年1月,癌症晚期的乔布斯在第一代iPad发布会上,首次向世人展示了苹果自研的A4芯片。
这枚45nm制程的芯片由三星代工,内置ARM的Cortex-A8内核,拥有1GHz的运行频率,性能突出。尽管它的历史意义重大,但在长达一个多小时的iPad发布会上,乔布斯对于A4芯片只用了寥寥数语带过,花的时间加起来还不到20秒。
这是一种刻意的低调,苹果在发布会前对自研芯片三缄其口,这跟苹果造芯的历史有关:作为微型计算机最重要的普及者之一,苹果跟集成电路技术几乎同时起步,在成立后的30多年里数次向芯片发起冲锋,结果却是屡战屡败。
果不其然,敏感的媒体嗅到了线索,并大都对苹果自研芯片这件事持嘲讽态度,普遍认为“A4芯片参考了三星设计,苹果厚着脸皮把自己牌子贴了上去”。
科技媒体ArsTechnica则认为A4设计平庸,“没什么值得大书特书的”。
理性去看,苹果自研手机芯片的确困难重重。年的移动芯片市场早已巨头林立:高通的Snapdragon横扫千军,三星的Exynos蓄势待发,Nvidia的Tegra雄心勃勃,甚至连Intel的Atom也觉得自己能行,试图分一杯羹。
但人们低估了苹果想撬开铁板的决心:一年之后,苹果在iPhone4S发布会上展示了第二代芯片A5,CPU性能是A4的两倍,GPU性能是A4的9倍,性能提升巨大,这让业界意识到一个事实:苹果已经的确拿到了那张通往半导体制高点的昂贵门票。
遗憾的是,布局者乔布斯却没能目睹接下来的故事。在病床上看完A5亮相的直播后不久,他就撒手人寰。
十年后,苹果已经构建了一个包括A系列(手机平板)、M系列(桌面PC)、H系列(耳机)、S系列(手表)等多个产品线的半导体帝国,尤其是当库克在年底向人们展示替代Intel的M1芯片时,人们感受到难以言表的震撼。
苹果M1芯片
年之后,两个芯片行业新入局者的故事最曲折,一个是华为海思,一个就是AppleSilicon,前者呈现的是张巡守睢阳式的悲壮,后者则更像是一部描写奥德修斯返乡的荷马史诗,两者都或多或少改变了中美科技战的节奏。
苹果造芯是一部连续的历史,以A4为界,before和after的故事都玩味:A4之前,苹果是竹篮打水、屡战屡败;A4之后,苹果是神挡杀神、佛挡杀佛,三星、高通、Intel这些全球芯片顶级玩家,或被苹果击败,或被苹果抛弃。
这是一个关于商业的故事,但更是一个关于计算机这门「科学」的故事。
美元的蝴蝶翅膀
许多年之后,面对M1芯片,史蒂夫·沃兹尼亚克(SteveWozniak)可能会想起第一次见到Intel的那个遥远的晚上。
作为苹果的联合创始人,沃兹尼亚克在年——苹果成立前的一年——的“家酿计算机俱乐部”聚会上看到了那个出现在《大众电子》1月刊封面、号称第一台个人计算机的Altair,以及驱动这台电脑的Intel芯片。
印有Altair的杂志封面
人类自年代末进入晶体管和集成电路时代之后,电子计算机的尺寸就在每年以肉眼可见的速度变小。这个进程由年轻的硅谷推动,无数新兴的公司在这片热土上竞赛。到了年代,计算机离走入寻常百姓家,只差几层窗户纸了。
Altair被公认为点燃了微型计算机革命的火种,它启发了比尔·盖茨和保罗·艾伦推出了微软历史上的第一款产品——BASIC编程语言,也让沃兹尼亚克萌生了自己组装一台计算机的想法,唯一的问题在于:Intel太贵了。
一台组装好的Altair售价美元,但散装片就要美元,沃兹尼亚克形容“比我一个月的房租还贵”,于是他就开始寻找替代品:先是找到了摩托罗拉,通过熟人买只要40美元/枚,后来又找到了的大牌平替——MOSTechnologies公司制造的MOS,20美元就能上车。
当沃兹尼亚克把组装好的微型计算机展示给乔布斯的时候,后者大吃一惊,并意识到这可能是一次伟大的商业机会。对于沃兹尼亚克放弃Intel芯片,乔布斯也很满意,他认为“技术只是手段,最终是为了改善消费体验。”
