當(dāng)蘋果芯片跌落神壇

作者 |??云鵬，編輯?|??心緣

安卓芯逆襲蘋果的秘密，藏在這20年里。

最近國(guó)內(nèi)安卓陣營(yíng)迎來了一波接一波的新機(jī)發(fā)布熱潮，而在各家發(fā)布會(huì)上，蘋果A17 Pro著實(shí)成了“?？汀?，只不過這個(gè)?？?，是被各路安卓手機(jī)芯片在性能測(cè)試中趕超的對(duì)象。是的，今天的安卓手機(jī)芯片，已經(jīng)在性能和能效上雙雙反超蘋果了。這種“委屈”，恐怕之前的蘋果芯片都沒受過。相比高通、聯(lián)發(fā)科手機(jī)芯片近年來的高歌猛進(jìn)，蘋果近兩代芯片的性能提升似乎有些“擠牙膏”。在一些業(yè)內(nèi)人士來看，在這場(chǎng)安卓芯對(duì)蘋果芯的逆襲中，蘋果“跑的慢了”占了更主要因素。即使一開始差距很大，但如果對(duì)手用跑的，蘋果用走的，被追上必然是遲早的事了。前不久陸續(xù)登場(chǎng)的兩大安卓芯王——高通驍龍8 Gen3以及聯(lián)發(fā)科天璣9300，在CPU多核性能、CPU多核能效比、GPU峰值性能、GPU能效比等核心技術(shù)指標(biāo)上均已領(lǐng)先同時(shí)期的蘋果A17 Pro。

蘋果芯片輸了“能效比”，這放在兩年前還是難以想象的，GPU方面的性能差距，一度讓網(wǎng)友們調(diào)侃稱高通和聯(lián)發(fā)科用了“外星科技”。如果說去年的A16是被“部分超越”，那么今年的A17 Pro就是被全面趕超，僅剩CPU單核性能還保有一定優(yōu)勢(shì)。兩年不到，手機(jī)芯片性能擂臺(tái)徹底“變天了”，蘋果似乎不再“遙遙領(lǐng)先”。為什么安卓芯片可以在短短幾年里從追趕到超越？蘋果為什么跑得更慢了，而高通聯(lián)發(fā)科又是如何一步步追上的？我們將從架構(gòu)、工藝、人才技術(shù)等多方面入手，嘗試尋找背后的深層次原因。

01.蘋果牙膏擠沒了高通聯(lián)發(fā)科的牙膏踩爆了

蘋果的步子真的邁的更慢了嗎？通過梳理近20年來高通、聯(lián)發(fā)科、蘋果三家廠商發(fā)布的旗艦級(jí)自研手機(jī)芯片，我們發(fā)現(xiàn)事實(shí)的確如此，尤其近幾年，這一趨勢(shì)愈發(fā)明顯。

▲近六年高通、蘋果、聯(lián)發(fā)科旗艦手機(jī)芯片CPU、GPU性能和能效提升情況（部分）

▲近五年蘋果、高通、聯(lián)發(fā)科部分旗艦手機(jī)芯片CPU性能提升幅度情況，每年每家廠商僅選取一款旗艦芯片，部分蘋果CPU性能提升為大核性能提升，趨勢(shì)僅供參考

高通、聯(lián)發(fā)科兩家廠商的旗艦芯片，CPU每年的性能提升幅度多則60%，少則20%，而CPU能效比的提升也是同步的，通常在25%到45%之間。至于安卓陣營(yíng)提升幅度較大的GPU方面，高通和聯(lián)發(fā)科芯片每年提升的幅度最高甚至可以達(dá)到80%，30%以上的提升是十分常見的，其GPU能效比的提升幅度甚至還要超過性能的提升。

