蘋果自製晶片之路,Apple Silicon 下個階段就是基頻晶片了

作者 | 發布日期 2020 年 12 月 21 日 8:00 | 分類 Apple , iPhone , 手機 Telegram share ! follow us in feedly


2017 年,時任英特爾 CEO 的布萊恩·科再奇(Brian Krzanich)在 Code 大會受訪時,曾對當時盛傳的蘋果自研 Mac 處理器發表觀點。

他說:「身為工程師,如果他們不做這方面嘗試,那一定是傻了。」言下之意也是認為,蘋果遲早會自己做晶片,如今他的預測也得到印證。

對蘋果來說,晶片是構成硬體差異化最重要的後盾。不管 iPhone、iPad 還是 AirPods,以及最新發售的 M1 晶片 Mac,這些蘋果設備的諸多賣點,都是由不同系列的自研晶片驅動。

然而 M1 晶片之後,蘋果的自研生意並未結束,也定好下一個目標了。

彭博社報導,最近蘋果啟動自研基頻晶片計畫,以便未來取代 iPhone 搭載的高通基頻晶片。和我們熟知的手機處理器不同,基頻晶片關係到手機通話、連網速率等體驗,也直接決定手機基礎通訊性能的好壞。

▲ iPhone 12 搭載的高通 SDR865 射頻收發器(黃色區域),以及高通 X55 基帶晶片(綠色區域)。(Source:iFixit

雖說蘋果自研晶片已有不少,但不涉及基頻這類偏通訊的細分領域,之前 iPhone 所用的基頻晶片,也一直是英特爾、高通等廠商提供。

如今基頻卻成了蘋果最頭痛的問題之一。前幾代 iPhone 因訊號弱、連網穩定性差而飽受指責,當時很多人把矛頭指向英特爾,也是從那時候起,幾乎每代 iPhone 都會被人吐槽訊號差。

今年,iPhone 12 重新使用高通基頻晶片,但對蘋果來說也只是「沒有選擇中的選擇」。按照蘋果的風格,走自研,開發自己的基頻晶片,才是最徹底的解決手段。

哪怕這不是件容易的事。

基頻晶片開發,九死一生

一顆基頻晶片,主要看什麼?平時我們拿 Speedtest 測速度,對比上下行速率,這是偏性能的部分,但頻段、制式完整性及支援強度,則關係到手機能否正常接收到訊號。

如今隨便點開一款手機的介紹頁,都能在網路標準一欄看到好幾排頻段訊號。雖然現在把 5G 掛在嘴邊,但不意味手機就能拋棄 2/3/4G 網路,所以對基頻晶片,也得相容 GSM、WCDMA 和 LTE 分支下的頻段。

如何確保手機到哪都能打電話、接到訊號?最保險的做法,肯定就是盡可能多支援各地區、各國的頻段組合,做到無縫切換,甚至全球漫遊。數量多不說,且一個都不能少。

常聽到的 5 模、7 模、17 頻、19 頻等術語,指的就是一台手機支援的網路標準和頻段數量,現在 5G 來了,模式和頻段又大幅增加,還分成 Sub- 6 和毫米波,顯然也為晶片設計帶來更多挑戰。

這還沒完,接下來是基地台設備問題。不同地區、不同國家的電信商,都會有不同佈網策略,一來基地台設備品牌不只一家,可能有愛立信、華為、諾基亞等多品牌,這就需要解決基頻晶片與不同組網設備間的相容性問題。

二來是電信商網路數量。全球  100 多家商用行動網路,可能都要晶片廠商親自測試,再根據數據慢慢調整,那又是龐大的人力物力投入。

繁雜的通訊標準,加上越來越多頻段,都間接增加基頻晶片的開發難度和複雜性。簡而言之,不只考驗製程或後期量產,更看重長時間經驗累積。假如無法一次拿出完整解決方案,影響的終究是手機體驗。

這也是為什麼華為、三星等自研基頻晶片的廠商,都花上 8~10 年才跟上第一梯隊進度,如今這些阻礙,蘋果都要親自跨過。

掌握在少數人手裡的專利

基頻晶片的另一個問題,在於專利。

這在 3G 時代的 CDMA 就有充分體現。當時幾乎每家做基頻晶片的廠商,都要向高通或威睿電通(之後賣給英特爾)購買授權,因為大部分 CDMA 相關技術專利都在這兩家手上,沒有 CDMA 支援,手機就無法全網通,如中國手機經常看到行動版、聯通版或電信版等單網版。

(Source:方正證券半導體行業專題報告

方正證券的報告也指出,儘管高通 3G 時代進入 WCDMA 市場稍晚,但更注重專利品質而非數量,所以僅占 WCDMA 27% 專利下,就獲得約 55% 的 WCDMA 市占;到了 4G,高通僅擁有 LTE 16% 專利比例,卻最多占 96% 的 LTE 市場。

在強勢的專利池面前,現在的手機廠商自然也都傾向使用「高通晶片」。良好的晶片技術力是一方面,另一方面買晶片也等於獲得高通專利授權,進而獲得進入手機業的入場券。也就是說,如果蘋果要自研基頻晶片,很難繞過高通。

