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整理包/蘋果M4來了 為何谷歌、亞馬遜等科技巨頭都想自研晶片?台廠誰吃得到這股大商機?

蘋果傳出,今(2024)年年底前會發表M4新系列晶片的新品,有望為公司帶來一波新氣象。歐新社
蘋果傳出,今(2024)年年底前會發表M4新系列晶片的新品,有望為公司帶來一波新氣象。歐新社

本文共4250字

經濟日報 新聞部新媒體中心/編輯徐建峰整理

蘋果(Apple)近期不僅 iPhone 銷售不盡理想、 Apple Vision Pro 遭遇打擊,還宣布停止已持續十年的 Apple Car 電動車造車計畫,種種消息不禁讓人懷疑難道是「好牌打盡」了嗎?

不過,蘋果隨後就傳出,今(2024)年年底前會發表M4新系列晶片,而這項被視為蘋果「金雞母」的自研晶片技術,不僅降低成本、對晶片大廠依賴,也將成為AI浪潮下的一大優勢,讓蘋果能持續在逆風中成長。《經濟日報》整理相關資訊,供讀者參考比較。

三關鍵...科技巨頭搶攻

由 ChatGPT 帶起的AI風潮席捲全世界,在科技帶動技術普及下,各家雲端、品牌大廠不再只追求高效能、高運算,而是還要能配合自家產品,將自家產品優勢放到最大的晶片處理器。這時,客製化晶片(自研晶片)將有望造就下一波晶片浪潮。

雲端運算需求帶起AI浪潮。圖為示意圖。 圖/聯合報系資料照片
雲端運算需求帶起AI浪潮。圖為示意圖。 圖/聯合報系資料照片

由輝達( NVIDIA )、超微(AMD)、英特爾(Intel)等大廠推出的晶片主導AI市場,但人人都在用,加上晶片供不應求導致價格飆升,不僅讓各大科技廠需要遷就晶片廠的動態,價格也全都掌控在對方手中。對此,為提升獨立性,同時降低產品製造成本,擺脫對晶片製造主流的依賴,蘋果、谷歌(Google)、亞馬遜(Amazon)等雲端應用、品牌商紛紛投入晶片研發。

此外,除了晶片至製造巨頭外,這些科技巨擘也紛紛投注資金和心力到自研晶片技術上,根據市場調研機構 IBS 資料指出,研發5nm 工藝技術成本至少得要4.76億美元,而這顯示的是這些科技巨擘已經有能力且有資金,不再受到上游牽制,能夠自力更生,從工程師研發到製造生產,共組新的供應鏈,讓晶片進入群雄爭霸時代。

從買魚變釣魚 自研晶片是什麼?

積體電路示意圖。 路透社
積體電路示意圖。 路透社

特定應用積體電路(ASIC)是 IC 設計工程師,對於有特定應用需求或是特定客戶開發設計的積體電路(IC),與市場主流 CPU、GPU 不同,可以依照搭載的產品,在晶片製造上游,直接針對電路做調整,做「客製化」設計。而 ASIC 又有兩種,分別為全客製化積體電路(Full custom IC)與半客製化積體電路(Semi custom IC)。

最好的區分方式就是,前者從IC設計、封裝到測試完全客製化,若沒有一定規模的數量下去訂製,成本反而不會比與晶片廠直接下單來的划算;而後者則是將積體電路設計完成後,再交由中、下游的IC設計、系統整合商加工,等於省去封裝過程。

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iPhone上的奇蹟 A系列晶片大放異彩

iPhone 4 圖/取自網路
iPhone 4 圖/取自網路

蘋果首款自研晶片運用其實非常早,而這場屬於蘋果的晶片革命,還得要從2008年收購一家名不經傳的半導體公司 P.A.Semi 說起,這家公司是由丹尼爾.多伯普爾(Daniel W. Dobberpuhl)領軍創辦,並且工程師人數約150人、不大的中小型公司。