这台由20美元廉价芯片驱动的微型计算机,便是苹果第一代产品AppleI。就这样,苹果的故事开始了。
这一年,乔布斯20岁,沃兹尼亚克25岁,计算机世界仍由IBM大型机主宰,Altair仍是极客们的玩具,英特尔还在硅周期的首次衰退中艰难生存。两个史蒂夫无法意识到:在芯片上省下的美元,未来要花千万倍的代价补回来。
年,苹果推出第一款成熟产品AppleII,销量疯涨。它以漂亮的外观和内置键盘示人,沃兹尼亚克的编程技术和乔布斯的设计审美被体现地淋漓尽致。但这些长板掩盖了一个问题:AppleII仍然在使用廉价的MOS处理器。
而年底苹果的AppleIII,CPU仍然是这款老旧的,而竞争对手IBM已经用上了Intel的芯片,性能是当年沃兹尼亚克舍弃的的10倍左右。简单对比:MOS晶体管数量只有多,而Intel却高达。
廉价但“够用”的芯片能够让苹果保持极高毛利率,但大前提是硬件不会成为短板,至少不能拖软件的后腿。显然,诞生在年的芯片难以支持年代的计算机,频繁失灵的电路板和缓慢的运行速度最终让AppleIII销量惨淡。
来自竞争对手的压力也越来越大。年,IBM一改平时笨重的身段,推出了使用微软MS-DOS和Intel的兼容个人计算机(又称IBMPC),获得巨大成功,并把除苹果之外的几乎所有个人计算机厂商都拉进了「微软+Intel」阵营。
而那会的Intel还没有转型做牙膏,同期发布芯片性能沿着摩尔定律一日千里,年推出,年推出,年推出和,此后便是、以及划时代的Pentium——其中文名更是成为一整代人的回忆:奔腾。
但在早期错过后,以乔布斯的性格很难再重投Intel的怀抱,尤其是Intel已经是敌对阵营的核心骨干。
好在那会儿硅谷能跟Intel掰手腕的公司有不少,摩托罗拉就是其中之一。年Intel内部正在开发16位的,摩托罗拉得知后决定直接干一票儿大的——你既然搞16位,那我就直接上32位。经过4年的研发,年摩托罗拉推出了性能强悍的Motorola0芯片。
Motorola0芯片
0芯片又称「68k」,意思是芯片内部有0个晶体管,它的性能大概是Intel的两倍左右(价格也更贵),因此被广泛用在惠普、Sun、DEC的高端机以及对性能要求高的游戏机上。对于急欲寻求新芯片、又不想委身Intel的乔布斯来说,更是久旱逢甘霖。
因此决定苹果命运的新产品Macintosh(也就是第一代的Mac)决定使用0芯片,项目经理JefRaskin本来想用性能低但便宜的摩托罗拉,但被吃过亏的乔布斯一口否决,并亲自出马把68k的批发价从美元/枚砍到了35美元/枚。
年1月24日,一代经典Macintosh正式发布。由《银翼杀手》导演执导的广告「」将苹果包装成反IBM奥威尔式统治的反叛者,惊艳了所有人,乔布斯也泪撒发布会现场。Mac的问世,给80年代的PC革命浪潮烙下了最深的印迹。
发布第一代Macintosh的乔布斯,年
0芯片的确不负众望,其强劲的性能有力支撑了炫丽的图形界面和方便的鼠标操作。但第一代Mac却在其他方面掉了链子,比如内存只有K,后来升级到k也仍然不够用(至少需要K)。经过发售前期的热销后,曾被赞誉“将计算机技术与艺术完美结合”的Mac就因为其缓慢的运行速度,销量大幅下滑。
年春,试图罢免CEO斯卡利的乔布斯被后者反将一军,联合董事会赶出了公司。
乔布斯走了,但他当时选定的0芯片却被继续委以重任。从年到年,Mac的后续版本全部都采用x0家族芯片,从0一直到60。摩托罗拉的x0家族,也是当时不多地能跟Intel80x86家族分庭抗礼的势力。
没有拜入Intelx86架构的阵营,让苹果避免了沦为给「IntelInside」打工的角色——这类角色最后被惠普、Dell和联想所扮演。但这一选择也给苹果带来了潜在的隐患:当Intel沿着摩尔定律狂飙的时候,摩托罗拉这条细狗能行吗?
