本文來自格隆匯專欄：半導體行業觀察

在今天凌晨舉辦的秋季發佈會上，蘋果帶了新一代的手機、手錶和耳機。與此同時，一起亮相的還有H2芯片和A16 Bionic。

首先看H 2芯片，這是蘋果針對耳機應用而推出的藍牙芯片。據媒體對上一代芯片H1的分析，其支持藍牙5 Class1標準，芯片面積為12mm²，，其性能與蘋果iPhone4 的蘋果A4 SoC相近，因此AirPods 2本身可以執行大量任務，從而減少延遲並提高連接性能。

H2則是公司帶來的新一代芯片。

按照蘋果在發佈會中所説，新一代的H系列芯片擁有更高的帶寬以及新的低失真音頻驅動器。在該芯片推動下，蘋果新一代的airpod pro 的降噪性能翻倍，通透模式更加智能，可根據外部環境進行調整，比如在高噪音情況下可切至降噪模式。且能夠實現一次充電後電池續航時間長達 6 小時，比一代提升33%。

如果説H2芯片是蘋果這次發佈會的一個前菜，那麼A16 bionic則是豐盛的正餐。

據蘋果介紹，新的A16 bionic專注於電源效率、顯示器和攝像頭，使用台積電的4nm工藝製造，擁有蘋果該系列芯片最多的晶體管——160億顆。在CPU方面，據蘋果介紹，該芯片擁有六個CPU內核，其中包括了2個高性能內核和四個高效內核，這和現在安卓陣容的內核配置大有不同。

與上一代芯片相比，蘋果這一代的旗艦性能內核速度更快，功耗也降低了 20%。其中，效率核心的功耗僅為競爭對手的三分之一。

在AI加速器方面，蘋果在新芯片上面搭配了新的 16 核神經引擎，可以實現每秒 17 萬億次操作。此外，蘋果還為該芯片搭配了5核的GPU， 把內存帶寬增加了 50%，以及還有驅動永遠在線顯示的新顯示引擎。蘋果同時強調，新芯片還更新了 ISP 以支持 Apple 最新的相機。

蘋果在發佈會中還表示，新手機搭配了帶四像素傳感器的 48MP 相機，其傳感器比 iPhone 13 Pro 大 65%。其中，新傳感器每 4 個像素分組為一個大的四像素，如此過採樣，產生 12MP 的照片。按照蘋果所説，由於圖像處理的改進，手機所有攝像頭的低光性能得到了改善。他們同時強調，這是蘋果有史以來最強大的專業相機系統。

蘋果芯片的輝煌，始於這家公司

當蘋果在 2008 年收購 PA Semi 時，那是 iPhone 時代的開始，他們對蘋果為什麼要收購一家生產低功耗高性能 PowerPC 處理器的公司進行了很多猜測。尤其是 iPhone 在 ARM 上運行，而 Mac 已經從 PowerPC 遷移到 x86。

PA Semi 由 Daniel Dobberpuhl（他於 2019 年去世）於 2003 年創立。Dobberpuhl 是微處理器設計的真正偉人之一，他的職業生涯始於 DEC 的 T-11 和 MicroVAX，然後幫助 DEC 過渡到 Alpha RISC 設計 (21064)。正是 Dobberpuhl 在 Pal Alto（PA Semi 後來得名）創建了設計 DEC StrongARM 處理器的設計中心。一種處理器，後來被英特爾購買併成為 ARM 處理器的 XScale 系列。

英特爾收購 StrongARM 產品線後，他幫助創辦了 SiByte，製造基於 MIPS 的 RISC CPU，並在 SiByte 被 Broadcom 收購後繼續這樣做。因此，當他開始 PA Semi 時，與其説是關於 PowerPC，不如説是關於 RISC，PowerPC 恰好是他們選擇使用的架構。設計團隊在各種 CPU 架構方面擁有豐富的經驗，包括 SPARC、Itanium 和早期的 Opterons。由此你可以看到為什麼這次收購對蘋果如此有吸引力。

從 PA 成立到 Apple 接手這幾年（2003-2008 年），他們確實設計、營銷和銷售了基於他們所謂的 PA6T 內核的 PowerPC 處理器系列，稱為 PWRficient。PA6T-1682M 是雙核 PowerPC 處理器（13xxM 是單核版本），每個內核運行頻率高達 2GHz，具有 64K 的 L1 指令緩存和 64K 的 L1 數據緩存。它們由 TI 採用 65nm 工藝製造，運行電壓為 1.1V。L2 緩存是可擴展的，並在內核之間共享。在 1682M 中，這是一個帶有 ECC 的 2M 8 路高速緩存。最有用的功能之一是它們的時鐘步進。它們可以僅以每核幾瓦的功率降至 500MHz，然後在 25us 內恢復到完整的 2GHz。

