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揭秘iPhone6s A9芯片选择两家厂商代工的原因

2015-10-13
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来源:威锋网

        早在今年新一代iPhone面世之前,业界就已经得到消息称iPhone6s/ Plus使用的A9芯片将交给台积电与三星两家芯片工厂代工。其中,三星使用的工艺是14nm FinFET,台积电则是16nm FinFET工艺。iPhone6s上市后,专业机构的拆解分析迅速证明了以上传闻,且大量用户通过软件获取的芯片数据显示三星和台积电的代工比例约为2:3。


揭秘iPhone6s A9芯片选择两家厂商代工的原因



        令人惊讶的是,最近许多用户对两种版本的iPhone 6s的功耗、续航测试表明台积电生产的A9芯片看起来有更好的性能功耗表现。一些测试中,台积电版本的6s在续航能力方面相比三星版本的优势高达30%甚至更多。一时间舆论哗然,连苹果官方都要出来澄清事实,劝说消费者不要为芯片生产方操心。“芯片代工门”成了这段时间的热点话题。


        那么,苹果为何要选择两家工厂来共同代工手机最重要的组件,三星和台积电的工艺水平真的有显著差异吗?


        历史


        时间倒回1998年,当时,刚刚回到苹果重掌大权的乔布斯率领团队拿出的第一个新产品就是五彩缤纷的一体机:iMac。漂亮的iMac一发布就吸引了广泛赞誉,消费者热情的订单蜂拥而至。然而就在iMac的市场反响最热烈的时候,苹果却沮丧地发现自己的工厂无法及时满足庞大的订单。一再拖延的交货时间让用户的热情迅速冷却,也让苹果损失了大量潜在用户。第一代iMac最终的市场成绩并不突出,供应链的缺陷是主要原因之一。



        经历失败后乔布斯痛定思痛,开始将供应链管理当作一等大事高度重视。数年后苹果iPod征服了全球数字随身听市场,那时的苹果已经有了一套成熟高效的供应链战略,其中的关键一环就是零配件双供应商策略。


揭秘iPhone6s A9芯片选择两家厂商代工的原因


        所谓双供应商,就是产品的每种组件都交给两家实力相近、水平相当的工厂来代工。这样代工成本会因为两家工厂的竞争而保持在低水平,且其中一家出现特殊情况无法满足产量需求时另一家可以快速补上,大大降低了产能不足的风险。


        虽然这样的策略要求苹果在每种组件上都要花费两笔开模、调试等费用,但这点代价与热销的苹果产品带来的利润相比微不足道。十余年来,双供应商策略帮助苹果成为全球供应链管理水平最高的企业之一。然而虽然苹果几大产品线的几乎所有零部件都有至少两家工厂代工,却有一样重要的组件一直无法实施这一策略。这就是手机、平板、PC最重要的部件:主芯片。


        芯片代工的难题


        高性能芯片的制造是人类工业力量的巅峰之作。在区区数百平方毫米的硅片上蚀刻数十亿晶体管,晶体管间的间隔只有几十纳米,一颗芯片拥有每秒数千亿次的计算能力,成本却低至几十美元,如此高端的技术远非普通企业所能掌握。


        几十年以来,业界只有寥寥数家企业掌握着一流的芯片制造工艺,而即便是这几家企业之间也往往有着明显的水平差异。


        业界老大Intel虽然能力最强,但是自家工厂不对他人开放,即使是财大气粗的苹果也不例外;台湾台积电和韩国三星是Intel之外芯片制造水平最好的两家企业,而它们也有各自的优势和劣势——


        台积电专注代工三十年,水平仅次于Intel,然而每一代新工艺的进度总是比计划推迟半年甚至一年;三星工艺水平进步神速,但是产能一直没有大幅扩张,无法满足太庞大的订单需求。


        前些年苹果一直选择三星为芯片代工厂,但到了A8这一代,台积电以很有竞争力的价格获得了苹果青睐。虽然台积电的20nm工艺水平不怎么样,也还是如期完成了苹果的庞大订单。