不過,麻雀雖小、五臟俱全,看準公司半導體研發能力,並且日後能以自身需求自造晶片,經由這群工程師的帶動,造就最終追上、超越其他人的晶片技術。

蘋果聯合創始人賈伯斯。路透
蘋果聯合創始人賈伯斯。路透
時任執行長史蒂夫·賈伯斯(Steve Jobs)在2010年開發者大會上公布,搭載A系列晶片的 iPad 問世、iPhone 4也展露在大眾面前,對於一家品牌手機廠來說,是非常難得的一件事。

雖然當時架構仍以代工廠三星45奈米為主,一度被質疑是否真的開創蘋果的自研晶片時代,不過,直至先前 iPhone 15推出並且搭載 A17 Pro 晶片來看,A系列晶片的出現對蘋果來說的確是一個重要非凡的里程碑。

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M系列晶片促分手英特爾

蘋果再接再厲,2020年確定分手英特爾PC晶片處理器,並於同年11月推出首款「M1」晶片搭載的 Mac 等PC系列,現任蘋果執行長庫克(Tim Cook)曾表示,「當我們採取大膽的改變時,有一個簡單而有力的原因,那就是我們可以因此製造出更好的產品」。

根據外媒分析指出,過去蘋果曾依靠英特爾的晶片在PC產業發展上追上微軟,但隨著蘋果晶片運用逐年提升,在效能、功力不斷增加下,給英特爾帶來不小壓力。

同時,蘋果宣布晶片採自主研發的 ARM 架構處理器「Apple Silicon」,安謀架構與英特爾的x86架構相比,在裝置配置上,能讓 IOS 做更好的整合,發揮最好的效能。最終,讓兩家走上分手道路。

蘋果目前最先進的自研晶片M3,是在2023年10月推出。圖/取自蘋果官網
蘋果目前最先進的自研晶片M3,是在2023年10月推出。圖/取自蘋果官網

晶片革命引爆PC熱潮不斷

M系列晶片無疑給了蘋果一記強心針,不僅相容性更高,效能也更優異,一度造成當時市場轟動,還引發一場 ARM(安謀系處理器) 與 X86(英特爾系處理器)之爭。

外媒報導,搭載M1晶片的 MAC PC系列至少讓當時蘋果當季銷售提升七成,而M2也接著於2022年6月對外發布,同樣採台積電5奈米製程打造,根據官網資料顯示,M2晶片在 CPU 速度提升快達18%、GPU 效能則提升最高達35%。在單核評測與 GPU 上,甚至贏過英特爾多款處理器。

接著,2023年尾,再度推出M3晶片,而時隔不到一年,今(2024)年5月更祭出最新的M4晶片, 由新機 iPad Pro 搭載,效能也較上一代 iPad 搭載M2晶片更加提升。同時,宣布M4擁有 Apple 歷來最快的神經網路引擎,可支援最快達每秒38兆次運算,再搭配更快的記憶體頻寬、CPU 內的新一代機器學習 (ML) 加速器,強勢進攻AI PC市場。

蘋果M4晶片。經濟日報/製表
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蘋果從分手英特爾至2024年,不過四年時間,相較於英特爾在PC處理器上遲遲沒有突破,蘋果則有越來越好,鋒芒可比擬 iPhone ,到底是怎麼做到的?

對於蘋果來說,比起英特爾需要顧及全球客戶,研發、生產數十多款新產品處理器,蘋果投入研發的自研晶片僅需將心力放在自家產品上,不只資金運用能夠呈現單一最大化,這也是應此贏過英特爾「牛步」一個很大的優勢。

M系列晶片規格一覽。經濟日報/製表
M系列晶片規格一覽。經濟日報/製表

數據機晶片複製成功模式?

