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苹果与三星AP自有芯片之路 走到分叉路口

来源:科技网 发布时间:2019-11-20

摘要: 在苹果(Apple)和三星电子(Samsung Electronics)结盟打造一款全新级别的ARM处理器将近10年之后,这两大厂各自的行动应用处理器(AP)自有芯片开发之路,如今却来到分叉路口:苹果旗下IC设计团队领衔全球,推出一系列世界级的行动芯片设计;然三星却因为苦于追逐手机单位销量与市占率,在自有M系列核心设计上蹒跚前行,近来更传出有意取消开发计划,转以直接采用授权自安谋(Arm)之参考设计。

在苹果(Apple)和三星电子(Samsung Electronics)结盟打造一款全新级别的ARM处理器将近10年之后,这两大厂各自的行动应用处理器(AP)自有芯片开发之路,如今却来到分叉路口:苹果旗下IC设计团队领衔全球,推出一系列世界级的行动芯片设计;然三星却因为苦于追逐手机单位销量与市占率,在自有M系列核心设计上蹒跚前行,近来更传出有意取消开发计划,转以直接采用授权自安谋(Arm)之参考设计。


自从2019年9月间最新旗舰型手机iPhone 11/11 Pro发表以来,苹果内建在A13 Bionic处理器当中的客制化Thunder与Lightning核心,再一次让高通(Qualcomm)配置在Snapdragon 855+里面的客制化Kyro核心,显得相对无力,这也使得导入高通Snapdragon 855+处理器配置的Android阵营,在选用这一颗业界最先进SoC时,相对于iPhone 11显得优势尽失。



iPhone 11系列内建的A13 Bionic处理器可说是苹果数十年来在设计客制化处理器核心之明显里程碑。这款处理器核心不仅远比安谋自家开发的核心效能更佳,同时兼具低功耗优势,而且也依旧维持着与ARM指令集ABI兼容。相对而言,其他业者在打造所谓的ARM架构客制化芯片之际,诸如乐金电子(LG Electronics)业已放弃之NUCLUN计划,以及华为海思的麒麟芯片,实际上多采取直接授权自安谋的核心设计。


苹果曾与三星结盟 打造ARM架构处理器


至于说到三星电子,为了能够有效与苹果和高通竞争,并且与其他Android阵营安谋授权厂商有所差异化,三星旗下负责IC设计业务的系统LSI事业部企图开发自有先进的ARM CPU核心,最早是从2010年开始,斥资在美国德州成立三星奥斯丁研发中心(Samsung Austin R&D Center;SARC)。该研发中心的开发成果,也陆续展现在三星随后内建于自有品牌Exynos系统单晶片处理器里面的M1、M2、M3以及M4核心设计当中。


然三星奥斯丁研发中心却于10月间传出裁员数百人、缩编IC设计开发计划,似乎也走上此前德州仪器(TI)的OMAP、NVIDIA的Tegra、英特尔(Intel)的Atom等行动处理器核心开发计划叫停的命运。三星此举,诚然有着企图退出高成本、高风险之行动Soc设计领域的考量,但也反而与苹果大手笔收购英特尔旗下5G调制解调器芯片业务、延揽挖角高通、英特尔、博通(Broadcom)等半导体业者相关IC设计人才,积极扩大IC设计团队的作法大异其趣,似乎在三星自有芯片之路上浮现投资缩手的意味。业界预期三星恐将步华为之后,未来不再开发自有ARM核心设计,只是简单地重新封装ARM核心进入未来的三星Exynos SoC里面。


三星与苹果AP自有芯片之路,如今的发展显得截然相反,有趣的是,两厂还曾经在2010年、也就是大约10年前联手开发ARM架构处理器。回顾2010年之际,三星与苹果之间可说是全球科技产业里最为紧密合作的两大伙伴。他们协力合作开发推出了一款全新的ARM架构超级芯片,旨在与当时英特尔的Atom芯片相抗衡。


当时的Atom芯片开发系英特尔取自PC领域之x86架构研发而言,企图内建在新一代的平板计算机甚至智能型手机里面,提供高效能、低功耗的行动处理器所用。相对地,当时的ARM处理器从设计上而言,其效能表现还只是差强人意。


虽然从2001年起,苹果便开始导入三星生产的ARM芯片进入旗下iPod里面,随后又在2007年之后导入iPhone当中,但苹果的目标始终在于能够打造出一颗效能表现更强的ARM芯片。2008年,苹果在当时执行长Steve Jobs的主导下连续收购了P.A. Semi与Intrinsity取得IC设计工程师来替未来的行动芯片奠定根基,这也从而开始了苹果IC设计团队从成形到茁壮再到扩大规模的一系列阶段。


随后,三星旗下的晶圆代工事业部与苹果快速集结的IC设计团队密切合作,展开雄心万丈的芯片设计大业,其后交出的成绩单则是当时最新的Hummingbird核心设计,苹果将其核心内建在A4处理器当中,配置在2010年发表的iPad、iPhone 4等行动装置里,进而展开了苹果随后一系列A系列处理器自有开发之路前行。



