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苹果对台积电的依赖更上一层楼

作为台积电的第一大客户,特别是在先进制程方面,苹果的重要性越来越凸出。
2022-01-12 10:23 · 微信公众号:半导体行业观察  畅秋   
   

最近这些年,苹果一直在强化自研芯片。过去十年,苹果公司的芯片部门快速发展,已经成为一个拥有上千名工程师的团队,其中包括1999年收购的Raycer Graphics,以及2008 年收购 PA Semi所带来的数百名工程师。

2016年,苹果与高通爆发专利授权费诉讼纠纷,经过三年的拉锯战,最终以苹果妥协告终,双方于2019年达成和解,并签下6年授权协议,包括2年的延期选择和多年芯片供应。高通赢在了硬实力,苹果别无选择,遍观业界,除了高通,没有第二家能够提供成熟且稳定的5G手机基带(调制解调器)芯片。不过,虽然苹果依然要采用高通的5G基带芯片,但同时也下定了自行研发5G基带芯片的决心,并于2019年并购了英特尔智能手机5G基带芯片业务部,以减少对高通的依赖并降低专利授权费用支出。

近几年,苹果的5G基带芯片研发进展一直是业界关注的话题,本周,据相关媒体报道,苹果自行研发的5G基带和配套的射频芯片已完成设计,近期开始进行试产及送样,预计2022年内与主要电信运营商进行测试,2023年推出的iPhone 15将全面采用苹果自研的5G基带及射频芯片。据悉,苹果第一代5G基带芯片将同时支持Sub-6GHz及mmWave(毫米波),采用台积电5nm制程,封测由Amkor负责完成,射频芯片采用台积电7nm制程,A17应用处理器将采用台积电3nm,2023年量产。

增量一:5G基带芯片

2020年,苹果推出了其首款5G手机iPhone 12,采用的是高通的基带芯片骁龙X55,采用的是台积电7nm制程,该芯片支持sub-6GHz和mmWave,当然也包括LTE。2021年,苹果推出了iPhone 13,采用的是高通基带芯片骁龙X60,采用的是三星5nm制程。

而根据苹果与高通的协议,苹果承诺在2022年6月1日至2024年5月31日期间使用后者的骁龙X65和X70基带芯片。据悉,X65将采用三星的4nm制程。而从2023年开始,苹果将使用自研的基带芯片,同时也使用高通的X70,到时候,这两款芯片同时采用台积电代工制程工艺的概率很大。

这样看来,苹果在不断提升自研芯片数量和占比,除了难度极高的手机基带芯片之外,苹果已经成功打造了iPhone的A系列处理器、MacBook的M系列处理器、Apple Watch的W系列芯片、AirPods的H系列芯片、Mac上的T系列安全芯片,以及iPhone上的U1超宽带芯片等。这其中多数芯片都是由台积电代工生产的。因此,苹果对台积电的依赖度也在不断增加。

以苹果正在自研的5G芯片为例,对台积电而言,拿下苹果5G基带及射频芯片大单,将明显推升其营收及获利水平。据悉,以苹果每一代iPhone手机备货量约2亿支计算,应用在iPhone 15的第一代5G基带芯片的5nm制程晶圆总投片量将高达15万片,配套射频芯片的7nm总投片量将达到8万片,因此,台积电5nm及7nm产能有望一路满载到2024年。

增量二:M系列处理器

除了,手机相关芯片,苹果的Mac和MacBook等个人电脑产品也在大规模转向导入自研的Arm架构Apple Silicon处理器(M系列处理器),而这一部分也是由台积电代工生产的。

目前,苹果的M1处理器已经量产,并装配到其MacBook电脑中,拥有了一定的市场占有率,实际上,过去这么多年里,苹果的MacBook一直采用的是英特尔的CPU,而英特尔和台积电是当下最高水平CPU芯片制造两强,因此,M1对英特尔的CPU的替代,在很大程度上就是台积电制造对英特尔制造的替代,其相关性能与台积电的芯片制造水平直接相关。

首先,M1处理器是基于Arm架构的,而英特尔CPU是x86的,实际上,这也是台积电与英特尔CPU的最大区别,在过去十年,也是台积电快速发展的十年,台积电就是凭借在以Arm为基础架构的手机芯片代工市场的成功而奠定行业地位的,或者说,生产x86芯片并不是台积电的传统项目,这方面,也只是随着近几年AMD转投台积电,且市场规模不断扩大的情况下,才在x86处理器方面有更多涉猎。因此,一定意义上,苹果M1处理器对英特尔CPU的替代,也是台积电Arm处理器制造水平的体现,可以在保持先天功耗优势的情况下,在性能方面不输给x86处理器。

在M1处理器基础上,苹果还在迭代自研的MacBook处理器,下一代将是M1X,而这款芯片将更加依赖于台积电的芯片制造和封装技术,主要原因在于它将全面采用Chiplet技术。

Chiplet技术是一种封装处理器的新方法,解决内核和内存扩展挑战。而这就需要与台积电新型集成SoC系统(SoIC)和3D Fabric技术深度融合。

据悉,新款14英寸和16英寸MacBook Pro将采用代号为Jade C-Chop和Jade C-Die的两款新芯片(M1X的不同变体),每个芯片将是10个内核(8个高性能和2个低功耗内核)。这两款芯片都将提供 16 和 32 个 GPU 核心,以及高达 64GB 的 RAM。

M1X 可能有多个分装芯片变体,使苹果能够通过提供禁用有缺陷内核的芯片版本来最大限度地提高晶圆产量。M1X 可能有 10 核和 8 核版本,由于苹果转向台积电5NP(5nm制程的性能版本)工艺节点,后者的性能仍然优于 M1。Jade C-Chop 的变体可能带有 10、12 和 14 个 GPU 内核,Jade C-Die 芯片可能是具有两个M1X 芯片的Chiplet (SoIC) 封装。同样,苹果可以为16英寸MacBook Pro提供 20、24或28个GPU内核,可能还有 16 个 CPU 内核选项。

凭借全新的Chiplet模块化设计,苹果可以提供更多的芯片和价格选择。

另外,新的 Mac Pro有望配备名为Jade 2C-Die 和 Jade 4C-Die 的新芯片,有 20 和 40 核变体。这些代号的关键之处在于数字 2 和 4。它们是否意味着是M1X芯片的两倍和四倍?

由于 Mac Pro 的散热性能完全不同,因为外壳比所有其他类型的 Mac 电脑都要大得多,因此 苹果可以提高 M1X 的时钟频率。另一种解释可能是 Jade 2C-Die 和 Jade 4C-Die 是基于台积电4nm或3nm制程工艺构建的芯片。由于下一款 Mac Pro 将于2022年推出,Jade 2C-Die 和 4C-Die 可能是M1X的下一代,也就是M2,它同样是基于Chiplet技术构建的。

结语

以上提到的5G基带芯片,以及M系列处理器,都属于苹果的新产品,它们对于台积电来说,是两块很有发展前景的增量市场,无论是芯片数量,还是涉及的先进制程工艺,台积电都非常值得投入各种资源。

与此同时,过去这些年,苹果的A系列手机AP处理器一直在台积电代工生产,双方合作稳定,这一“常量”也是双方合作的基础保障。

因此,作为台积电的第一大客户,特别是在先进制程方面,苹果的重要性越来越凸出,反过来,苹果对台积电的依赖度也在不断提升。在未来多年内,双方都很难找到彼此的替代者。

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