在蘋果以 3 億美元收購 PA6T 之前，PA6T 只上市了幾個月（從 2007 年底到 2008 年 4 月），但在此期間，PA Semi 贏得了無數design win。Amiga 選擇它用於 AmigaOne X1000 計算機。AmigaOne 直到 2011 年才上市，這意味着雖然 PA Semi 被收購併完全由 Apple 控制，但他們仍然繼續為之前的客户製造、支持和供應 1682M CPU。Amiga 肯定不足以推動蘋果繼續製造芯片嗎？

他們不是，但其他人是，而且 PA6T 是一個非常棒的處理器，它被美國國防承包商選擇並設計到許多計算機系統中，如果有人不喜歡改變，它的國防承包商，所以有一些在美國國防部的推動下，Apple 繼續生產（或者更確切地説是讓 TI 生產）PA6T 處理器。Curtis-Wright 將 PA6T 設計到他們新的 CHAMP-AV5 DSP VME64 板卡中，該板用於在眾多軍事應用中進行信號處理。他們還在 VPX3-125 SBC 中使用了 PA6T（1.5GHz）。在 PA6T 中設計的 Themis 計算機、NEC、Mercury 和其他計算機。另一家基於 PA6T 的電路板製造商 Extreme Engineering 將該設計稱為“開創性”。

如果 PA Semi 沒有被 Apple 吞併，那麼看看 PA Semi 能取得怎樣的成就會很有趣。很明顯，我們看到了 PA 團隊在 Apple 使用其 A 系列處理器時所取得的成就，但很明顯 PA 對 PowerPC 架構也有一些特別之處。

蘋果一手建立起芯片帝國

幾年來，蘋果一直在穩步設計越來越多的處理器芯片。控制處理器是蘋果長期垂直整合運動中最新和最大的一步。如今，蘋果已經為其iPhone、iPad、Mac和手錶生產了許多芯片。

很早之前，喬布斯就認為，蘋果就應該擁有其產品內部的技術，而不是依賴多家其他芯片製造商的芯片混搭。所以，2008年，蘋果收購了PA Semi，開始了其自研之路。自研芯片是個燒錢的生意，但只要該公司每年銷售3億台設備，蘋果進軍複雜而昂貴的芯片業務就很有意義。而事實也證明，蘋果自研芯片是一項明智的舉措。

首先是手機芯片，2010年蘋果內部設計出第一款處理器A4。此後的A系列芯片憑藉在工藝製程、CPU架構和GPU核心上的代代改進，一直是移動平台上高性能芯片的代表。下圖展示了到A11芯片的歷年開發時間和主要特點，如今蘋果的A系列芯片已經到了A15仿生芯片。

蘋果最重要的移動設備芯片一覽（圖源：Blomberg）

再就是蘋果手錶芯片S系列，2015年蘋果為其手錶研發了第一款芯片S1，2016年蘋果又相繼推出了S1P和S2，2017年發佈了S3，如今已到了S7芯片。

然後是蘋果的無線芯片W系列和H系列，2016年蘋果研發出了第一款無線芯片W1，第一代AirPods用的便是W1芯片，真無線耳機AirPods一經推出，便收到業界廣泛的追捧。2017年蘋果特意為Apple watch 3 研發了能支持藍牙的W2芯片。2018年蘋果又研發出了W3芯片。2021年，蘋果又一款自研芯片H1問世，相比原來的W1主要是加強了無線連接表現。

2019年蘋果推出了超寬帶技術U1芯片，iPhone 11和Apple Watch S6是首款配備U1的設備。U1中的U是指的UWB技術，因為蘋果的加入，UWB技術也引起了業界的廣泛關注，筆者在此前的《UWB芯片熱潮乍起？》中介紹了UWB的國內行業玩家積極湧入的動態。

2020年11月，蘋果放棄X86架構，推出了基於Arm的Mac電腦芯片M1，M1芯片的推出使得蘋果將自己與PC行業的其他公司進一步區分開來。正如iPhone塑造了智能手機市場一樣，Apple的新設計自由度可能會對其他PC製造商產生影響。