簡(jiǎn)單來說，高通和聯(lián)發(fā)科這邊每年的旗艦芯片基本上都能在性能和能效上有顯著的提升，即使偶爾有“翻車”現(xiàn)象發(fā)生，但并不影響長(zhǎng)線性能提升的大勢(shì)，并且“馬兒跑得快，馬兒還吃草少”的情況經(jīng)常出現(xiàn)在安卓芯片陣營(yíng)中。反觀蘋果這邊，從A15到A17 Pro，每代芯片的CPU性能提升僅有10%左右，A16一代提升幅度更小，其GPU甚至直接沿用了上代A15的規(guī)格。

向更早期追溯，從A12開始，蘋果芯片性能提升幅度已經(jīng)開始有放緩趨勢(shì)，A14芯片GPU性能提升幅度僅有8%。在搭載A16的iPhone 14 Pro發(fā)布之初，就有不少媒體測(cè)試發(fā)現(xiàn)，相比前幾代iPhone產(chǎn)品的性能提升，iPhone 14 Pro在GPU性能方面的提升幅度極小。

最近高通驍龍8 Gen3和聯(lián)發(fā)科天璣9300發(fā)布后，蘋果芯片在GPU方面的差距被進(jìn)一步拉大。蘋果近年A17 Pro的GPU上新增的渲染新特性以及對(duì)硬件級(jí)光線追蹤的支持，都已經(jīng)是高通和聯(lián)發(fā)科兩年前就已落地的特性。不可否認(rèn)，蘋果手機(jī)芯片的步子的確走的慢了，安卓手機(jī)芯片是實(shí)打?qū)嵉刳s上來了。

02.架構(gòu)升級(jí)不夠看，工藝紅利消退，逼得蘋果玩起了“超頻”？

提到芯片性能和能效比，大家最先想到的就是工藝和架構(gòu)的影響。安卓芯片的逆襲，跟芯片制程工藝和芯片架構(gòu)又有著怎樣的聯(lián)系？在討論之前，我們先要明確，通常我們說的Arm架構(gòu)，是指芯片CPU內(nèi)核所使用的架構(gòu)，而廠商們常常說的“1+3+4”或“1+5+2”架構(gòu)，則指的是CPU的內(nèi)核是如何配置的，雖然都是“架構(gòu)”，但實(shí)際上說的并不是一回事。

從CPU的內(nèi)核配置方式來看，最近聯(lián)發(fā)科提出的“全大核”架構(gòu)概念引起了業(yè)內(nèi)的廣泛熱議。天璣9300直接放棄了“小核”，采用了4個(gè)超大核+4個(gè)大核的架構(gòu)。雖然聯(lián)發(fā)科的這一舉措看起來很“大膽”，但當(dāng)我們將時(shí)間線拉長(zhǎng)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這種“全大核”的概念更像是一種不一樣的叫法，而類似的架構(gòu)設(shè)計(jì)其實(shí)在高通和聯(lián)發(fā)科的芯片發(fā)展歷史上都有出現(xiàn)過。

▲近10年高通、聯(lián)發(fā)科、蘋果旗艦手機(jī)芯片CPU內(nèi)核配置情況

比如2014年前后聯(lián)發(fā)科的MT6595、高通的驍龍810，其CPU采用的都是“4+4”的架構(gòu)設(shè)計(jì)，只不過當(dāng)時(shí)的“大核”，例如A17、A57，性能遠(yuǎn)不及如今的大核。簡(jiǎn)單來說，經(jīng)過多年技術(shù)迭代，當(dāng)年的大核，如今只能相當(dāng)于“小核”，而今天例如A55、A510這樣的小核，放在多年前，也能有“大核”的地位。

而縱觀近年來高通、聯(lián)發(fā)科芯片在CPU架構(gòu)上的調(diào)整，這種“大核越來越多”的設(shè)計(jì)，其實(shí)早有預(yù)兆，并不是突然涌現(xiàn)的。在高通驍龍8 Gen2這一代上，高通將此前沿用了多年的1+3+4架構(gòu)更換為1+4+3，大核增加、小核減少，而在今年的驍龍8 Gen3上，高通進(jìn)一步將大核數(shù)量增加為5個(gè)，小核數(shù)量減小到2個(gè)。

