蘋果晶片，也沒辦法

半導體行業觀察

2024-05-15 15:09釋出于安徽半導體行業觀察官方賬号

在蘋果M3晶片釋出的半年後，繼任者M4突然闖入了大家的視線中，雖然是用在iPad Pro上的處理器，但性能提升一點也不算小。

根據蘋果的說法，M4對比M2，CPU提升50%，GPU整體渲染提升了4倍，還能在功耗減半的情況下提供同等性能，總之又是一次蘋果式的性能飛躍。

但蘋果卻有意無意地忽略了M3——這款可能是蘋果最短命的處理器。上一款壽命如此短暫的蘋果處理器可能還要追溯到A5X，這款處理器在2012年3月發售的iPad 3上首發，當年10月就宣布了搭載了A6X的iPad 4，實際壽命隻有短短的7個月。

M3如今面臨着和當初A5X一樣的窘境，強大性能向來是消費者換機的最大動力之一，但在短短半年後，蘋果就推出了更強更好的産品，最新的處理器眨眼就變成了次新的處理器，這樣的疊代速度未免也有些太快了。

一個更緻命的問題已經被抛出來：蘋果的自研晶片，還有多少勝算？

01 “無疾而終”的M3

去年下半年MacBook釋出會上，蘋果公布了采用3nm工藝的M3系列晶片，這也是首款采用3nm的M系列晶片，在釋出會上，蘋果也是猛吹了一波性能參數：

蘋果表示，M3 晶片搭載 250 億個半導體——比 M2 多 50 億個，配備采用新一代架構的 10 核圖形處理器，帶來比 M1 快達 65% 的圖形處理性能，搭載 8 核中央處理器，包含 4 個性能核心和 4 個能效核心，與 M1 相比，可實作最高達 35% 的中央處理器性能提升，還支援最高可達 24GB 的統一記憶體。

M3 Pro 晶片搭載 370 億個半導體和一塊 18 核圖形處理器，與 M1 Pro 相比，圖形處理器帶來的速度提升最高可達 40%。對統一記憶體的支援提高到最高 36GB，。12 核中央處理器設計由 6 個性能核心和 6 個能效核心構成，與 M1 Pro 相比，可實作最高達 30% 的單線程性能提升。

M3 Max 晶片中的半導體數量增加到 920 億個， 40 核圖形處理器比 M1 Max 速度最快達 50% ，還支援最高達 128GB 的統一記憶體， 16 核中央處理器搭載 12 個性能核心和 4 個能效核心，速度比 M1 Max 提升多達 80%。

從蘋果的描述中我們可以發現，蘋果在極力避免M3和M2晶片的直接性能對比，這是一件讓人匪夷所思的事情，畢竟最早的M1晶片是2020年釋出，2023年的晶片在更新了工藝與核心的情況下和M1系列做比較，隻能說有些勝之不武了。

那麼蘋果為什麼會在明知性能提升不大的情況下，還要推出M3晶片和對應的MacBook呢？

答案倒也很簡單，就是上一代M2晶片的Mac産品銷量表現過于慘淡了。

據The Elec報道，由于 PC 市場嚴重低迷，Mac 銷量“直線下降”，蘋果在2023年 1 月份完全暫停了M2 系列處理器的生産。

與A系列晶片采用扇出晶圓級封裝（FO-WLP）封裝，台積電稱之為InFO（Integrated Fan Out）不同，M2晶片的最終加工采用的是通用倒裝晶片封裝工藝。一旦台積電完成預處理過程，晶圓加工産品将被送往Amkor的南韓工廠進行封裝工作。而在2023年1月和2月，台積電并未送達這部分産品，産線也閑置了兩個月，知情人士表示，雖然自3月以來晶圓已經陸續抵達，但數量僅為往年的一半。

