从苹果自研电脑芯片说起

来源：内容转载自公众号 「 芯论语 」，作者：天高云淡Andi863，谢谢。

摘要 ：苹果公司弃用Intel芯片而自研Mac电脑处理器芯片，对Intel公司无疑是一个噩耗，业界引发了很大震动，也引发了对几个问题的讨论和思考。整机大厂自研芯片是大潮流吗？高技术产业专业化社会化的分工协作还能持续吗？企业内部技术创新链上下游合作很有优势，单纯芯片设计公司还有发展空间吗？本文抛砖引玉，希望与读者探讨对这几个问题的看法。

2020年4月24日，彭博社报道苹果公司正在基于iPhone最新一代的A14芯片，开发Mac电脑处理器，代号为“Kalamata”，计划中首批Mac电脑处理器将具有8个高性能内核，至少4个节能内核。报道还指出，苹果公司计划将于2021年销售搭载自研处理器的MacBook系列电脑。

全球肆虐的新冠疫情并没有减缓苹果公司这个野心勃勃的计划，它反而被提前完成。北京时间2020年11月11日凌晨2点，苹果公司在Apple Park举办的发布会上，推出了搭载了自研处理器芯片M1的MacBook Air、Pro和mini。M1芯片基于ARM架构开发，拥有4个高性能的Firestorm CPU核和4个高效率的Icestorm CPU核，以及8核心的GPU。M1采用5nm工艺制作，在大约120mm²的芯片上集成了约160亿只晶体管。

图1 .苹果公司自研的Mac电脑处理器芯片Apple M1

过去的十几年里，苹果公司不但自研了手机的A系列芯片，还推出了iPad的A系列衍生芯片、Airpods上用的H系列蓝牙芯片、AppleWatch上用的W系列芯片。从此以后，苹果公司旗下的所有硬件平台都用上了自研的芯片。苹果公司的iPhone、iPad和MacBook等产品处理器平台也都统一到ARM架构之下，为今后的处理器升级和用户生态对接铺平了道路。苹果公司今后可以方便地管控自己产品的性能，使三个平台上应用的用户体验更加出色。

苹果公司的电脑处理器共经历了四次CPU架构迁移，第一次是1984年，从Macintosh 128k开始，CPU从原来MOS Technology的6502处理器转换到了Motorola的68000处理器；第二次是在1994年，CPU改换为IBM PowerPC处理器；第三次是在2005年，乔布斯宣布采用Intel X86处理器。现在则是第四次，苹果公司抛弃了Intel X86处理器，今后将采用自研的基于ARM架构的处理器。

分析人士认为，苹果公司自研所有产品的处理器芯片，并把多个平台处理器都统一到ARM架构上来，带来了三方面的好处。 首先 是Mac、iPhone、iPad等产品将更容易统一应用程序生态。无论是开发者或者消费者，一致性的系统体验感觉都会更好。 其次 ，自研处理器可以更好地控制产品性能、用户体验和产品成本，这将给苹果带来更大的竞争优势。 第三 ，可以与竞争对手区分开，切断对外来处理器芯片的依赖，自主掌控产品迭代升级的节奏。这些都将会进一步提升苹果公司产品的竞争力。

苹果公司弃用Intel CPU而自研Mac电脑处理器，这是两家全球最受瞩目的科技公司发生的具有标志性大事件，自然在业界引起了震动和讨论。它标志着整机大厂自研芯片成为一种趋势，也标志着即使是老牌龙头老大如果创新步伐慢了，照样会变成“昨日黄花”而被抛弃。它给我们留下的思考包括： 1 .整机大厂自研芯片是大潮流吗？ 2 .高技术产业专业化社会化的分工协作时代结束了吗？ 3 .企业内部技术创新链上下游合作很有优势，单纯芯片设计公司还有发展空间吗？

要思考和回答这些问题，可能先要了解芯片产业链的组织方式。即研究清楚整机企业和芯片产业链的关系，围绕着技术迭代升级闭环，各类企业如何组织与合作才能更有创新力和竞争力。

芯片产业链加上整机企业一起考虑的话，从集成电路(芯片，IC)发明到现在，芯片产业链共有三种组织方式，如图2、3、4所示。在不同的历史时期，由于技术发展水平和社会环境不同，芯片产业链也形成了当时的特点。方式Ⅰ和方式Ⅱ以芯片代工厂出现为转折点。在当前时点上，三种方式共同存在，但有向着方式Ⅲ转化的趋势。