在聯(lián)發(fā)科一口氣增加了3個(gè)超大核的同時(shí)，高通同樣也在默默增加大核。并且高通的5個(gè)大核中，有3個(gè)的最高頻率都已經(jīng)來到了3.2GHz，這與此前的超大核頻率都已十分接近。

實(shí)際上，不論是“超大核”、“大核”、“中核”、“小核”，還是“性能核”、“能效核”，這只是廠商對(duì)于產(chǎn)品的命名，透過架構(gòu)的變動(dòng)，我們能夠看到的核心趨勢(shì)就是，手機(jī)芯片對(duì)于性能的需求，依然在快速增加，“手機(jī)芯片性能過?！钡难哉?，近年來也鮮有見到。

既然如此，蘋果為什么多年來一直采用的是“2+4”的6核配置，蘋果芯片的性能提升又來自于哪里？

實(shí)際上，這一方面涉及到芯片內(nèi)核架構(gòu)的迭代。蘋果是三家廠商中對(duì)于自研內(nèi)核架構(gòu)這條路走的最為堅(jiān)定的。從2012年蘋果A6芯片改用自研內(nèi)核微架構(gòu)之后，蘋果A系列芯片就一直采用“深度自研”的基于Arm的架構(gòu)。雖然高通也嘗試推出過基于Arm指令集的一些自研CPU內(nèi)核微架構(gòu)，例如Scropion、Krait，但后來其還是轉(zhuǎn)向了基于Arm的“半定制”設(shè)計(jì)，雖然名字為“Kryo”，但本質(zhì)上仍然是“定制版Arm”，因此也很難與直接采用Arm架構(gòu)的聯(lián)發(fā)科芯片拉開明顯差距。

一些業(yè)內(nèi)人士指出，此前每代蘋果A系芯片的性能提升，很大一部分來自于內(nèi)核架構(gòu)的改進(jìn)，例如分支預(yù)測(cè)能力的提升、擴(kuò)寬解碼單元和執(zhí)行單元。并且值得一提的是，從芯片物理層面的晶片尺寸大小來看，蘋果的“小核”，其實(shí)很多時(shí)候比安卓端的“大核”還大，蘋果在芯片規(guī)格方面的“堆料”，也是其單核性能長(zhǎng)年領(lǐng)先的重要方面之一。在梳理近年三家芯片CPU核心頻率的過程中，我們還發(fā)現(xiàn)，蘋果從2021年的A15開始，似乎在芯片核心頻率提升方向上有些“用力過猛”。

▲近10年高通、聯(lián)發(fā)科、蘋果旗艦手機(jī)芯片CPU最高頻率情況

在蘋果A14之前，蘋果芯片的CPU最高頻率往往都低于同時(shí)期的高通和聯(lián)發(fā)科芯片，并且當(dāng)時(shí)蘋果也并沒有在工藝方面有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)期的芯片工藝通常都在同一代中。但從A15之后，蘋果芯片的最高頻率突然開始顯著提高，尤其是在最近的A17 Pro上，其CPU的最高頻率甚至達(dá)到了驚人的3.78GHz，要知道，很多筆記本電腦上的處理器都沒有這么高的運(yùn)行頻率。相比之下，同時(shí)期高通和聯(lián)發(fā)科芯片的最高頻率都在3.3GHz左右，僅頻率上的差距就達(dá)到了14.5%。

▲近十年蘋果、高通、聯(lián)發(fā)科部分旗艦手機(jī)芯片CPU最高單核頻率情況，每年每家廠商僅選取一款旗艦芯片，趨勢(shì)僅供參考

蘋果芯片的單核性能的確有明顯優(yōu)勢(shì)，但如果去掉晶體管數(shù)量和單核頻率的差異，蘋果單核性能的優(yōu)勢(shì)必然會(huì)明顯縮小。這或許也從側(cè)面反映了蘋果當(dāng)下芯片性能提升的方式，已經(jīng)較為局限了，甚至不惜在“超頻”的路上越走越遠(yuǎn)。