三星自有芯片之路崎岖难行在于受限太多


苹果与三星这两大科技巨擘从2001~2010这10年之间,缔结伙伴关系、维持紧密合作,由三星负责打造苹果旗下iPod、iPhone、iPad等所需求的大量零组件,包括AP、存储器、磁碟机以及其他。而在协助苹果一年又一年打造A系列处理器成功经验之后,三星开始决定师法苹果开发自有芯片之路,而在2010年,三星旗下系统LSI事业部在德州成立了奥斯丁研发中心,开始了打造独立核心设计,以及名为Exynos品牌的自有芯片。


从2010年开始,三星的Exynos AP企图能够开发出能够与Android手机阵营内建高通Snapdragon之ARM架构芯片,正面对决的态势。在此同时,三星也曾经企图让旗下Exynos SoC与苹果A系列处理器,在校能表现上以及IC设计复杂度上,一较高下。


三星师法苹果走向AP自有开发芯片之路上,引来不少争论以及苹果的不满。在2018年以前,负责生产苹果AP的三星晶圆代工事业部,尚未脱离系统LSI部门独立运作,而在系统LSI部门专责指向自有AP开发的过程中,难免引来三星容有复制苹果芯片设计之嫌的疑虑。


为此,苹果也开始积极寻求三星以外的其他晶圆代工替代选择方案,避免IP受到三星觊觎,基于这个考量,向来标榜不与客户竞争的业界龙头台积电开始成为苹果AP代工的选项之一。从2015年间iPhone 6s内建A9处理器,开始同时外包台积电与三星两厂,分别以16/14奈米制程生产,可见苹果积极寻求三星以外晶圆代工服务供应的迫切性。


截至目前为止,三星业已推出了五代的客制化ARM核心,其中M1代号Mongoose首先在2015年问世。至于最新导入Exynos 990的M5核心,恐怕将是最后一代。事实上,三星日前在发表最新7奈米制程Exynos 990处理器时,只字未提M5架构,似有逐渐淡出自有核心设计之意。


根据AnandTech报导指出,三星在德州奥斯丁研发中心开发出来的客制化ARM架构M核心,基本上在效能表现或功耗上不具有竞争力,而这两大行动CPU最重要的指标未能达成的前提下,三星奥斯丁研发中心裁员缩编也在预料当中。



三星M核心之终结?


三星在2015年首次发表客制化M1核心设计,随后导入Exynos系列处理器,内建在Galaxy S7与Note 7等部分机种当中。过去近5年以来,三星随后发表了M2、M3、M4以及最新M5世代,但其实Exynos处理器仅只内建在三星旗舰型Galaxy S与Note机种销往南韩市场以及中日美韩以外的国际市场的手机里,至于外销至中国、日本、美国市场的Galaxy S与Note机种却配置的是高通Snapdragon处理器,在数量上Exynos处理器难以匹敌高通Snapdragon之规模,自然也难以相对分摊开发成本。


三星旗下的晶圆代工事业部在积极赶上台积电先进制程10/7奈米脚步的同时,也能协助三星核心设计能够成功向下微缩、拉高时脉速度。但三星也同时面临着来自于中国市场上手机业者等毫无差异性的商品化竞争劣势。这些国产手机竞争对手导入基本ARM架构核心内建在手机当中,从不需要额外斥资开发自有核心设计,也因此,中阶Android手机的销售甚至于开始摧毁了三星高阶Galaxy S选项需求。


因此,对三星而言,与其大手笔斥资在开发客制化核心设计,其成果却只能导入少数最新、最昂贵的旗舰型手机当中,然而却在同时必须面临着成熟市场下高阶Galaxy S手机销售,早已过了颠峰时期,似乎就像在车辆着火时、还选择先慢吞吞的更换轮胎一样缓不济急。


苹果iPhone从一开始就秉持着高价、优质,每年发表少量新机的周期来服务市场。而其不追逐销量与市占率的做法,不仅赢得了手机获利王的地位,也成功将其获利转而挹注到包括IC设计等行动应用处理器客制化核心设计开发计划上,苹果这样的正向循环有其大手笔投资开发的底气。


相反地,三星每年动辄上看3亿支手机销量,发表机种远多于苹果,表面上看来吓人,但实际上多替高通Snapdragon处理器做嫁,即便在手机市场景气好的时候,三星行动部门的获利都难以企及苹果,遑论值此全球手机市场疲软之际。


既然三星手机部门贡献不了高额获利,进而挹注客制化核心设计的开发,公司也未必挪用存储器部门或面板部门的获利,来替手机部门打造客制化核心。由此看来,三星Exynos品牌处理器即便能够吸引手机OEM业者的青睐,恐怕也难以支撑高成本高风险的处理器核心设计开发计划。

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