事实上,尽管x0家族芯片在某些性能上不输Intel80x86家族,但Intel在出货量方面碾压摩托罗拉,而当时的芯片产业基本都是IDM垂直整合模式,设计制造封测一把抓,这种模式存在一个规则:重资产导致的规模经济效应。
举一个例子:假如A和B两家芯片公司都生产某类型,A是行业老大B是老二,A生产了万枚,B生产了30万枚,B的盈利会是A的30%吗?答案是否定的。不但到不了30%,可能连3%都到不了,更有可能的情况是A赚钱,B亏钱。
一颗CPU售价可能只有30美元,但固定成本(研发投入和生产线)可能要几亿美金,造的芯片越多,每一枚芯片上分摊的成本才能越低。而Intelx86架构芯片和摩托罗拉x0家族芯片销量的差距,远比万枚和30万枚的差距大。
这让摩托罗拉越来越难以跟上步伐,新款芯片的开发经常延期,比如原本计划要在年发布的40,前后拖了整整一年,差点儿让苹果的新产品翻车。但苹果又毫无办法,还得小心伺候着摩托罗拉,享尽了受制于人的苦恼。
幸运或者不幸,乔布斯已经没机会站在第一线去解决这些难题了。接下来的十年,他将以一个旁观者的身份目睹了苹果陷入了一个疲于应对「Intel+微软」阵营、尝试造芯却又屡战屡败、最终市场份额被步步蚕食的恶性循环。
没人知道如果当年沃兹选择Intel会发生什么,但毫无疑问,那省下的美元,一定是改变了某些历史进程的蝴蝶翅膀。
令人绝望的90年代
在两个Steve都还在苹果的年,同在加州的两个名叫David的人则做了一项影响深远的工作。
年,加州大学伯克利教授DavidPatterson和博士生DavidDitzel发表了“TheCaseforaReducedInstructionSetComputer”这篇论文,其中ReducedInstructionSetComputer中文译名为“精简指令计算机”,取其首字母作为缩略词,便是日后大名鼎鼎的——RISC。
DavidPatterson(左)和CarloSéquin,年
有“精简指令计算机”,便有“复杂指令计算机”,即CISC。两者的区别可以简单理解为在采用RISC设计理念的处理器里,指令更短,长度统一,速度更快;而采用CISC设计理念的处理器里的指令大都冗长复杂,运行效率较低。
在微处理器刚问世的那个年代(世界上第一款商用微处理器是Intel的,于年推出),设计者通常都需要绞尽脑汁来平衡成本和性能,指令集设计的缺陷也就顾不上了,因此早期主流的微处理器包括Intel和摩托罗拉68k,都可以被归类为CISC架构。
这就是这篇论文出台的背景。两位作者它们重新定义了一种新的CPU设计方法——RISC,并将任何不满足RISC理念的处理器都归类为CISC。这让Intel十分沮丧,毕竟谁也不想人在家中坐,一顶“复杂”的帽子却从天上来砸了过来。
在Intel不爽的同时,一直在试图寻找破局点的苹果却彷佛抓住了救命稻草。
在80年代后期,IBM兼容机阵营(IBM、惠普、Dell等)也用上了微软的图形化操作系统——Windows,逐渐把苹果挤到了角落。尽管在桌面出版等几个高端领域仍然强势,但苹果必须不断提高硬件性能来守住最后的一亩三分地,芯片显然是一个好的突破口。
而在RISC理念提出后,硅谷积极响应,斯坦福的MIPS、Sun公司的SPARC、DEC的Alpha等项目都取得了一定程度上的成功。这让苹果觉得“我上我也行”,加上摩托罗拉的芯片供应经常翻车,于是苹果管理层大手一挥:自己搞芯片。
稳妥起见,苹果选择跟运营商ATT合作,陆续启动了两个RISC项目:水瓶座(Aquarius)项目和霍比特人(Hobbit)项目,前者想用来替换摩托罗拉0,作为Mac的主力芯片;后者则想用在正在研发的Newton掌上电脑上面。
可惜,苹果毕竟在芯片设计领域毫无经验,而ATT也早已不是那个凭借贝尔实验室号令天下的ATT了,两个臭皮匠合在一起凑不出半个诸葛亮,“水瓶座”和“霍比特人”先后铩羽而归,几千万美元的研发经费都打了水漂。
在此期间Intelx86架构却继续高歌猛进,甚至虚心学习RISC理念。在水瓶座项目被搁置的年,英特尔推出32位的,在x86系列芯片中首次使用RISC技术;年,英特尔推出奔腾处理器,开始了对CPU市场的长期垄断。
苹果将“水瓶座”和“霍比特人”的失败归结于搭档的无能,因此在年,苹果选择了更强大的盟友一起造芯——老冤家IBM和老朋友摩托罗拉,三者组成了当年PC产业界最受人