苹果造芯的发展史

芯片，国之命脉。

这一枚小小的金属，竟卡住了我国无数尖端行业的咽喉，成了科技巨头们的阿喀琉斯之踵。

2021年，重磅推出《芯征程》系列产业观察。本系列将对半导体产业上下游进行一次全方位的深度研究，包括不断突破摩尔定律极限的制造巨头、设备供应商、材料供应商、以及芯片设计企业。希望我们的内容能够为饱受“缺芯”困扰的中国产业界提供一些借鉴与参考。

这是《芯征程》系列的第一篇，Enjoy。

从2010年拿出首款自研手机芯片A4开始，围绕着苹果芯片实力的争议始终未曾间断。

事实上，在过去30年间，苹果已经通过一系列的自研、并购，甚至是打压、挖角、“威逼利诱”，打造出一个极其强大的芯片帝国。

他们中，既有名声大噪的传奇工程师，又有重金挖来的竞品同行，还有一众低调、神秘、却手握几十项半导体顶尖专利的隐藏大神——比如陈宗健，这位1984年的高考状元，现任苹果公司副总裁，也是苹果总部少见的华人高管。

而串联起他们的，则是半导体产业80年代的教父级人物、低功耗处理器领域的产业泰斗——Daniel Dobberpuhl。他所带领的团队创下了非上市芯片公司被收购的天价记录——20.4亿美元。这一纪录已经保持了20年，至今未有人超越。

而苹果芯片的操盘手，则是那个硅谷职位最高的以色列人，Johny Srouji。这位16岁就失去父亲的基督徒温和、低调，却对芯片工程团队有着近乎“变态”的严苛标准，并通过一系列研发控制与项目并购，得到了库克的绝对信任。

这样的传奇人物，在苹果芯片部门还有很多很多。他们就像电影《教父》中的柯里昂家族一样，低调、神秘、沉着而隐忍；即便在老首领去世后也未曾失去方向，坚定不移地践行着乔布斯当年的路线，最终，建立起一个庞大的芯片帝国。

跟所有伟大的故事一样，苹果芯片帝国的成功，始于一次失败。

一、三十年前的惨败

1985年，乔布斯被迫出走苹果，时任CEO的John Sculley（约翰·斯库利）立即开始了对苹果公司的重组计划，其中就包括成立一个高新技术小组（Advanced Technologies Group，ATG），专门负责探索革命性的高新技术。

而苹果的第一次“造芯”尝试，就始于ATG。

在那几年里，随着乔布斯时代遗留的各产品线“山头”被逐一拆解，原本混乱的开发流程走向规整，仓储、物流、供应商系统也逐步步入正轨，一切都是那么的欣欣向荣。

1988年，苹果年度营收飙升至40.7亿美元，利润超过4亿美元，是1986年的两倍。

然而，在这份光鲜亮丽的财务数据之下，是潜伏已久的产品危机。

随着乔布斯的离开，苹果的产品创新陷入了停滞。这三年间，苹果没有拿出任何一款革命性的新产品/新技术，一直在对1984年乔布斯主导的Macintosh电脑项目进行修修补补。

对于苹果这样一家硅谷公司而言，失去了技术领先性，无异于为自身的毁灭开启了倒计时。

为了挽救这一局面，John Sculley最终将目光放在了芯片上。

苹果在1984年发布的Macintosh个人电脑中搭载了摩托罗拉68000系列处理器，这是史上最早使用32位指令集的处理器之一，集成了6万8千颗晶体管，是同时代英特尔8086产品的两倍，其性能可以称得上是业内顶尖。

可是，在此后的几年里，随着SUN、DEC、英特尔等玩家相继拿出性能更强的处理器产品，摩托罗拉的芯片开发进度一再落后，修修补补的Macintosh已经跟不上时代了。