蘋果CEO庫克也在在2023 年第一季度财報電話會議上承認，蘋果在 PC 市場面臨“充滿挑戰”的局面。“這個行業正在萎縮，”庫克說，“蘋果的份額較低，但我們在蘋果晶片方面擁有競争優勢，是以從戰略上講，蘋果在市場中處于有利地位，但短期内會有點困難。”

為了挽救搭載M2的Mac産品缺少競争力的局面，蘋果的選擇是在2023年底推出用上3nm工藝的M3晶片，以及對應的MacBook。

但當蘋果下定決心要在2023年就推出3nm工藝的Mac時，它遇到了新的問題——台積電的N3B工藝。

台積電在N3節點上經曆了一場漫長噩夢。最初的N3即N3B，有25 個 EUV 層，幾乎是 N5 的兩倍，這也導緻其生産難度很大，而且價格昂貴，考慮到性能、功率和密度方面的改進乏善可陳，大多數客戶都不願意支付高昂的費用。

N3 出現的問題，最終導緻台積電錯過了主要工藝節點的2 年更新周期，N3B最終在 2022 年第四季度投産，而N3E 則要等到 2023 年中後期投産，這不僅導緻了蘋果被迫延期晶片計劃——其原計劃在2022年iPhone上采用N3工藝，很多客戶也在N3B上打起了退堂鼓，諸如Zen 5、英特爾GPU和博通定制ASIC等産品，要麼繼續用N5，要麼轉向N3E這一後續改進工藝。

事實上，除了蘋果的M3系列和A17 Pro外，幾乎沒有廠商願意用台積電的N3B工藝，這也為蘋果和台積電之間的甜心交易（Sweetheart deal）埋下了伏筆。

2023年8月，國外科技媒體 The Information爆料稱，蘋果向台積電下單巨額3nm晶片訂單，但要求未合格晶片需台積電承擔，台積電 3nm 初期的良率大約在 70% 左右，蘋果達成這樣的協定後，可以節省數十億美元。

這也形成了一道奇異的風景線，一方面是台積電的3nm獨步于天下，另一方面蘋果卻不願意為不合格的晶圓多付錢，與其說是蘋果強硬要求，倒不如說是台積電半推半就，讓蘋果在N3B上形成了事實上的獨占。

這種情況不禁讓我們回想起了台積電的N10和N20這兩個同樣短命的工藝。

當時，台積電16nm/20nm制程在經曆了2016年第四季度的峰值之後，有部分客戶在2017年轉移到了10nm上，其中包括華為海思的麒麟970，蘋果的A11與A10X，其中A11是台積電10nm的主要客戶。

但除了這兩位外，就鮮少能聽到采用10nm的台積電客戶了，10nm一度在台積電财報中達到了11%的營收占比，但在2017年後，這一比例迅速下降，7nm工藝成為了更多廠商的選擇。

至于台積電的20nm，更是一項臭名昭著的工藝，雖然不少處理器都用了這一工藝，如高通骁龍810、蘋果A8、英偉達Tegra X1、聯發科Helio X20等，但無一例外遇到了發熱嚴重，功耗失控的問題，讓大家體驗了一把當初“台漏電”的恐怖。

20nm之差勁，客戶要麼快速遷移到接下來的16nm節點上，要麼勉為其難地用回了28nm工藝，2015年不僅讓手機和處理器廠商如坐針氈，也讓台積電經曆了至暗時刻。

如今再看台積電的N3B，大機率也會步N10和N20的後塵。根據WikiChip的說法，N3 節點似乎是一個一次性節點，台積電的工程師們在前進的道路上遇到了一些障礙，于是決定中途改變，從高層次來看，N3B具有不同的 PPA，以及該公司聲稱旨在提高産量的 “截然不同”的設計規則，結果就是後續的N3E 不會提供任何從 N3B 直接遷移的路徑，最終 N3B 成為了設計人員的死結，這也是為什麼台積電希望大多數客戶使用 N3E 的原因。

問題來了，為什麼台積電要特意推出一個N3B呢？簡單的解釋是，台積電隻是為了實作對蘋果這樣的早期技術采用者的承諾，在今年結束後，或許N3B這一工藝就會淡出大家的視線。

