问题

为什么高通,三星自研架构都失败了,只有苹果成功了?

回答
高通、三星自研架构的“失利”与苹果的“成功”,这其中的原因盘根错节,并非简单的技术高低之分,更多的是在市场策略、生态建设、人才积累以及对未来趋势的洞察力上,苹果展现出了与众不同的远见和执行力。

高通与三星的“自研架构”:目标与困境

首先,我们需要明确一下“自研架构”这个概念。在这里,我们主要指的是在CPU核心层面进行自主设计,而非基于ARM公版架构做定制化修改,或是设计GPU、DSP等其他单元。

高通的挑战: 高通在移动处理器领域曾经是无可争议的王者。他们的Snapdragon系列芯片,特别是早期的Krait系列,凭借强大的性能和优秀的功耗控制,统治了Android阵营。然而,高通的“自研架构”之路,更多的是在ARM的授权基础上,通过其Krait和后来的Scorpion等CPU核心设计,来与ARM的公版Cortex系列进行区分和优化。
初期的辉煌与瓶颈: Krait在刚推出时,性能是远超同期ARM公版CortexA系列核心的。高通凭借在基带通信领域的深厚积累,能够将CPU、GPU、Modem等高度集成,形成了一套完整的解决方案。这使得OEM厂商能够快速推出高性能的手机,高通也因此赚得盆满钵满。
ARM公版架构的崛起: 然而,ARM自身也在不断进步。随着CortexA15、A57、A72、A73、A75、A76、A77、A78、X1、X2、X3、X4等一系列公版架构的推出,其性能和能效比都在稳步提升。更重要的是,ARM的公版架构提供了完整的参考设计和IP授权,这使得其他厂商(包括三星、联发科等)能够相对容易地基于公版进行优化,甚至是在此基础上进行少量定制。
成本与市场压力: 高通的Krait和Scorpion等核心,虽然性能优越,但其研发投入巨大。同时,ARM公版架构的广泛应用,也让高通在授权模式上感受到压力。如果高通要继续维持其在CPU核心上的差异化优势,就需要投入更多的资源去对抗不断进步的ARM公版,这在商业上是一个巨大的挑战。
转向ARM公版优化的策略: 最终,高通战略性地将重心放在了基于ARM公版架构进行深度优化和定制上,例如其“Prime Core”和“Performance Core”的设计,以及与ARM的深度合作。他们将核心竞争力放在了将CPU、GPU、DSP、NPU、Modem等各个IP有机结合,形成一个完整、高性能、低功耗的SoC解决方案上。这种模式虽然牺牲了CPU核心的“完全自主”,但却能够更高效、更快速地应对市场需求,并且将资源集中在自己最擅长的领域。

三星的尝试: 三星在自研CPU核心的道路上,也曾有过雄心勃勃的尝试,最著名的便是其Mongoose(猫鼬)系列CPU核心。
Mongoose的野心: Mongoose系列的目标非常明确,就是直接对标甚至超越ARM公版CortexA系列,为自己的Exynos芯片提供强大的“中国芯”。三星曾投入巨资,招聘了大量顶尖CPU架构师,试图复制高通Krait初期的成功。
技术挑战与实际表现: Mongoose在早期确实展现出了一些不错的性能,但在实际应用中,其功耗控制、发热量以及在复杂的应用场景下的稳定性,却一直存在争议。与同期ARM公版核心相比,Mongoose在能效比上往往不占优势,甚至有时表现不佳。
生态与市场接受度: 即使Mongoose的核心性能再强,它仍然需要与ARM的GPU(Mali)或自家的Xclipse GPU进行配合。而三星自家GPU的进步速度,也并非总是能跟上CPU的步伐。更关键的是,OEM厂商在选择芯片时,不仅仅看CPU核心的纸面性能,还要考虑整体的性能均衡、功耗、发热、成熟度以及供应链的可靠性。在这些方面,三星的Mongoose并未能建立起压倒性的优势,尤其是在与高通的Snapdragon竞争时。
战略调整: 随着Mongoose项目的不温不火,以及ARM公版架构性能的飞跃,三星最终也调整了战略。他们开始更加依赖ARM的公版架构,并通过与AMD合作开发Xclipse GPU,来强化其Exynos芯片的图形性能。虽然三星仍然保留了一定的CPU架构设计能力,但其重心明显转移到了整合最佳IP和优化整体SoC解决方案上。