为了保持产品领先，苹果最终决定，自己造芯片。而这一重任，落在了苹果高新技术小组ATG的头上。

仓促之间，苹果的“水瓶座（Aquarius）”项目上马了。

“水瓶座”由苹果与AT&T微电子部联合开发，由苹果设计主要芯片架构，AT&T微电子部负责生产制造。

这是一颗“非主流”的四核RISC处理器，苹果大胆地采用了了无高速缓存（Cache）设计，只保留很少的片上内存，由软件管理存储。

这款并不符合技术发展路径的芯片设计遭到了苹果内部少数处理器科学家的反对，却得到了以CEO为首的一众管理层的支持。

当时、芯片部门甚至花1500万美元买了一台Cray超级计算机，以满足芯片团队的开发需要。（根据广义货币M2与汇率换算，80年代的1500万美元相当于现在超过5亿人民币）

“水瓶座”失败的首要原因，是苹果缺少懂芯片的负责人。

事实上，当水瓶座”项目的负责人（一位名为Sam Holland的年轻工程师）提出无Cache概念的时候，编译器设计团队对此的回复是“疯了”。

随着水瓶座项目一再受挫，在烧光了上千万美元却始终无法拿出可落地的项目后，1989年，苹果不得不叫停了水瓶座芯片项目，解散了相关团队。

这一举动不仅让苹果内部大受打击，更是把苹果的合作伙伴AT&T微电子部推进了坑里。

彼时AT&T集团刚刚经历了美国历史上最受关注的反垄断分拆重组案，可谓元气大伤，如今与苹果合作开发的水瓶座项目也宣告失败，几百万美元的研发费用打了水漂。

根据苹果元老级人物Allen Baum回忆，当时，AT&T微电子的项目负责人气急败坏地冲到苹果公司里，要求苹果支付联合开发的研发费用。苹果拒绝了。

事实上，AT&T与苹果联合开发的芯片不止“水瓶座”这一款，在苹果的“牛顿（Newton）”掌上电脑项目中，AT&T同样在与苹果联合开发“霍比特人（Hobbit）”芯片，这是一款主打低功耗、高性能的CRISP架构芯片，支持手写识别、触控屏等功能。

在AT&T和苹果闹掰了之后，“牛顿”掌上电脑最终也没有选择AT&T的霍比特芯片，而是将目光投向了新玩家ARM。

失去了苹果作为合作伙伴的支持，AT&T的霍比特芯片在推出后始终反响平平，该产品线在1994年被正式关停。

要记住，这不是苹果最后一次“坑”它的芯片合作伙伴，历史还会在P.A.Semi与Intrinsity上重演。

“水瓶座”的失利并没有让苹果死心，1990年，苹果联合了IBM、摩托罗拉，结成了当年个人电脑产业界最受人关注的AIM联盟（Apple、IBM、Motorola），并于1991年正式宣布PowerPC芯片架构的诞生。

这是一款基于IBM Power的精简版RISC芯片架构，它继承了IBM高端服务器工作站的强大计算性能，与摩托罗拉的顶尖芯片技术储备。

然而，这款架构固然强大，却并不符合个人电脑在90年代快速往轻、薄、便携化的发展方向。超高性能带来的是超高的功耗，再加上开发工具的缺失、昂贵的产品价格，这款承载了重重光环的新架构，市场并不买账。

在此后的十几年时间里，除了苹果和少数游戏主机玩家之外，没有任何主流电脑玩家采用了PowerPC架构。

二、“教父”Dobberpuhl

此时，苹果芯片帝国的另一个灵魂人物，出场了。

当乔布斯还是个18岁的懵懂少年时，P.A.Semi的创始人Daniel Dobberpuhl就已经在GE集成电路实验室里做芯片了。

1976年，31岁的Dobberpuhl加入了电子领域的传奇巨头DEC公司，参与领导开发了盛极一时的高性能芯片架构Alpha。

1995年，Dobberpuhl作为DEC公司在硅谷地区的研发中心负责人，联合了ARM公司，开始着手打造StrongARM项目，力求将Alpha芯片的高性能与ARM芯片的低功耗优势结合，设计出一款更强、更快、更轻便的芯片。

Dobberpuhl是幸运的。在那个风云激荡的八九十年代，芯片架构百花齐放，DEC的硅谷研发中心里汇集了一大批半导体产业顶尖人才，再加上斯坦福大学、加州大学伯克利分校等半导体桂冠学府的“加持”，无数心怀创新的年轻人摩拳擦掌，前赴后继地投身到芯片大潮当中。

