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  2. 蘋果芯事
    近期,高通總裁安蒙在接受采訪時表示,目前還沒有與蘋果公司達成2024年的供應計劃。在他的規劃設想中,2024年高通不會為蘋果供應基帶芯片,但具體還要看蘋果的決策。業內分析師預測,蘋果最早會在2024年生產的iPhone SE4上搭載自研基帶芯片。 此外,蘋果公司近期宣布,未來六年將在德國工程領域追加投資10億歐元,擴建位于慕尼黑的硅設計中心。此次擴建致力于定制芯片設計、電源管理芯片、無線技術等領
    2023-03-16 11:07:37
    來源:中國電子報、電子信息產業網 張心怡??

    近期,高通總裁安蒙在接受采訪時表示,目前還沒有與蘋果公司達成2024年的供應計劃。在他的規劃設想中,2024年高通不會為蘋果供應基帶芯片,但具體還要看蘋果的決策。業內分析師預測,蘋果最早會在2024年生產的iPhone SE4上搭載自研基帶芯片。

    此外,蘋果公司近期宣布,未來六年將在德國工程領域追加投資10億歐元,擴建位于慕尼黑的硅設計中心。此次擴建致力于定制芯片設計、電源管理芯片、無線技術等領域的創新。

    長期以來,蘋果的芯片研發都服務于軟硬件一體化的閉環體系,基帶芯片已經成為蘋果高度閉環生態最大且最難攻克的障礙之一。以蘋果30余年“芯”史所積攢的經驗,能否解決基帶芯片這樁“芯”事?

    30年芯史:始終強調掌控力

    1989年,蘋果創始人史蒂夫·喬布斯和微軟創始人比爾·蓋茨在參加一個論壇時表達了截然相反的觀點。喬布斯相信如NeXT電腦一般將面向對象的編程方法與計算機捆綁起來的模式,正在引領新的浪潮,大型軟件廠商都應該成為這股浪潮的一部分(即根據計算機的功能需求開發定制化軟件)。蓋茨則強調軟件的兼容性,認為軟件和硬件市場是分開的,不看好喬布斯推崇的軟硬件端到端一體化系統。

    事實證明,兩個人推崇的發展模式都在各自的領域取得了成就。微軟的操作系統兼容了市場上的大量機型,在全球PC市場保持著70%以上的份額。而蘋果自研了一系列的操作系統和芯片,在手機、平板、電腦等主要產品線均實現了軟硬件高度耦合的閉環生態。

    蘋果涉足芯片研發,可以從1991年說起。當年,蘋果與IBM、摩托羅拉成立了PowerPC聯盟,共同研發和生產PowerPC系列處理器。PowerPC主打RISC(精簡指令集),相比英特爾x86采用的CISC(復雜指令集)更擅長流水作業,有利于提升處理器的速度。1994年,蘋果正式從基于CISC的摩托羅拉68000轉向了PowerPC架構。然而,到了21世紀初,RISC陣營的芯片性能提升和生態成長速度已經難以匹敵同期的英特爾。2005年,喬布斯在WWDC宣布將逐步從PowerPC架構轉向英特爾的x86架構。

    就在業界普遍認為蘋果會順勢在iPhone搭載英特爾低功耗芯片Atom時,蘋果收購了PA Semi,一家主打低功耗的芯片設計商,釋放出蘋果將為移動設備自研芯片的信號。

    兩年后,蘋果發布了第一款自研芯片A4。A4芯片采用了由芯片設計商Intrinsity與三星合作開發的性能增強功能,使A4中的Arm Cortex-A8 CPU能夠以更高的時鐘頻率運行。

    而Intrinsity這位為A4強化性能的“功臣”,也很快被蘋果收購,補強了蘋果開發高速處理器的能力。結合了PA Semi和Intrinsity的班底,以及蘋果的軟硬件統籌能力,蘋果在之后十幾年的時間里基本保持了一年迭代一款芯片的節奏,并在每一代芯片貫徹了蘋果平衡性能與能效的理念。

    2013年的A7芯片,奠定了蘋果在手機處理器設計領域的領先地位。這款芯片不僅運行速度是前一代產品的2倍,也是第一款搭載在智能手機的64位SoC。A7采用了64位ARMv8-A雙核 CPU,ARMv8-A架構使A7的寄存器數量增加了一倍,從而實現了更快的讀取。A7還引入了M7協處理器,用于收集、處理來自加速度計、陀螺儀和磁力計的運動數據,從而進一步降低了A7的功耗。

    之后,蘋果持續調整芯片架構,并一直在單核、多核、GPU的跑分中保持領先。從2016年發布的A10開始,蘋果引入“大小核”架構。A10采用了2顆性能核心+2顆能效核心的架構,分別運行游戲等高負載任務和日常任務。在A11中,蘋果又增加了兩顆能效核,并將這種2顆性能核心+4顆能效核心的架構一直延續到A16. 也是從A11開始,蘋果面向Animoji、FaceID等基于實時機器學習算法的任務,引入了NPU。2022年推出的A16已經搭載了16顆NPU核心,實現了每秒17萬億次的運算能力。

    有了A系列的經驗,蘋果又將自研芯片的版圖向更多產品線拓展。2014年,蘋果為Apple Watch開發了S系列芯片,一年之后,蘋果又為watch產品推出了專用操作系統。2019年,蘋果為AirPod研發了H系列芯片。