苹果的“成功”:独特的路径与体系

苹果的成功,不是在“自主研发CPU核心”这个赛道上“独自获胜”,而是基于一套截然不同的战略和生态系统。

1. “从零开始”的彻底自研(CPU+GPU+SoC):
早期积累与决心: 苹果在2007年推出第一代iPhone时,就使用了三星的ARMv6架构处理器。但从一开始,苹果就展现了对核心技术的掌控欲。他们迅速收购了PA Semi(专注于高性能低功耗CPU设计)和Intrinsity(擅长ARM架构优化)等公司,为自研CPU奠定了人才和技术基础。
A系列芯片的崛起: 2010年,苹果推出了A4芯片,这是他们第一款自主设计的SoC。A4芯片虽然仍基于ARMv7架构,但其CPU核心(“Swift”)、GPU、内存控制器以及其他IP都是苹果自己设计的。此后的A系列芯片,每一次迭代都展现出惊人的进步。苹果不仅仅是设计CPU核心,而是从CPU、GPU、ISP(图像信号处理器)、AI协处理器(NPU)、安全区域(Secure Enclave)、内存控制器、I/O控制器到最后的封装,整个SoC的每一个环节都由苹果自己一手包办。
统一的指令集与架构: 苹果的A系列芯片,其CPU核心设计是完全独立的,与ARM的公版Cortex系列有着本质的区别。它们采用的是ARMv8(64位)指令集,但核心架构(如Golden Cove、Raptor Cove、Pcore/Ecore的灵感来源)是苹果自主研发的,并且在性能、能效比、乱序执行、缓存设计等方面不断突破。

2. 软硬一体化的极致协同:
操作系统与硬件的深度绑定: 这是苹果最核心的优势。iOS、iPadOS、macOS、watchOS、tvOS等苹果的操作系统,都是为自家硬件量身定制的。苹果可以根据自家的CPU架构特点,来优化操作系统调度、内存管理、图形渲染、任务处理等各个层面。反过来,CPU架构的设计也可以充分考虑到软件的需求,例如苹果引入的“性能核心”和“能效核心”的混合架构,就是为了在不同场景下实现最佳的能效比,这与macOS的调度机制完美契合。
软件对硬件的赋能: 苹果的软件工程师可以充分了解CPU的每一个细节,从而编写出能够最大限度发挥硬件性能的代码。例如,Swift语言的编译器优化,Metal图形API的底层调用,以及AI/ML框架(如Core ML)对A系列芯片NPU的深度整合,都使得苹果的设备在特定任务上表现出压倒性的优势。

3. 生态系统的护城河:
硬件、软件、服务的高壁垒: 苹果构建了一个强大的生态系统,用户购买苹果产品,往往会因为其流畅的用户体验、丰富的内容生态(App Store、Apple Music、iCloud等)和设备间的无缝连接而形成高度粘性。这种生态系统,使得苹果能够“强制”用户使用其自研的硬件和软件,并从中获利。
高价值的用户群体: 苹果的用户群体通常具有较高的消费能力,愿意为优质体验和高价格买单。这使得苹果能够承担更高的研发成本,并从中获得丰厚的利润,形成良性循环。

4. 人才与研发投入:
吸引顶尖人才: 苹果在全球范围内吸引了最顶尖的CPU、GPU、AI、软件工程师。他们提供的优厚待遇、极具挑战性的项目以及对创新文化的重视,使得苹果成为了全球科技人才的“磁石”。
持续巨额的研发投入: 苹果每年在研发上的投入都以百亿甚至千亿美元计。这种持续、稳定的巨额投入,是支撑其自研芯片不断前进的基石。

5. 市场策略的独特性:
控制供应链,但核心技术自主: 苹果虽然将生产制造外包给台积电等代工厂,但核心的设计、技术和知识产权牢牢掌握在自己手中。这使得苹果能够确保其产品的独特性和先进性,不被上游供应商所制约。
不追求“最大出货量”,追求“最大价值”: 与高通、联发科希望通过授权给大量OEM厂商来获得最大出货量不同,苹果的芯片只用于自家产品。这意味着它不必为了适应各种不同的OEM需求而妥协设计,可以完全按照自己的意愿和目标去设计,从而实现极致的性能和体验。