當然，不止是N3B，還有用了N3B的蘋果M3系列和A17 Pro，在決定采用這一短命工藝後，蘋果可能早就預見了這些處理器的結局。

02 乏善可陳的M4

回想2020年時，蘋果首款自研Mac處理器的登場之時，在科技圈與半導體圈裡刮起了一場旋風，曾經不可一世的英特爾居然被蘋果踢出了局，當時所有媒體都在盤點蘋果從A4開始的自研之路，人人都在寫蘋果逆襲打破壟斷的爽文。

這是蘋果曆史上最輝煌的時刻之一，有人列舉了蘋果Mac從摩托羅拉68000平台換至Power PC平台，再轉至英特爾x86平台，如今選擇自研的ARM的平台，試圖以此來證明了一個新時代的開啟。

2021 年第一季度，受疫情等因素影響，PC 行業的整體出貨量同比增長了 55% ，而蘋果的Mac 銷量更是迎來了驚人的 111.5% 增長。在2020到2022這三年裡，Windows PC市場增長6%，Mac市場卻增長了60%，2022年Mac市場佔有率更是突破10%，達到10.8%，在蘋果的大學營——美國市場中，Mac的份額還要更高一些，在2022年第四季度達到了17%。

但好消息全部都留在了逝去的三年裡，從2023年初開始，蘋果Mac就開始了跌跌不休：2023年Q1，Mac全球出貨量481.9萬台，市場佔有率8.7%，同比下滑34.2%；Q2，Mac全球出貨量529.3萬台，市場佔有率8.9%，同比下滑0.3%；Q3，Mac全球出貨量626.6萬台，市場佔有率9.7%，同比下滑24.2%。

在蘋果2023年第三季度的财報會議中，蘋果首席财務官盧卡・馬埃斯特裡（Luca Maestri）将Mac銷量下滑歸咎于過于激烈的市場競争，以及2022年被壓抑的銷量釋放，導緻比例資料過高。

蘋果CEO對CNBC表示，預計 Mac 的市場表現将在聖誕購物季期間有所改善，他認為由于蘋果推出了 M3 系列晶片，以及搭載該晶片的 Mac 新品，Mac 業務在2023年第四季度會有明顯好轉。

不過很可惜，老謀深算的庫克這一次也失算了，根據蘋果2024年第一财季的财報，該季來自于Mac的營收為77.35億美元，上一年同期為108.52億美元，遠低于分析師此前預期的96.3億美元。

M3沒帶動Mac銷量，出乎分析師和蘋果高管的意料，也讓M3 MacBook站在了風口浪尖，要知道，蘋果在M3上可是花了血本的，國外分析師 Jay Goldberg表示，蘋果公司為了 M3 系列晶片的流片花費了 10 億美元，天文數字的流片費用，換來的卻是遠低于預期。

有意思的是，知名分析師郭明錤在2023年10月表示，如果 M3 晶片依然無法提振 MacBook 出貨量，蘋果可能會在 2025 年推出全新設計的 MacBook Pro，此外可能會考慮（目前尚未确定）推出低價版 MacBook，以進一步提高出貨量，目标每年出貨量在 800-1000 萬台以上。

換句話來說，蘋果這是放棄了Arm版Mac以晶片更新為主要賣點的路線，轉而考慮在設計和售價做文章，是不是有些似曾相識？這正是之前英特爾版MacBook的做法，大尺寸的賣不動了？那就做個12英寸的MacBook吧，缺少更新亮點？那就加上TouchBar和蝶式鍵盤這樣花裡胡哨的硬體功能，總之沒有賣點也要強行制造賣點。

此一時彼一時，當初蘋果Mac在M1推出時有多得意，現在就有多失意，蘋果以為自己制造了一場Arm筆記本普及的風暴，結果三年過去後發現自己隻是風口上的一隻豬，Mac重新回到了它原本該有的市場地位。