与美国东海岸充盈着的金融精英文化不同，硅谷深受“改变世界”的观念影响，是个工程师氛围浓厚的地方。

在这样的背景下，传奇工程师Dobberpuhl就像一位摇滚明星，身边逐渐聚拢起了一大批忠心的支持者，他们既是“粉丝”，也是顶尖的芯片工程师。

随着1997年StrongARM项目被英特尔并购，时年52岁的Dobberpuhl没有选择留在英特尔“养老”，而是带领着这群年轻的半导体精英们离开大厂，创建了一家名为SiByte的芯片公司。

在SiByte成立仅仅三年后，博通就开出了20.4亿美元的天价，收购这家还不足120人的创业公司，创下了非上市芯片的收购记录。

三、崩溃边缘与一线生机

与Dobberpuhl的顺风顺水不同，步入90年代，苹果的处境日益艰难。

在个人电脑市场，苹果已经与Wintel（微软+英特尔+PC厂商）结成的联盟厮杀得昏天黑地，新兴玩家不断蚕食着苹果的市场份额；

在新兴市场，苹果斥巨资打造的“牛顿”掌上电脑市场反响平平，一众失败的项目与高昂的研发费用逐渐将公司推向了崩溃的边缘。

1997年，在危机重重之下，乔布斯终于被请了回来。可迎接他的，却是一个濒临破产边缘的烂摊子。

当时，苹果的账面现金甚至只够维持3个月。

乔布斯一上来就解散了高新技术小组（ATG），并且大刀阔斧地砍掉无数产品线，将350款产品型号直接砍剩10款，重新定义了产品方向，并大幅缩减了无关支出。

这些方向是对的， 可要挽救苹果这样一个巨人，乔布斯还需要更多的钱、更多的时间。

而为他赢得这宝贵的喘息之机的，不是别人，正是ARM。

虽然“亲儿子”PowerPC并未得到市场认可，可边缘项目ARM却如同水泥缝中的一颗种子，展现出比任何一株温室花朵都要更为旺盛的生命力。

80年代末，Acorn公司研发出了Acorn RISC Machine芯片架构，它就是日后风靡全球手机芯片届的ARM架构前身。

这一架构凭借其超高的能耗比、精简而“优雅”的指令集、以及更小的芯片体积而广受业内关注。

Acorn公司同样是80年代个人电脑领域的先行玩家，相当于英国版的苹果公司。双方的合作可以追溯到80年代，在苹果与AT&T闹翻之后，苹果的“牛顿”掌上电脑最终选择了ARM芯片。

与苹果一样，Acorn同样被芯片研发的巨大资金投入所困扰着——只开发一款芯片是没有意义的，一旦你进入了这个行业，你就必须跟随摩尔定律不断砸钱，做出更强的芯片。

为了分担研发费用，1990年，苹果、Acorn、以及合作伙伴VLSI公司联合起来，将ARM架构从Acorn中独立出来，正式成立了ARM公司。

在ARM项目里，苹果投资了300万美金，占股约40%。苹果的芯片工程师也来到了英国剑桥的ARM总部，与他们合作开发，并向业内公开授权其芯片架构。

谁也没有想到，ARM就这样爆发了。

电子市场对于低功耗芯片产品的爆发式需求，再加上ARM并不昂贵的授权费用，吸引了整个产业的目光。

1998年，ARM成功上市，股价一度暴涨，而到了2002年，ARM架构芯片的出货量则更是突破了10亿大关，成为市场上最收欢迎的芯片架构之一。

而在乔布斯回归的头5年里，在苹果勒紧裤腰带也入不敷出的年份里，乔布斯陆续卖出了苹果对ARM的持股，原来的300万美元持股已经换成了11亿的流动资金，解了苹果的燃眉之急，也为乔布斯挽救苹果之路争取了时间。

更为最重要的是，ARM从此奠定了苹果芯片帝国的地基。

从那以后，ARM成为了苹果最忠实的伙伴。从2010年发布第一块自研A4芯片开始，苹果陆续将自家所有芯片都换成了ARM架构，包括苹果在2020年发布的、“吊打英特尔”的自研电脑芯片——M1。