不過,蘋果也不是屢戰屢勝,iPhone 手機隨著科技發展邁入5G時代,其中,作為重要元件的數據機晶片直到現在還是使用高通的5G晶片,其實,蘋果不是沒有想要擺脫高通的束縛,讓蘋果不滿的原因在於,簽約後需要向高通支付專利費用,iPhone 銷售業績還要被抽成,這使蘋果決心要承襲A系列、M系列成功經驗,再來打造自己的數據機晶片。

蘋果沒能依原訂計畫搭載自家研發的數據機晶片。路透
蘋果沒能依原訂計畫搭載自家研發的數據機晶片。路透

不過,這次並未讓蘋果打的如意算盤成真,技術困難、公司內部意見分歧等問題一一浮現,根據《華爾街日報》報導,iPhone 15本想搭載新晶片,但2022年底測試發現,該晶片速度太慢、容易過熱、電路板大到要占掉 iPhone 一半空間,相當落後於高通技術3年,差距甚大。(延伸閱讀WSJ:蘋果自研5G晶片沒成 iPhone「切」不開高通的內幕)

前蘋果高管 Jaydeep Ranade 甚至曾脫口,「僅因蘋果打造出世上最好的晶片,就以為他們也能做數據機,是很荒謬的」。為了不讓晶片反而拖了 iPhone 手機銷量後腿,蘋果僅能「含恨」持續與高通合作。

CSP廠強強爭霸 蘋果技術有壓

雖然蘋果在 Mac、iPhone 上的自研晶片運用頗有成效,且締造不少佳績,但環顧四周的科技巨頭們,可說是強敵環繞,其中,又以雲端三巨頭微軟(Microsoft)、亞馬遜(Amazon)和谷歌(Google)母公司 Alphabet「跑在最前面」。

雲端巨頭紛紛投入自研晶片:

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微軟、亞馬遜、谷歌晶片連發 爭雲端霸主

老牌大廠微軟(Microsoft)跟隨AI浪潮,除了間接促成 OpenAI 的發展外,為解決晶片不足並有效運用,從2019年起啟動「雅典娜Athena」專案計畫,2023年底則發布 Microsoft Azure Cobalt、Microfoft Azure Maia 兩款晶片。

亞馬遜旗下亞馬遜雲端運算服務(AWS;Amazon Web Services),則是宣稱目前唯一一家提供四種類型客製化晶片的廠商。透過2015年收購以色列晶片公司 Annapurna Labs 大幅提升晶片設計架構能力,而在2022、2023年分別推出新自研晶片 Trainium、Trainium2,不僅如此,AWS 手下還有 Nitro、Graviton、Inferentia 等用於雲端加速、伺服器、推理、運算的晶片產線。

此外,Google 也不落人後,為了解決部門運算資源不足問題,並減少對半導體供應商的依賴,一腳跳入自研晶片,今(2024)年4月初分別推出主打的 TPU(張量處理器):Tensor TPU V5,以及旗下第一顆採用安謀(Arm)架構的通用伺服器用 Axion 處理器。其中,Google 主攻 TPU 市場,除了降低AI服務成本,也能優化自家搜尋引擎。

至於,各大廠晶片推陳出新,微軟、谷歌甚至攜手輝達搶市,在技術方面,蘋果的自研晶片技術雖然主要用於Mac PC、iPhone 手機市場,但未來可能還是要以「與之競合」的關係,才能持續走穩市場。

科技巨頭布局自研晶片。經濟日報/製表
科技巨頭布局自研晶片。經濟日報/製表

自研晶片商機夯 供應鏈沾光

自研晶片牽涉IC設計、晶片代工,上游特殊應用IC(ASIC)業者世芯-KY(3661)、創意(3443),到晶圓代工龍頭台積電(2330)受惠最深,同時,由於後段封裝測試需求同步增加,尤其高速運算引動先進封裝需求大增,封測廠日月光(3711)、京元電(2449)等也吃香。

另,蘋果預期在今年推出M4晶片,並導入導入Mac產品線如高階 MacBook Pro 等,法人還看好相關供應鏈如載板廠欣興(3037)、健鼎(3044)等可望同步沾光。

(資料來源:記者尹慧中、蕭君暉、李孟珊、彭慧明、林薏茹、編譯季晶晶)


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