今年臺(tái)積電3nm工藝表現(xiàn)不及預(yù)期，加之蘋果芯片頻率的大幅提升，這代A17 Pro發(fā)熱明顯高于前代也就并不令人意外了。既然提到了頻率和工藝，縱觀三家芯片巨頭在芯片制程工藝方面的使用，我們也能發(fā)現(xiàn)一些特點(diǎn)。實(shí)際上，在智能手機(jī)發(fā)展早年間，臺(tái)積電工藝還不像如今這樣搶手，蘋果A4、A5、A6、A7使用的都是同時(shí)期三星的工藝，不過來到7nm及更先進(jìn)節(jié)點(diǎn)后，臺(tái)積電工藝就已占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)。

▲近20年蘋果、聯(lián)發(fā)科、高通旗艦手機(jī)芯片工藝情況

雖然近年來臺(tái)積電在工藝制程方面的優(yōu)勢(shì)被不斷放大，但當(dāng)工藝迭代至5nm以后，工藝提升帶來的性能提升已經(jīng)遠(yuǎn)不及從前。這也是蘋果不得不以“超頻”來換取性能提升的一部分原因。

正如前文所說，從蘋果A6到A12這六年間，每年蘋果、高通、聯(lián)發(fā)科三家使用的工藝基本上都在同一代，蘋果并不是一直在工藝方面有“壟斷式”的優(yōu)勢(shì)。與其責(zé)怪臺(tái)積電工藝不及預(yù)期，不如說，當(dāng)蘋果指望依靠工藝壟斷來實(shí)現(xiàn)性能領(lǐng)先時(shí)，蘋果就已經(jīng)輸了一半。芯片性能提升不及預(yù)期，還要從蘋果自身找原因。

03.蘋果芯片團(tuán)隊(duì)巨震，靈魂人物出走，高通聯(lián)發(fā)科趁勢(shì)追擊

如果從蘋果自身找原因，擺在明面上的就是近年來蘋果芯片團(tuán)隊(duì)的劇烈震蕩。此前外媒《信息報(bào)》（The Information）的一篇報(bào)道更是揭露了不少蘋果芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部存在問題。據(jù)報(bào)道，從2019年以來，蘋果芯片團(tuán)隊(duì)中有不少人離職，這些離職的工程師有些去創(chuàng)業(yè)了，有的則直接跳槽到其他芯片公司就職，涉及人員有數(shù)十個(gè)之多。其中就包括大名鼎鼎的蘋果首席CPU設(shè)計(jì)師Gerard Williams III，他在2010年從Arm公司加入蘋果后，就一直操盤著蘋果核心的芯片研發(fā)相關(guān)工作，主持研發(fā)了A7一直到A14等諸多蘋果自研芯片，蘋果的M1系列首席架構(gòu)師也是他。