    2020年,蘋果推出了基于Arm架構的M1處理器,代替英特爾的x86處理器運行在Mac臺式機和筆記本電腦上,蘋果與英特爾長達15年的PC芯片合作也宣告結束。M1承襲了部分來自A系列芯片的設計經驗,比如4個性能核心+4個能效核心的“大小核”架構,與A14類似的16核NPU,將CPU、GPU等元器件都集成起來的SoC形式等。

    iOS+A系列芯片、macOS+M系列芯片、WatchOS+S系列芯片……蘋果通過一系列自研操作系統與自研芯片,構成了軟硬件高度耦合的閉環生態,增強了對產品功能的掌控能力和供應鏈話語權。

    最難的芯事:漫長拉鋸的基帶芯片

    雖然蘋果的軟硬件端到端一體化程度已經難有匹敵,可還有一個尚未攻克的重要環節——基帶芯片。

    在2G和3G時代,蘋果iPhone主要采用英飛凌的基帶芯片。2010年8月,英特爾與英飛凌達成協議,收購了英飛凌的無線解決方案業務。但從2011年的iPhone 4S開始,蘋果轉向了高通的基帶芯片。在4G時代,蘋果的iPhone機型或采用高通基帶,或采用高通、英特爾雙版本基帶。從2017年1月起,蘋果圍繞專利許可費用的收取方式和收取額度,與高通展開了多次交鋒,這也導致了2018年的iPhone機型幾乎全部采用了英特爾基帶芯片。2019年4月,蘋果和高通宣布撤銷兩家公司在全球范圍內的所有訴訟,并達成了一項為期六年的芯片供應協議。

    然而,與高通的和解,并不是這場基帶芯片拉鋸戰的終點——從不依靠單一供應商的蘋果,決定自己研發。與高通和解3個月后,蘋果就收購了英特爾的手機基帶業務,包括知識產權、設備和租約,2200名英特爾員工加入蘋果。收購完成后,Apple 將擁有超過 17000 項無線技術專利。

    但是,基帶芯片的研發門檻極高。Gartner研究副總裁盛陵海向《中國電子報》指出,基帶芯片的難度可以從寬度和垂直兩個維度來看。從垂直角度來說,基帶芯片不僅要支持5G,還要向下兼容 4G、3G和2G。從寬度來看,基帶芯片要支持全球的網絡制式,和各國主要運營商進行測試。如今市場上的智能手機基帶芯片供應商,基本上都是從2G時代就開始進行技術和專利積累。

    這就意味著,既便吸納了英特爾的專利和人才團隊,蘋果對基帶芯片的研發仍然面臨著多重挑戰。

    一位產業觀察人士《中國電子報》表示,蘋果研發基帶芯片有四道難關。一是兼容通信協議?;鶐酒暮诵氖侵С侄喾N通信協議,并與各種天線、濾波器、功放模塊進行配合。不同的通信協議之間相互獨立,彼此之間的復雜度不同,對于非通信起家的企業有一個長期積累的過程。二是信號處理技術?;鶐酒捎酶哳l信號處理技術,如數字信號處理、射頻集成電路設計等,這些環節背后所需的工程實踐是短時間內難以就緒的。三是電源管理和功耗控制,基帶芯片需要處理大量的通信數據,并需要控制各種模塊的功耗,以確保整個系統能夠在有限的電量下正常運行。四是安全性?;鶐酒枰幚戆娫?、短信、移動支付等通信和安全數據,其安全性和保密性的實現有著相當的技術門檻。

    雖然困難重重,可一旦自研成功,在提升手機盈利表現和性能表現等層面的回報可謂豐厚。

    盛陵海向記者表示,高通基帶芯片的毛利一般在50%以上。以蘋果的銷售體量來看,一旦成功自研基帶芯片并搭載到iPhone機型,能在基帶芯片采購層面節省大量經費。這對于一向在激烈競爭的手機市場保持較高毛利的蘋果來說,能夠進一步提升議價能力和盈利表現。

    在性能層面,業內專家向記者指出,如果蘋果研發出基帶芯片,就可以將基帶整合到自家的A系列處理器,進而降低手機功耗,延長電池壽命。同時,整合基帶芯片可以提高系統的通信能力和響應速度,也可以更加精準地控制通信信號質量和數據傳輸速度。

    記者近期查詢蘋果官網時,注意到蘋果在本月發布了對基帶硬件設計工程師的招募,并提出了“電氣工程學士及3年以上相關工作經驗”等12項資質要求。這表示蘋果對基帶芯片的攻堅戰還在繼續。

    蘋果在德國慕尼黑的布局,也與其基帶研發芯片有所呼應。盛陵海指出,曾為蘋果供應基帶芯片的英飛凌總部位于慕尼黑,英飛凌的前身西門子總部在慕尼黑和柏林。蘋果在慕尼黑成立研發中心,有利于工程人才和技術的獲取。業內專家也向記者指出,企業在海外設立研發中心的核心思路是盡可能接近人才集聚地或產業鏈核心的企業總部。德國擁有世界排名靠前的科研機構和大學,也是一些主力芯片廠商和供應商的總部所在地。其通信和半導體方面的工程人才儲備與創新環境,能夠為蘋果提供支持。

    從PowerPC至今,蘋果的“芯”路始終面向軟硬件一體化的產品理念,以及不依賴任何供應商的布局策略,這也為什么蘋果對于自研基帶芯片如此執著。而對于消費者來說,自研的基帶芯片能夠為iPhone等產品帶來怎樣的提升,才是最關鍵的考量。而更加值得期待的是,一旦掃清基帶芯片這一軟硬件高度耦合的最大障礙,蘋果下一步的性能提升和創新方向,又將落筆何處。

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