從硬件電路設計到半導體技術，從操作系統從到軟件商店，蘋果（Apple）為iPhone及其終端產品打造了一條上下游一路垂直整合的道路。

“真正認真對待軟件的人就應該自己做硬件。”(People who are really serious about software should make their own hardware.)——Alan Kay

就在蘋果(Apple)即將于秋季發布會揭露下一代新款iPhone手機前夕，該公司率先寫下了市值突破1兆美元的歷史新頁。本文將著眼于Apple的策略布局，看看他們如何透過“現代”半導體技術實現如此的成就。

為此，我們首先需要看的就是iPhone。畢竟它是定義了Apple如何邁向1兆美元里程碑之路的關鍵產品。當史上第一支iPhone于2007年1月9日亮相時，它的設計看起來與當時的手機典范是如此的背道而馳。

Apple前首席執行官喬布斯(Steve Jobs)形容這是一款“帶有觸控功能的寬屏幕iPod、一支革命性的手機，同時也是一款突破性的互聯網通訊設備。”就在那一天，他還介紹了全新的操作系統：iPhoneOS，即iOS。

喬布斯在2007年發布第一款iPhone時，引用了計算機圖像接口先驅Alan Kay 的一句話

在2007年第一支iPhone的發布會上，喬布斯引用了計算機圖像接口先驅Alan Kay 的一句話——“真正認真對待軟件的人就應該自己做硬件”(People who are really serious about software should make their own hardware.)。Alan Kay的這句話究竟有什么意義？從表面上看，它掌握到Apple想要設計自家手機以及執行其新款iOS軟件的動機——為用戶帶來與手機互動的全新方式，例如觸控屏幕、虛擬鍵盤以及滑動執行等。

但我們當時不知道這句話也暗示Apple不久將投入更大規模的半導體開發。Apple當下就已經決定走向垂直整合道路了。

早期發展與A4芯片

Apple為什么要自行展開大規模的半導體設計？這畢竟是一項耗資龐大的工作。

他們是否能夠設計出相當于其他半導體公司的IC (更不用說比其他公司更好的IC了)？當然，這風險實在太大了。

但是在2008年春，Apple宣布收購PA Semi——這是一家大部份的人都沒聽過的處理器IC設計公司，專注于Digital StrongARM技術。Apple表示希望進一步差異化其產品。后來，市場上還傳言Apple收購了另一家處理器設計公司Intrinsity——專注于設計Hummingbird Arm-based CPU。到了2010年4月，這項收購消息也經證實了。

2010年1月27日，Apple推出了iPad以及Apple自家設計的A4 SoC。在主題演講前一周，我曾經想到Apple可能推出平板電腦及自家芯片。我當時想到平板電腦將會需要一款介于iPhone和MacBook之間的芯片。我還問道“......如果Apple可以使用專為其裝置及其應用量身打造的區塊(block)來設計自家處理器，將會發生什么？”

當時，A系列以及我認為的Apple“現代”半導體開發工作已在持續進展中。

當我們觀察A4后，發現它與三星(Samsung)的S5PC110有相當大程度的相似性——三星S5PC110當時是一款Arm SoC。這二款芯片都采用了一樣的Arm CPU。從以下的A4芯片圖來看，A4似乎并不是什么與眾不同的SoC，不過，在上述收購以及公開宣傳該芯片封裝的2009年之間也并沒有太多時間。

A4芯片圖（來源：MuAnalysis）

A系列里程碑

在真正導入內部設計的SoC之后，我認為下一個重大里程碑來自A6。有了A6，Apple推出了內部設計的CPU。這可不是件容易的事。

當時，Chipworks曾經評論其芯片架構似乎是手動布局。從A6芯片圖來看，它展現了Apple對于半導體開發的承諾。A7帶來所謂的Secure Enclave加密裝置，可用于儲存和處理來自Touch ID傳感器的指紋數據。在此發展過程中，Apple還整合了一個影像訊號處理器及其動作協同處理器。

A6芯片圖（來源：Chipworks）

讓我們快轉來到2017年的A11處理器，如下芯片圖所示。A11采用Apple首款內部設計的GPU及其所謂的神經引擎。二者都是重要的設計——在iPhone X發布的新聞稿中，Apple表示兩款芯片都與機器學習功能有關。特別是Face ID和Animoji，據說都必須由神經引擎啟動。

該芯片設計重要之處在于其包含了兩個SoC區塊——即GPU與神經引擎，因為這是iPhone性能與用戶體驗的核心。我認為GPU與神經引擎之所以如此重要，原因就在于他們對于機器學習相當有幫助。