揭秘iPhone6s A9芯片选择两家厂商代工的原因



        与一般的零件制造不同,芯片制造的流程相当复杂。芯片的逻辑电路代码确定后,将电路逻辑“画”到硅片上的过程是一项艰难的任务。相当麻烦的是电路的具体布线方式与芯片工厂的工艺特性直接相关。同一套芯片代码用不同的制造工艺来实现,具体的电路布线会有很大差异。


        而不同工厂之间的工艺特性都是不同的,意味着如果一颗芯片想要交给两家工厂来生产,芯片设计方就必须为两家各自设计出不同的电路布线方案。此外,由于代工企业间的工艺差异,很可能不同工厂生产的同款芯片的性能、面积、能耗都有区别。很多时候这些区别会大到消费者难以接受的程度,而要让两家代工企业做出各方面指标都接近的芯片非常困难。


        不仅如此,在两家工厂生产芯片需要两倍的流片次数,而每一次的流片都需要巨额资金投入;同时间设计两套电路方案也自然需要更多的工程师劳力,对人力资源也是一大考验。


        双代工厂策略:成功的冒险


        因为以上原因,过去极少有企业的芯片是由两家代工厂联合生产的,苹果也自然不例外。然而到了2014年,苹果发现自己不得不面对一个“幸福的难题”:


        iPhone的需求量如此庞大,如果下一代iPhone芯片使用最新的制造工艺,很可能没有哪家代工厂能够独自提供足够的产能—A8已经用上了20nm工艺,再往下走就是14/16nm,就连Intel都在这代工艺上遇到了产能的麻烦,何况是其它企业;如果为了保证产能而放弃使用新工艺,下一代iPhone的竞争力必将大受影响。


        20nm的A8芯片只能跑到1.5GHZ,6s若继续用这个档次的芯片还会有什么吸引力?


        在这样的背景下,苹果决定打破常规,首次在芯片制造领域全面实施双供应商策略。而苹果选择的两大合作伙伴就是三星与台积电,Intel之外业界水平最强的两家供应商。


揭秘iPhone6s A9芯片选择两家厂商代工的原因



        本来三星的新一代14nm制造工艺的进度是比较落后的,赶不上iPhone 6s的进度。但之前三星从台积电那里挖来了关键人才,从而大大加快了14nm工艺的进程,最后竟提前台积电同代工艺多达半年时间(此事让台积电大为光火,然而却也无可奈何)。结果,三星的Galaxy S6早在今年春就用上了14nm工艺的芯片,一举拔得头筹。


        不过Galaxy旗舰手机销量不高,到了下半年三星的芯片工厂有了很多空余的产能供苹果使用。台积电这边,16nm工艺的进度一直堪忧,甚至一度有传言说其难以在15年内完成。好在台积电紧赶慢跑,终于在6s发布前大规模量产16nm工艺。


        到了6月,苹果总算确定了两家企业代工A9的订单比例:三星占4成,台积电占6成。


        不得不说,这次苹果的计划还是冒了相当的风险的——


        三星的产能扩张速度缓慢,而台积电跳票的传统历史悠久,如果后者未能如期完成量产,前者又无法补上空缺,苹果将面临6s严重缺货的惨痛事实,损失可能达数百亿美元。


        还好,到了8月份两家工厂一切正常,A9芯片进入大规模生产阶段。


        最终,新一代iPhone创下了惊人的纪录:由于PC市场低迷,Intel新一代工艺产能迟迟不能提升,iPhone得以一举超越PC,成为使用新工艺数量最多的设备。


        2015年第四季度预计将有超过8000万颗面积100平方毫米的A9芯片出厂,远远超过PC业约上千万颗平均200平方毫米CPU的产量水平。这样的恐怖需求量显然不是三星或台积电任何一家能独立满足的。苹果的反常规策略取得了丰厚的回报。


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