M1的成功，一方面是居家辦公帶來的需求激增，另一方面當然也有台積電的功勞，雖然前文中的台積電N3B工藝拉了一個大跨，但在2020年這一時間節點上，台積電N5相較于英特爾與三星各自的工藝，領先了好幾步，這也為M1那極端優異的功耗控制立下了功勞。

如今看來，蘋果M系列自研晶片頗有些“一鼓作氣，再而衰，三而竭”的感覺，盡管蘋果還在強調M2和M3相較于M1的提升，但市場上賣得最好認同度最高的，卻依舊是M1那幾款産品。

伴随着台積電N3E工藝的大規模量産，M3系列注定會成為蘋果的棄子，但蘋果似乎并不死心，又以相當快的速度準備了N3E的M4，用它來替代昂貴的M3，先把成本降下來後再做他想。

根據彭博社馬克·古爾曼的說法，蘋果的目标是從今年年底到明年年初釋出Mac新品，新款 iMac、低端 14 英寸 MacBook Pro、高端 14 英寸和 16 英寸 MacBook Pro 以及 Mac mini 都将采用 M4 晶片。

古爾曼認為，蘋果計劃在整個 2025 年推出更多的 M4 Mac，包括在2025年春季更新的 13 英寸和 15 英寸 MacBook Air，2025年中左右更新的 Mac Studio，以及在 2025 年晚些時候更新的 Mac Pro。

其表示，M4 晶片系列包括入門級的 Donan、功能更強大的 Brava 和代号為 Hidra 的高端處理器，蘋果計劃強調這三款處理器的人工智能處理能力，以及它們會如何與今年夏季WWDC上釋出的下一版的macOS 內建。

Donan 晶片将用于入門級 MacBook Pro、新款 MacBook Air 和低端版 Mac mini，而 Brava 晶片将用于高端 MacBook Pro 和高價版 Mac mini。至于 Mac Studio，蘋果正在測試采用尚未釋出的 M3 系列晶片和 M4 Brava 處理器變體的版本，Hidra 晶片則會搭載于蘋果最高端的桌上型電腦 Mac Pro之上。

那麼M4會比M3表現更為亮眼嗎？未必見得。

首先，N3E相較于N3B并不是質的飛躍，甚至可以這樣認為，兩塊晶片實際上是蘋果的兩份3nm答卷，當我們把M3和M4放在一起時會發現，即使是紙面上的提升，也有些乏善可陳。

首先是CPU部分，完整版的 M4包括 4 個性能核心和 6 個效率核心，對比 M3 多 2 個效率核心，而乞丐版的 iPad 在核心上動了刀，為3個性能核心+6個效率核心的配置，而GPU部分，M4幾乎和M3保持了一緻，同樣是10核心，也支援M3就具有的動态緩存、光線追蹤硬體加速以及網格着色等功能。

NPU部分是M4提升最大的地方，M4 的 16 核神經網絡算力高達 38 TOPS，對比M3的18TOPS，高出了整整 20 TOPS，還超過了蘋果A17 Pro的NPU的 35TOPS的算力，按照蘋果的說法，這對于未來的AI應用幫助很大。

再來看實際跑分，在最新的GeekBench 6跑分測試中，搭載完整版M4的iPad Pro ，單核跑分為 3767 分，多核跑分為 14677 分，與上一代M3（3053）相比，單核性能提升了 25%，多核性能與最新的 11 核M3 Pro（15261）大緻相當，而GPU的Metal 測試成績為 53792 分, 比M3 (47420)提升了13.4%，沒有超過規模更大的M3 Pro。需要注意的是，跑分中的iPad Pro的處理器頻率拉到了4.4GHz，而頻率最高的M3 Max的實際頻率也不過4.1GHz左右。

而在代表NPU的 Geekbench ML 0.6.0 測試中，M4的得分為 9234，比搭載 M2 的 iPad Pro 的 7511 分高出約 22.9%，與14 英寸 MacBook Pro 的M4（8365）比較，提升幅度僅為 10.4%。

