品,其雖擁有2顆 Hurricane(颶風)自研大核和2顆 Zephyr(微風)自研小核,但實際上這四核卻不能同開。
但這種尷尬的情況并沒有持續(xù)太久,因為2017年九月份發(fā)布的A11六核處理器,其所擁有的2顆 Monsoon(季風)自研大核和4顆 Mistral(北風)自研小核,已開始支持“火力全開”!
與此同時,這代還首次加入了蘋果自研的神經(jīng)網(wǎng)絡引擎,以及蘋果的首個自研GPU!
實際上蘋果在GPU方面早有動作,例如從A8處理器那代起蘋果就開始自主設計GPU的著色器內核以及驅動了,往后又持續(xù)在供應商 Imagination 公司處挖了很多優(yōu)質圖像工程師人才。
SoC 關鍵模塊自研矩陣形成后,蘋果在桌面端的反攻號角最終在2020年十一月份開始吹起——以A14處理器為基礎而開發(fā)的蘋果首款自研桌面級處理器M1正式誕生!
M1相較于A14,不僅在CPU部分增加了兩顆 Firestorm(火風暴)大核還同時調高了大小核的主頻,并將GPU規(guī)模翻倍拓展至八核!且擁有算力接近的16核NPU。
此外,M1作為一顆完整的SoC還集成了 ISP、視頻編解碼器、T2安全處理器、PCle4.0控制器、DSP 等專用模塊,同時還擁有能帶來低延遲和高帶寬運行環(huán)境的統(tǒng)一內存架構。
具體到產(chǎn)品上,蘋果表示搭載M1處理器的全新 MacBook Air 相較于搭載英特爾處理器的前代,CPU性能、GPU性能分別提升了3.5倍、5倍,同時續(xù)航還能翻倍式增長!
當然,光有強大的處理器還不夠。為了讓開發(fā)者能將原來運行在X86架構英特爾處理器之上的 Mac 應用,更輕松適配基于ARM架構的自研 Mac 處理器,蘋果還提供了一系列軟件工具。
這時候,縱橫捭闔半個世紀腳下全是挑戰(zhàn)者尸骨,后來又做了多年“牙膏廠”的英特爾徹底傻眼——“戀愛”長跑十五年終究留不住蘋果“女神”!
而這款M1處理器只是個開始,往后蘋果的芯片團隊繼續(xù)攻城拔寨,又陸續(xù)推出了 M1 Pro、M1 Max、M1 Ultra 以及M2系列、M3系列、M4系列等芯片,果芯生態(tài)日益完整。
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