彼时的苹果，凭借着ARM的输血与一连串的产品创新，终于慢慢恢复元气，重新振作起来。

经此一役，脱胎换骨的乔布斯彻底认清了控制芯片的重要性，却也从Sculley的失败中看见了芯片自研的难度之大。

收购，成了唯一出路。

四、苹果又把人给坑了

另一边，在被博通收购后不到两年，2003年，不甘平静的Dobberpuhl再度出山，创办了P.A.Semi公司，主打高性能低功耗芯片架构。

而那些SiByte的跟随者们同样放弃了博通的职位，选择加入P.A.Semi。

P.A.Semi的产品从一开始就是冲着苹果去的。据当时的媒体报道，P.A.Semi在2005年发布的首款产品——基于PowerPC架构的“PWRficient”芯片——就是得到了乔布斯的首肯之下专门为苹果开发的。

这是一款基于PowerPC架构的双核微处理器，其2Ghz的标准功耗最高仅为13W，远远低于同类英特尔产品的20-25W，简直是为苹果量身打造。

事实上，P.A.Semi团队与苹果的渊源由来已久。早在1997年，苹果的“牛顿”电脑升级版MessagePad 2000中就搭载了由Dobberpuhl主导开发的StrongARM芯片。

然而，此时的苹果却做出了个令Dobberpuhl意外的决定——转投英特尔的怀抱。

据业内传言，乔布斯的这项决定让Dobberpuhl“非常恼火”，P.A.Semi为这块芯片投入了上千万美元的研发费用，作为PowerPC的最后一个大玩家，苹果的拒绝几乎意味着这些研发费用打了水漂。

也有产业人士表示，乔布斯是故意“坑”了P.A.Semi一把——苹果早就看上了这家公司的技术，奈何当时的P.A.Semi估值太高，只能拖上一拖。

无论如何，3年后的2008年，靠着iPod与iPhone项目的陆续回血，钱包再次鼓起来的苹果终于宣布以2.78亿美元的价格收购P.A.Semi。

据福布斯报道，为了促成这笔交易，乔布斯甚至亲自把年过花甲的Dobberpuhl请到了自己家中，进行收购商讨。

五、首批芯片“正规军”

收购成功后，P.A.Semi的150人芯片团队全数归于苹果，成为苹果有史以来第一支芯片研发“正规军”。

他们之中，既有硅谷传奇Jim Keller、A13背后功臣Sribalan Santhanam、Dan Murray、Amit Chandra等等，还有一个中文名——陈宗健。

硅谷芯片大神Jim Keller不用介绍了，这位享誉电子产业江湖的芯片架构大师，顶着本科学位叱咤硅谷，几乎靠一己之力扛起了重振AMD的大旗，个人名言：“我这个人没什么太大成就，只不过你们用过最好的CPU，都是我设计的。”

Sribalan Santhanam则被誉为苹果A13背后的功臣，这位行事低调的印度人是首个被苹果推到台前的芯片工程师，在iPhone 11发布会现场，他代表苹果芯片团队上台介绍新一代A13的性能飞跃。

而陈宗健的经历则更是传奇。从小就是少年天才的他在1984年以高考单科状元顺利入读复旦大学物理系。

大学期间，头顶光环的陈宗健又以排名第三的优异成绩考入了CUSPEA项目中，这是由诺贝尔奖得主李政道先生创立的中美联合招考物理研究生项目，旨在发掘物理研究的年轻力量。

于是，1987年，年少的陈宗健离开中国，漂洋过海来到了加利福利亚，顺利入读于世界顶尖学府斯坦福大学，获得电子工程及应用物理双料硕士，并与1997年成功博士毕业。

如今，陈宗健已经在苹果待了将近13年，身居副总裁，手握67项半导体相关专利，可谓是声名赫赫。硅谷的华人工程师不少，可真正能在苹果这样的产业巨头中做到技术高管的却是凤毛麟角。

以上这些人的共同点，除了都在半导体领域建树颇丰外，还有就是他们自1999年开始，就跟随着Dobberpuhl一同闯荡江湖。

又过了几年，Dobberpuhl再度离开苹果，去往他的下一趟征程。可与此前不同的是，这些传奇工程师们这一次选择留了下来，用自己的知识与智慧，打造出一个前所未有的芯片帝国。