我們對(duì)蘋果硬件技術(shù)高級(jí)副總裁Johny Srouji都十分熟悉了，他經(jīng)常在蘋果發(fā)布會(huì)上露臉，也是蘋果芯片業(yè)務(wù)當(dāng)下的一把手，據(jù)報(bào)道，Williams在蘋果芯片團(tuán)隊(duì)中的地位僅次于Srouji。在來到蘋果之前，Williams參與了諸多經(jīng)典Arm CPU架構(gòu)的研發(fā)，可以說是移動(dòng)芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的頂級(jí)專家。這種級(jí)別的負(fù)責(zé)人離開，對(duì)團(tuán)隊(duì)的影響是很大的，尤其是他還帶走了一部分蘋果芯片團(tuán)隊(duì)的員工，跟另外兩位芯片圈大佬共同創(chuàng)立了芯片創(chuàng)企NUVIA。Williams也因此吃了蘋果的官司。其實(shí)還有一家芯片創(chuàng)企Rivos也被蘋果起訴過，這家公司更狠，直接從蘋果挖走了40多人，其中還包括Ricky Wen這樣的芯片圈大牛。據(jù)報(bào)道，在Williams走后，蘋果又挖來了Arm的首席架構(gòu)師Mike Filippo來接替他，但無奈Filippo跟蘋果團(tuán)隊(duì)不和，于2022年離開蘋果加入了微軟。其實(shí)蘋果很少直接拉外部高管來擔(dān)任要職，更多都是自己“內(nèi)部培養(yǎng)”，緊急挖來Filippo，對(duì)于蘋果來說必然不是上策，同時(shí)蘋果手機(jī)芯片團(tuán)隊(duì)的動(dòng)蕩，對(duì)其芯片的迭代和技術(shù)創(chuàng)新是有嚴(yán)重不利影響的。在上述蘋果芯片團(tuán)隊(duì)2019年前后的這一系列動(dòng)蕩之下，最直接的“受害者”就是蘋果A16芯片。

據(jù)《信息報(bào)》報(bào)道，蘋果的A16原本計(jì)劃會(huì)有“大幅飛躍式”提升，但由于原型機(jī)的功耗太高，導(dǎo)致機(jī)身發(fā)熱嚴(yán)重，甚至影響了電池壽命，蘋果不得不緊急做出調(diào)整，砍掉了本該在A16上就出現(xiàn)的光線追蹤技術(shù)，同時(shí)GPU也直接沿用了前代A15的設(shè)計(jì)。報(bào)道中的幾名知情人士稱，這種“亂象”在蘋果公司中是前所未有的（unprecedented snafu in the group’s history）。當(dāng)時(shí)這位記者在報(bào)道中預(yù)測(cè)，如果蘋果的“A17”性能提升還是如此之小，高通和聯(lián)發(fā)科的芯片很可能會(huì)在性能上實(shí)現(xiàn)反超。如今，一語成讖，預(yù)言成真。值得一提的是，2021年12月，在蘋果任職超過8年的M1芯片設(shè)計(jì)總監(jiān)Jeff Wilcox也離開了蘋果，此次蘋果M3系列芯片迭代的“放緩”， 或許也同樣與芯片團(tuán)隊(duì)的動(dòng)蕩有著千絲萬縷的聯(lián)系。從2019年的團(tuán)隊(duì)動(dòng)蕩至今，我們并未在公開報(bào)道中看到有新的芯片圈大牛加入蘋果。相比蘋果芯片團(tuán)隊(duì)的動(dòng)蕩分離，高通芯片團(tuán)隊(duì)則增加了不少精兵強(qiáng)將。前文提到的芯片創(chuàng)企NUVIA，在成立僅14個(gè)月后就被高通公司以13億美元收購(gòu)。

除了來自蘋果的芯片大佬Gerard Williams III，NUVIA的副總裁Manu Gulati也曾擔(dān)任谷歌首席SoC架構(gòu)師，甚至還在蘋果擔(dān)任了8年多的首席SoC架構(gòu)師，負(fù)責(zé)過蘋果A5X、A9、A12X等多款處理器的設(shè)計(jì)。在博通和AMD的工作經(jīng)歷也給Gulati增加了不少PC處理器和移動(dòng)芯片的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。此外，NUVIA的另一位高級(jí)副總裁John Bruno也是芯片圈的一位老兵，在ATI、AMD、蘋果工作過，曾參與過AMD最早一代APU的研發(fā)設(shè)計(jì)。集合了這么多芯片圈大牛的NUVIA，就這樣被高通一口吃下，這些芯片人才都成為高通芯片研發(fā)的新力量。收購(gòu)僅僅過去了兩年多，今年高通的自研CPU Oryon就已經(jīng)正式亮相了，也足見收購(gòu)對(duì)于高通的重要意義。