A11芯片圖（來源：TechInsights）

客制電路和垂直整合

有大量的證據顯示Apple的設計實力不斷增強。但Apple的設計是否如同喬布斯在推出A4時所希望地那樣，能夠讓iPhone有別于其他的手機？

讓我們以Face ID為例。

Apple可能會對于像臉部辨識等重要功能特性感興趣，因而為此收購一家或幾家公司，取得技術IP組合。有些技術將建置于軟件中，其他技術則透過硬件實現，例如像神經引擎之類的區塊設計。同時，如Secure Enclave等其他區塊則用于處理臉部影像數據而不只是指紋數據。

多年來，Apple持續在許多主題演講中強調軟件和硬件工程師的合作協調。人們幾乎可以聽到團隊之間的會議對話如下：

“我需要可以執行例程A和B的硬件。”

“我可以給你一大部份，但你能修改這些例程，例如使其也在我的區塊中以這種方式執行嗎？”

這樣的合作與對話一直持續到硬件和軟件建構搭配在一起。而在此過程之后，電路區塊可能僅對Apple有用，但無妨，因為該半導體團隊可能只有這么一家客戶。

在更先進層級以及更高整合度時，可以設想實際上在晶體管級編碼的特定或部份OS例程。“我可以將經常調用的計算置于晶體管中，以節省軟件周期。”

沒錯，也許設計在某方面少了靈活性，但如果帶來更大的性能提升也算是值得了。我經常思考這樣的設計架構，因為它似乎算是硬件——軟件整合的巔峰之作。

只為一位客戶進行設計

iPhone的角色定位很清楚。它們的目的是賣給消費者并因而獲得利潤。

但是，半導體的角色并沒那么明顯，因為他們無法對外銷售，也沒有直接的收入。所有的半導體產品都「僅供內部使用」。但是，難道消費者購買iPhone是因為它采用了A系列處理器嗎？答案當然是否定的。但是，如果沒有A系列處理器，iPhone是否可能會有無法實現的功能？性能不佳？或是價格更昂貴嗎？我認為答案是肯定的。

那么，讓我們再次看看Face ID。

我們可以肯定地說，Face ID是iPhone X的一項重要特性。如果Apple設計SoC時未采用自家的區塊，那么它就需要另外尋找合適的機器學習IP核心。它可能還需要重新考慮GPU，因為據說它可以分享一些機器學習任務。此外，Apple需要編寫可在這些區塊上執行的軟件。而如果只有一部份進行垂直整合，那么，Apple還需要為整個SoC尋找其他供應來源，情況將會變得更加棘手。甚至在較糟的情況下，還可能需要使用輔助IC來執行機器學習，這意味著要耗費更多的電路板空間和成本。

A系列SoC能否有助于最終產品的差異化？我必須說是的。在某種程度上，這讓Apple可以更專注于因應其需求與所需功能的設計。他們只為一個客戶進行設計，可能會減少為了吸引許多客戶而必須做出的妥協。再者，Apple也不必要設計出最佳核心，而只需設計最適合執行iOS的核心即可。Apple能夠量身打造電路與區塊設計，以滿足其需要。

值得注意的是，Apple在此過程中采取了一些大膽的舉措。當他們將主要的區塊移動至自家設計時，他們將更多的責任加諸于其設計師身上。此外，盡管半導體營收是間接的，但表現不佳的A系列芯片卻可能導致銷售數字下滑。

展望未來

截至目前為止，我只討論了iPhone和A系列SoC。這只是其中的一部份。

Apple已將其半導體產品組合擴展到相當多的產品中，包括在Apple Watch中使用的S系列、AirPods (和Apple Watch)的W系列，以及不斷擴展的MacOS系統中所使用的T系列。這些都為Apple的產品帶來各種有趣的功能特性。

如果沒有W1，AirPods是否可能實現？Apple在推出AirPods時，似乎偏離了在左右聲道之間插線的標準藍牙設計。W1是否讓左右聲道傳輸到不受限制的AirPods？提到AirPods時我注意到AirPods的功能及其收購的Passif IP之間存在莫名的相似之處。我認為W1實現了差異化。

我不知道Apple在其開發實驗室中打造哪些夢想，但我們從目前所使用的半導體建構模塊就可以想象到一些有趣的可能性。當T1出現時，我想想它可能應用于Apple TV遙控器。現在是否有了一個從家中電視實時、安全購物的市場了？

透過垂直整合策略，Apple展現了其于半導體設計的實力，并建立了一系列有趣的半導體IP組合。可能有人會認為Apple的設計工作就像是在打造一個IP核心庫，使其可用于為其最終產品帶來創新功能。Apple在半導體設計的垂直整合策略，已經成為該公司各種營收來源及其生態系統的核心。半導體團隊并不需要為所接觸的每件事都實現最佳設計，只需要成為其客戶的最佳設計者。