六、苹果复仇记

2010年，苹果终于拿出了首款自研手机芯片，Apple A4。这块芯片被陆续搭载在初代iPad、、iPhone 4、以及iPod touch 4上。

结合2008年苹果对P.A.Semi的收购，不少人会认为这块芯片出自于P.A.Semi团队之手。

然而，如果我们把A4拆开，我们会不无惊讶地发现，这块芯片的主体架构跟三星曾经称雄一时的“蜂鸟”芯片架构几乎一模一样，苹果只拿掉了少部分模块，以压缩芯片尺寸和成本。

而这块“蜂鸟”芯片对与三星手机的重要性，不亚于A4之于苹果。

这一款ARM Cortex A8架构的处理器，45nm工艺，运行频率为1GHz，处理能力达到2000DMIPS，当时甚至打出了“全球最快的处理器”。

搭载着这块“蜂鸟”，三星发布了其智能手机时代一战成名的代表作——三星Galaxy S i9000。

这款“蜂鸟”芯片太重要了，重要到三星为了纪念它，为它日后“追封”了Exynos 3110的名号，让它成为三星Exynos芯片家族的一部分。

然而，这款芯片既不是苹果单独研发的，也不是三星单独研发的，其技术核心来自一家看似“名不见经传”的小公司——Intrinsity。

事实上，Intrinsity早在1993年就成立了，那时它还叫Exponential Technology，而这家公司的第一款产品，就是专门针对苹果PowerPC架构打造的Power ISA架构芯片——X704。

跟P.A.Semi当年的遭遇一样，苹果最后也没有选用Exponential的产品，而失去了苹果这一独家大客户，间接导致了Exponential公司的破产重组。

1997年，Exponential公司的剩余雇员们聚集起来，创办了EVSX公司，并于2000年正式改名为Intrinsity。

2010年4月，在乔布斯首次介绍苹果自研A4芯片的3个月后，Intrinsity被苹果公司正式收购，金额未透露。

哪有什么一见钟情，所有的收购都是久别重逢。

2010年的苹果，与90年代末那个挣扎在生死边缘的苹果，早已不可同日而语。

iPod与iPhone系列的爆发式成功给了乔布斯底气，也给了苹果足够的经济实力。从P.A.Semi与Intrinsity开始，苹果张开了它隐忍已久的“血盆大口”，如鲸吞鱼群一般疯狂地在全球各地网罗芯片人才。

2011年，乔布斯病情加重，不得不辞任苹果CEO，库克上台。

2011年底，苹果也宣布了由库克主导的首个收购案——3.9亿美元收购以色列闪存芯片技术商Anobit。

这不仅是库克的首笔收购案，更是苹果第一次收购以色列的公司，它直接促成了苹果256GB大内存iPhone的诞生。

此后，苹果甚至以Anobit为据点，在以色列海法市这座“第二硅谷”建起了一个巨大的研发中心，不断吸收着本地物美价廉的人才储备，同时从TI、英特尔、IBM等芯片巨头的以色列研发中心疯狂挖角。

而海法市，正是苹果芯片操盘手Johny Srouji的老家。

Johny Srouji自幼生长在海法市，16岁就失去了父亲。在2008年加入苹果之前，他已经在IBM与英特尔做到了技术管理岗。兼具IBM Power与英特尔x86背景的他，简直是为苹果自研芯片项目量身打造的完美人员。

他是个基督徒，说话温和、低调，却对芯片工程团队有着近乎“变态”的严苛标准。

在苹果芯片团队内部，Johny Srouji有这样一句名言——“当（芯片）设计师说，’这项任务很难完成’时，我的标准回答是，如果它不违背宇宙的物理法则，那么就是可以做到的。”

与海法市类似的经历还发生在世界上的很多角落。2013年，苹果在美国奥兰多设立了一个临时研发中心，大肆挖角AMD的众多顶尖工程师，意图打造一个属于自己的GPU研发中心。