實(shí)際上，NUVIA的強(qiáng)項(xiàng)就是設(shè)計(jì)能夠提高內(nèi)存帶寬、CPU利用效率、持續(xù)性能的CPU架構(gòu)，而放棄“堆核”或者“超頻”的傳統(tǒng)思路。據(jù)報(bào)道，NUVIA的自研CPU架構(gòu)Phoenix比其他所有競(jìng)品的峰值性能都高50%到100%，功耗還更低，并且性能隨著功耗增加而邊際效益遞減的問題也優(yōu)于其他競(jìng)品。可以說，NUVIA的強(qiáng)項(xiàng)，都是高通所需要的，高通需要做出兼顧高性能和高能效比的新自研CPU架構(gòu)。相比高通這邊直接吸納成熟團(tuán)隊(duì)，聯(lián)發(fā)科這邊大有一副從頭培養(yǎng)優(yōu)秀人才的架勢(shì)。根據(jù)聯(lián)發(fā)科官方信息，從2021年年中開始，聯(lián)發(fā)科就在積極招募優(yōu)秀人才，招聘規(guī)模超過2000人，給碩士畢業(yè)生開出了超過46萬元人民幣的起步年薪，而博士畢業(yè)生的起步年薪接近60萬元。除了高薪吸納新人才，據(jù)稱聯(lián)發(fā)科在內(nèi)部也鼓勵(lì)員工推薦優(yōu)秀人才，并配以各種新人推薦獎(jiǎng)勵(lì)。聯(lián)發(fā)科一把手蔡力行曾在公開發(fā)言中說到，聯(lián)發(fā)科的目標(biāo)是“成為全球最具競(jìng)爭(zhēng)力的IC設(shè)計(jì)公司”。聯(lián)發(fā)科從2021年開始研發(fā)投入有明顯增加，2022年研發(fā)投入約為40億美元，2022年四季度研發(fā)投入占比一度超過了25.9%。眾所周知，人才是芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才儲(chǔ)備不足問題長(zhǎng)期存在，芯片人才無疑是一項(xiàng)稀缺的“戰(zhàn)略資源”。對(duì)于蘋果、高通和聯(lián)發(fā)科來說，人才爭(zhēng)奪戰(zhàn)，必將會(huì)持續(xù)上演。而能否把握住優(yōu)秀芯片人才，也必然會(huì)成為影響后續(xù)芯片迭代的關(guān)鍵性因素。

04.結(jié)語：AI大模型風(fēng)浪涌起手機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)暗流涌動(dòng)

安卓芯片逆襲蘋果，并非一朝一夕之功，看似短短兩代的反超，其實(shí)是此前多年間架構(gòu)、工藝等技術(shù)博弈以及人才激烈爭(zhēng)奪等一系列復(fù)雜因素綜合作用的結(jié)果。這次，蘋果芯和安卓芯來了一次“角色互換”，作為當(dāng)下“追趕者”的蘋果，要如何解決人才流失的問題？高通和聯(lián)發(fā)科又能否穩(wěn)住當(dāng)前的優(yōu)勢(shì)并進(jìn)一步跑的更快？都成為會(huì)影響手機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要變量。今天，在手機(jī)CPU、GPU性能之外，芯片的AI能力也逐漸走到了“C位”，成為各家芯片廠商在發(fā)布會(huì)上重點(diǎn)宣傳的方面，在AI大模型落地智能手機(jī)的過程中，高通、聯(lián)發(fā)科等芯片廠商無疑承擔(dān)著關(guān)鍵角色，芯片無疑是大模型應(yīng)用的硬件基礎(chǔ)。手機(jī)芯片在AIGC時(shí)代又將迎來怎樣的挑戰(zhàn)，有哪些新的需求涌現(xiàn)出來？芯片巨頭們又會(huì)如何應(yīng)對(duì)，手機(jī)芯片之戰(zhàn)，正迎來另一個(gè)精彩的高潮。