图2.芯片代工厂出现之前的产业链形态

方式Ⅰ 是芯片 代工厂 (Foundry)出现之前的情况，如图2所示。产业链上只有整机企业和 垂直整合 (IDM)模式的芯片企业。从1958年芯片发明到1987年台积电(TSMC)成立之前约30年间，IC企业基本上都兼顾设计、制造、封装和测试各环节，芯片也是由IC企业直接销售，行业上称为 垂直整合工厂 (IDM，Integrated Device Manufacture)。IDM也有人称为综合发展模型，或者国际整合元件制造商。简单地说， IDM模式的IC企业就是什么都自己干，企业依靠销售芯片而发展 。这个时期的IC企业是阳春白雪，十分高大上。因为投资巨大，技术高级而神秘，整机企业对IC企业既仰慕又信赖，芯片是怎么设计的整机就怎么用，很少有商量的余地。除非整机厂向IC企业出高价委托定制芯片。

图3.芯片代工厂出现之后的产业链形态

方式Ⅱ 是芯片代工厂出现之后的情况，如图3所示。台积电的成立改变了芯片产业链的格局，把IC设计、制造和封测各阶段的工作分拆开来，由不同的公司来完成， 专业的人专注地干专业的事 。业界就出现了IC设计公司(Fabless)、IC制造工厂(Foundry)和IC封测企业，形成了芯片产业链全球化分工协作的格局。由此可以说两点： 1 .华人改变了世界芯片产业的格局。 2 .芯片代工模式为中国IC产业的发展创造了有利条件。直接的例证 一是 台湾IC产业成为世界IC产业的重要地区。 二是 近十多年来，国内IC设计公司如雨后春笋般创立和发展。 三是 华为海思、紫光展锐等一批公司快速跻身世界Fabless前20强的方阵。

这时期的芯片产业链呈现方式Ⅰ和方式Ⅱ并存的局面。同时，IDM企业和IC设计公司的兼并与重组，IC制造企业和封测企业的联合与整合一度成为行业焕发勃勃生机的动力。 这一时期国际环境风和日丽，十分适合于国际化分工协作 。IC设计企业依托制造企业和封测企业的创新支撑，携手整机企业不断地开发出性能优异的芯片，推动了移动通信、物联网、云计算、大数据、人工智能等整机应用产业蓬勃发展。

图4.整机企业参与IC设计、制造和封测(部分或全部)的产业链形态

方式Ⅲ 是近十多年来才出现的情况，如图4所示。整机企业逐步认识到系统创新和源头创新重要性，开始涉足芯片设计，从整机系统自上而下地定义芯片，以芯片功能提升和创新来提高整机产品的性能和竞争力，同时也可保证供应链的安全。产业链 方式Ⅲ是企业应对行业激烈技术竞争、创新步伐加快的必然选择，也是在国际环境风云激荡的情况下，产业链、供应链的安全不太确定，企业需要自己营造技术迭代升级循环的必然选择 。例如华为不但要有打造“备胎”的IC设计公司，而且还要全面布局根技术，向IC制造、IC封测，甚至设备和材料方面进军。

中美贸易战和科技战是芯片产业链由方式Ⅱ向方式Ⅲ过渡的转折点。

其实，早在2020年4月份，外媒就报道了苹果公司自研Mac电脑处理器的消息，现在使用自研处理器芯片M1的MacBook Air、Pro、mini产品已在“11.11”的大日子公布。无独有偶，2020年4月15日,外媒报道了谷歌公司自研的代号为Whitechapel的SoC芯片已经成功流片，预计2021年将率先部署在自己的Pixel手机中，并可以用在谷歌公司的网络笔记本Chromebook之中。

在国内，华为十多年前就全面布局自研芯片，今天才有麒麟、升腾、鲲鹏、巴龙、天罡、凌霄、鸿鹄等系列，以及高清机顶盒、视频监控、智慧屏等系列芯片一夜之间“备胎”转正，可以用来补我们的“短板”。其实，华为和中兴都已有二十多年的交换机芯片自研历史，因为用在各自的交换机设备之中，并不为外界所了解。正是因为他们都有自研的交换机芯片，才促进了两家公司通信技术的深度创新，才打破了国外通信芯片的垄断，才使性价比极高的通信设备远销国外。其它领域也有自研芯片较早的公司，例如打印机大厂纳思达有芯片公司艾派克微电子，电动汽车大厂比亚迪有芯片公司比亚迪微电子。虽然国内家电大厂自研芯片起步较晚，但最近几年都有所行动。格力、美的、康佳、创维、小米、OPPO等都纷纷成立自己的芯片研发团队或者设立芯片子公司。