現在的基頻晶片,已完全是寡頭壟斷市場。包括德儀、NVIDIA、Marvell 等多家半導體廠商,都迫於專利競爭壓力,或營利問題逐漸退出,要不就是被收購兼併。最後留下來的,除了佔據了半壁江山的高通,以及做中低階生意的聯發科、紫光展銳,就只有華為、三星這類有雄厚財力的手機廠商了。

▲ 2019 年,華為發表 5G 巴龍 5000 基頻晶片。

華為基頻晶片也是從 4G 時代開始發力。2010 年自研第一顆 TD-LTE 基頻晶片:巴龍 700,擺脫對高通的依賴,加上華為對 4G/5G 專利的重視,做到現在水準也還可以。

但前文也說,做 5G 基頻晶片不只 5G,也要相容前幾代,所以只要部分 3G/4G 專利還在高通手中,就還是要支付高通一定的專利許可費,換成小廠商,費用還會更高。

至於蘋果,當初會選擇英特爾,同樣是不想受制於高通,所以才會在 iPhone 4G 末期採取雙供應商策略,一部分手機換用英特爾,再發展到全部換用,並寄望 5G 時代培養出堅強的盟友。

但真正讓蘋果放棄英特爾的也是 5G,只能說英特爾心有餘而力不足。

2018 年就有報導稱,英特爾 5G 基頻晶片研發進展緩慢,無法滿足蘋果的要求,最糟糕的結果,就是蘋果無法按計畫量產 5G 版 iPhone,這可是非常致命的問題。

結果也看到了,與高通鬥爭 3 年後,蘋果還是選擇妥協,與高通簽訂 6 年專利授權協議和晶片供應協議,同時支付一大筆費用。因為現階段無論性能還是專利來看,高通基頻晶片都是蘋果最好的選擇,同時也是唯一選擇。

也只有這樣,蘋果才能讓 iPhone 在 5G 初期不落後其他廠商,長期來看,想脫離高通,自研仍是最適合蘋果的出路。

蘋果的機會

蘋果和高通重修舊好,也讓英特爾基頻晶片失去最大客戶,當天英特爾就宣布退出 5G 基頻晶片市場。到 2019 年 7 月,英特爾將相關團隊和資產整體打包,以 10 億美元賣給蘋果。

▲ iPhone 3G 拆解圖,可看到英飛凌供應的基頻晶片。

英特爾這支團隊也和蘋果有不少淵源。最早幾代 iPhone,蘋果都是使用英飛凌的基頻晶片,之後才轉向性能更好的高通,英飛凌失去金主,被英特爾斥資 14 億美元收購。如今這支整合英飛凌和英特爾兩家公司的團隊,又回到蘋果手上,也不知是緣分還是巧合。

但也正因有這支團隊,蘋果才能迅速切入自研基頻晶片研發。經驗豐富的人才,可增加蘋果標準制定的話語權,超過 17,000 項專利,有望讓蘋果跳過起點,直接進入 5G 基頻晶片研發,縮短上市時間。

另外,蘋果的商業模式也不同於英特爾和高通。自研晶片主要還是自用,而非外銷,這其實和華為、三星很類似,都是藉助自家龐大的硬體銷量,抹平研發成本,再將盈利投入下一代晶片研發,形成良性循環。

最關鍵的問題,蘋果基頻晶片什麼能落地?假如按照彭博社所說,蘋果研發才剛起步,那可能還要等 3~5 年才會看到結果,甚至以蘋果的風格,自研基頻晶片沒達到高通同代產品性能的情況下,蘋果都不會貿然讓 iPhone 使用。

參考蘋果 M1 晶片的發展路徑。最早傳出蘋果要做 Mac 晶片消息是在 2011 年,到了 2014 年, MacRumors 透露蘋果正在測試基於 ARM 架構的電腦原型;到了 2017 年,彭博社 Mark Gurman  透露較準確的消息,稱蘋果 Mac 處理器已開始快一年了。

保守估計,從蘋果提出要做 Mac 晶片的想法,到成立專案,再到晶片落地,至少花了 4~6 年,而基頻晶片很可能也會遵循類似時間線,甚至可能要等到 5G 末期,甚至 6G 商用時,我們才有機會看到蘋果自研基頻晶片的模樣。

不過,自研晶片的回報向來十分積極。不管降成本還是降功耗,最終都將讓 iPhone 等蘋果硬體受惠,如今 M1 晶片改善新一代 Mac 功耗甚多,便是最好的證明,今後有極大的發展空間。

一些分析師還認為,假如蘋果能完成 SoC 整合基頻晶片的任務,不僅 iPhone,未來像 Apple Watch、AirPods 等各類小型化穿戴產品,也有機會獨立運作,直接上網,而非一直依賴 iPhone。

自研晶片有多重要,可見一斑,基頻晶片也一樣。或許唯有時間才會告訴蘋果,這筆投入到底划不划算。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:科技新報)