彼时的AMD正在经历内忧外患的“至暗时刻”，离领导AMD绝处逢生的传奇华裔女CEO上任，还有一年的时间。

苹果对与技术人才、技术公司的“贪婪”似乎没有尽头。而手握巨量现金流的库克，也有底气各种千金一掷，疯狂买买买。

根据外媒Business Insider报道，库克透露，2015年，苹果的收购速度达到了一年收购15家公司，平均每三四个周就收购一家。到了2019年，苹果的收购速度甚至飙升到了六个月内收购了20多家技术公司，遍布世界各地。

同样在2019年，苹果甚至豪掷10亿美元，全盘买下了英特尔的手机基带业务，进一步扩张手机芯片自研比率。

2020年，决战的时刻到了。

虽然对于现在的苹果而言，其手机业务比电脑业务更深入人心。但电脑业务始终是苹果的根基，是乔布斯的“大儿子”、心头肉。

早在多年前，乔布斯就给芯片团队下了死命令——“You have to own your own silicon. You have to control and own it.”（你必须对芯片有着绝对控制权。）

苹果与英特尔的这段“芯片联姻”，从开始的第一天，就注定了分裂的结局。何况近些年英特尔在芯片先进工艺、领先技术上一再让苹果失望。

2020年11月11日，在以纪念乔布斯而命名的苹果总部乔布斯剧院里，库克终于拿出了有史以来第一块属于苹果自己的电脑芯片，Apple M1。

这块芯片基于ARM架构打造，采用最顶尖的5nm台积电先进制程，完美继承了P.A.Sem团队当年在RISC领域的高性能、低功耗的超强特性。

为了让消费者们有更直观的感受，在发布会现场，苹果还不点名地拉出英特尔产品来“吊打”对比了一番。

三十多年间，无论是“水瓶座”的惨败、PowerPC的遗憾、对英特尔的失望，还是这些挖角与创新，苹果从未停止过对与自研电脑芯片的探索。

M1既非是横空出世，也并非突如其来，它是这群在半导体领域深耕几十年的技术大牛们，历经风霜雪雨，最终呈现在人们眼前的“复仇”之作。

尽管乔布斯最终没能活着、亲眼见到这一天。可在乔布斯离开之后，他对于技术创新那近乎偏执的精神延续了下来，被芯片团队、被工程师们、被千千万万的苹果员工践行着。

尾声

如果我们仔细复盘苹果芯的反败为胜之路，我们会发现几个不容忽视的关键因素：

1）半导体淘金热与互联网泡沫破灭

八九十年代，半导体产业蓬勃发展，学术创新与产业革命不断涌现，大批手握顶尖技术的玩家下海创业，为硅谷的积累了一群优秀的技术人才。

而随着2000年互联网泡沫破灭，这些小公司虽然手握技术，但依旧大多生存维艰，正是被收购的好时机。

2）正确的时间、正确的事、正确的人

虽然“自研”理念贯彻着全局，但是苹果各个阶段的芯片战略并不相同。

八九十年代，半导体技术创新蓬勃发展，苹果的“水瓶座”并非全无胜算，只不过选错了领导班子与技术路径，才导致项目的最终失败。而同一时期成长起来的ARM，如今已成为全球知名的芯片架构。

在PowerPC时代与英特尔时代，吃一堑长一智的苹果及时叫停了自研的步伐，积极与产业合作，让苹果电脑在短期内保证了稳定、强大的性能供应——此时的处理器产业已经日趋成熟，贸然入局并非良策。

而在智能手机发展初期，苹果选择从手机芯片切入自研开发——作为智能手机的引领者，苹果有能力在芯片领域进行定义与试错，却不至于伤筋动骨。

直到最近几年，随着英特尔在先进制程、现金技术方面开始逐渐出现疲态，研发进度变慢，苹果知道，它等了这许多年的“复仇”机会，终于来了。

这是偏执狂的胜利，也控制狂的胜利。

如今，M1推出了，但苹果的芯片征程还未结束。

当前，苹果所积累的强大的芯片设计实力，已经足以让它跻身低功耗芯片的世界一线，与华为、英特尔、高通、三星等业内巨头相比也毫不逊色。

而苹果芯的反败为胜之路，也许能够给当前同样被“缺芯”困扰的中国电子产业界，提供一些借鉴与参考。
责任编辑:tzh

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