笔者认为整机大厂自研芯片是一个大的潮流，而且有愈演愈烈之势。分析其原因， 首先 ，从图4的方式Ⅲ可以看到，整机大厂自研芯片，是可以大大缩短技术创新和迭代升级循环。在大厂内部的整机设计和芯片设计技术合作，与社会化的技术合作相比，效率更高、更加稳定和具有安全保障。 其次 ，大厂的整机设计可以全方位技术创新，而不是像之前那样，外购的芯片怎么设计整机就只能怎么用，完全没有创新的空间，只能被动地技术跟随。 第三 ，大厂自研芯片也是出于供应链安全的考虑，因此，华为称这种安排叫做“备胎计划”。

专业化社会化分工协作，包括国际化分工协作是科技工作的理想。让专业的人干专业的事，把每个部分的工作做到极致最好。这是芯片代工厂出现30多年以来，芯片人一直追求的目标。但是，专业化社会化分工离不开两个大环境的支持，一个是国际大环境，另一个是国内产业大环境。国际大环境对芯片产业链专业化社会化分工有着决定性影响。中美贸易战也充分印证了这一点。中美贸易战之前，芯片产业国际化分工协作非常顺利，现在这种局面遭到严重破坏。国内产业大环境包括知识产权环境、良性竞争氛围等。

如果国际关系不稳、企业经营环境恶劣，由不同国家、不同地区、不同企业串联起来的芯片产业供应链、迭代升级链是十分脆弱的，很容易断裂。这时整机企业为了寻求自保，就一定要尽可能地在自己企业集团内部，搭建可控的稳定的供应链、创新链。整机大厂自研芯片就是一种潮流。中小企业没有这个搭建能力，就只能参与专业化社会化分工协作，或者联合起来“抱团取暖”。

2000年国家出台了鼓励软件产业和集成电路产业发展的18号文件，政策支持加上八个国家级IC设计产业化基地的促进，孵化出了一批本土IC设计公司，2014年国家又出台国家集成电路产业发展推进纲要，全国IC设计企业数量由2014年约800多家猛增到了2019年的1780多家，随着中美贸易战和科技战的进展，预计IC设计企业数量还会进一步增加。面对整机大厂纷纷自研芯片，单纯芯片设计公司还有发展空间吗？要回答这个问题，建议把IC设计公司分为A、B、C三类。

A 类IC设计公司 是由整机大厂派生的IC设计公司，主要产品为母公司整机系统配套，实际上是符合产业链方式Ⅲ的特点，他们的发展没有太大问题，例如华为的海思、中兴的中兴微电子、比亚迪的比亚迪微电子、纳思达的艾派克微电子等。

B 类IC设计公司 是拥有核心技术、共性技术和支撑技术，例如IP、算法和专利等；或者有用这些技术开发的芯片出售，这类公司当然会有很大的发展潜力。即便整机厂自研同类芯片，只会挤占部分芯片的市场份额，但核心技术方面的收入不会损失太多。就像美国的高通、台湾的联发科、国内的紫光展锐、汇顶科技等企业。

C 类IC设计公司 缺少核心技术，只会用别人的设计工具、别人的共性技术来设计芯片，其发展空间就很有限。这类公司进入门槛低，竞争者本来就很多，芯片卖着白菜价，如果整机企业拿着同样的设计工具，同样的共性技术来设计自用的同类芯片，留给C类公司的发展空间很有限，销售不佳就只能倒闭关门。

所以，虽然国内整机市场规模很大，芯片市场的发展空间也很大，但是在今天这个技术发展日新月异，技术竞争趋于白热化的时代，整机厂家纷纷自研芯片后，留给没有核心技术的单纯IC设计公司的发展空间十分有限，只有那些具有核心技术，能积极与产业链上下游结合，形成紧密迭代升级闭环的IC设计企业才能立于不败之地。

结语： 围绕着整机大厂自研芯片的话题，分析了整机和芯片产业链的组织方式和发展历史，在历史和技术发展的不同阶段，不同方式产业链的优点和缺点也会此消彼长，动态地变化。因此，不同时期人们的选择也就不同，发展潮流也会有所变化。如果国际关系风和日丽，国际化、专业化和社会化分工协作将是主旋律，如果国际关系恶化，产业链、供应链的安全将会是企业家首先要考虑的问题。

参考资料：

1.李倩，为什么大厂纷纷开始自行研发AI芯片？电子发烧友网站：http://m.elecfans.com/article/796014.html，2018.10.11

2.穆梓，苹果最具野心的芯片计划，微信公众号【半导体行业观察】，2020.04.24

3.anandtech，160亿晶体管！完爆英特尔！苹果首款Mac处理器详细解读及评测！微信公众号【EETOP】，2020.11.11

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