這時候大家可能覺得不對了，不是多了20TOPS算力嗎，怎麼跑分隻提升了10.4%呢？實際上，蘋果在這裡玩了一個文字遊戲，M3的18TOPS是在FP16精度下得出的，而M4的38TOPS是在INT8精度下得出的，後者實際上要打個對折，也就是19TOPS，這樣算下來實際的TOPS提升隻有5%左右。

與當初的英特爾 x86 處理器相比，M1無疑是一款跨時代處理器，但之後的M2、M3和M4，似乎都隻是在M1架構的基礎上不斷改進，并沒有巨大的提升，M4的在iPad 上的頻率甚至拉到了4.4GHz，要知道M3在MacBook Pro上運作的頻率也不過4.05GHz而已。

蘋果為什麼選擇讓iPad Pro來首發M4晶片呢？主要還是想推動iPad的銷量。今年2月，iPad營收成為第一财季少見的亮點，蘋果該季來自iPad的淨營收為93.96億美元，較2023年同期的72.48億美元增長29.7%，超出華爾街分析師預計的77.6億美元，東方不亮西方亮，既然M3帶不動Mac的銷量，那麼就用M4來帶動iPad的銷量。

但就M4的性能提升來看，這一意圖能否實作，可能要打上一個大大的問号了。

03 蘋果也無法跨越的“鴻溝”

對于M3和M4晶片來說，其目前的局面和晶片行業大家面臨的困境是一樣的。例如工藝制程限制，實體定律限制，甚至光罩限制。而這些晶片如今的處境，不禁讓我們想到了蘋果的自研基帶魔咒。

從最早爆料可能在2023年亮相，再到去年年底透露的最早2028年亮相，一眨眼，蘋果就花了快10年去琢磨所謂的自研基帶，數十億乃至上百億美元的投入之後，能否替代目前的高通基帶都還是一個未知數。

還有所謂的自研無線晶片，2021年消息傳出時，博通和 Skyworks Solutions 等公司的股價應聲而跌，但長達3年多的時間裡，該項目進展緩慢，去年年底又傳出消息稱，蘋果無線晶片團隊似乎已經停擺，自研WiFi晶片不太可能搭載于2025年的iPhone之上。

去年年底彭博爆料稱，蘋果還打算自研影像傳感器，因為它是混合現實和自動駕駛的核心， 同時蘋果自研的microLED螢幕和無創血糖檢測系統也在推進之中，結果在今年，這三個計劃中就有兩個受阻：microLED團隊被解散重組，而美國食品和藥物管理局（FDA）也明确反對了無創血糖相關的裝置。

伴随着着Vison Pro的熱度褪去，以及蘋果汽車的折戟，蘋果自研影像傳感器團隊的未來恐怕也蒙上了一層陰霾，先不論研發進展如何，就算做出來了，又能用在哪裡呢？

A系列晶片的成功，讓蘋果對晶片充滿了信心，M系列晶片的成功，讓蘋果的這份信心進一步膨脹，蘋果或許覺得，不過幾平方厘米的矽片而已，隻要願意砸下重金，就如探囊取物一般簡單，再加上2019年以前與高通持續數年的交鋒，也讓它堅定了把晶片攥在自己手裡的想法。

但事與願違，蘋果至今能稱得上成功的，依舊隻有A和M這兩大系列的晶片，甚至後者還受困于Mac銷量的持續下滑，現在要讓iPad來當最後的救命稻草。

3nm晶片光是流片費用就高達十億美元，倘若沒有高銷量的對應産品來攤薄這部分費用，那麼當初為自研降低成本的意義又在何處呢？總不能隻為了一個高大上的名号而選擇自研吧，倘若M4 iPad Pro的銷量依舊不盡如人意，那麼蘋果又要找哪一個品類來當救場呢？

或許此時可以說一句：強如蘋果也無能為力。

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