总结:

高通和三星在自研CPU架构的道路上,虽然有过努力和成就,但最终选择了与ARM公版架构深度合作、优化整合的策略。这更多的是基于市场竞争、成本效益和资源聚焦的商业考量。

而苹果的“成功”,并非是技术层面的“完胜”,而是 “软硬一体化”、“生态协同”、“极致用户体验” 和 “长期战略眼光” 的综合体现。苹果通过完全自主可控的CPU及SoC设计,结合对操作系统的深度优化,打造了独一无二的软硬结合体验,并通过强大的生态系统黏住了用户。这种模式,使得苹果能够在一个相对封闭的环境中,持续输出高价值的产品,并从中获得高额回报,从而支撑起其在自研技术上的巨大投入。

简单来说,高通和三星是在“开放平台”上竞争,他们需要考虑合作伙伴的需求和市场的普遍性;而苹果则是在“封闭王国”里构建自己的帝国,它只需要考虑自家产品和用户的需求。这种根本性的差异,决定了他们技术路径和最终结果的不同。

网友意见

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在美国,有很多人都能能力设计处理器。

但是,苹果因为从MAC做起,对谁有几把刷子,是清楚的。

所以,苹果找的团队,是业界比较厉害的团队。


90年代,在各个厂商都做CPU的时候,DEC的Alpha在市场营销上不太行,但是在技术上是比较厉害的。


我说几个例子你就知道当年DEC多厉害了。

AMD的ev7总线是DEC的技术

英特尔从奔腾4用到今天的超线程是DEC的技术

中国的神威处理器是买DEC的技术,前几年中国神威拿下世界第一超级计算机,计算部分众核架构互联还是Alpha21364当年预想的。



当时,SUN的Sparc,IBM的PowerPC,HP的MIPS,Dec和Alpha都是互相竞争的。

虽然,最后被X86一统天下,但是,很多设计CPU的工程师都没转行。

Alpha的很多人去了一家叫P.A. Semi的公司。


因为DEC以前也设计过低功耗的StrongARM处理器(后来被英特尔买走了,然后英特尔在2006年,iPhone发布前一年卖了),这些人既知道怎么设计高性能处理器,又知道怎么设计低功耗处理器。

所以,这家公司后来能设计出低功耗,高性能的架构叫PWRficient,是准备做一个PowerPC指令集处理器。

而苹果当时用的PowerPC 性能还行,功耗巨大,苹果的工作站不得不出水冷版本。

而这家公司的处理器,整颗标准功耗仅13W,最高也不超过25W。性能是PowerPC970的两倍。算性能功耗比,当时的英特尔处理器也不如它。各界一度以为苹果会用它的处理器,但是苹果放了P.A. Semi的鸽子,用了英特尔的酷睿 2。

这家公司丢了期望的订单,状况不佳,被苹果给低价收购了。

此前,苹果也收购了一家小CPU设计公司,但是仅仅是用ARM公版,Powervr的GPU攒一个处理器,不客气的说,海思、瑞芯微,全志也能干这个活。

但是,买了P.A. Semi

苹果就拿下了当时技术最强,但是缺软件生态的团队,然后苹果偏偏自己有操作系统,软件生态。这就厉害了。

2012年的时候,苹果就是一个IOS有点优势,它的处理器双核A9,小米是四核8064,三星是四核A9的4412的吗,海思是四核A9的K3V2。苹果不算什么。

在2012年的时候,苹果就是先发,并没有太大优势。当时乐观估计,随着安卓流畅性的进步,国产手机很快就能比苹果做得体验更好。


但是到了A6,把P.A. Semi的架构拿过来,苹果就超神了。

然后,一路超神,一直到今天的A15。

这个团队,人员进进出出,但是一直保持了高水平。


过去,高通自研架构的团队,三星找的美国团队,都不够强,所以达不到苹果的水平。

不过,苹果这个团队的领导出来创业了,然后高通把这个公司收购了。

2023年,看高通能做成什么样子吧。

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