[苹果冲击波](26) 率先体验3纳米芯片的iPhone用户

by Paek Jongmin

Published 13 Aug.2023 11:20(KST)

苹果预计下个月发布的 iPhone 15 将搭载 A17 芯片
3 纳米制程半导体，消费者首次有机会体验性能
预计较 5 纳米、4 纳米芯片性能大幅提升
TSMC 预计将向苹果独家供应 3 纳米半导体一年
竞争对手要一年后才能拿到 3 纳米芯片
制程演进带来的性能差距难以弥合
高通等苹果竞争对手可能选择三星 3 纳米制程

编者按[苹果冲击波]是一档梳理苹果进军半导体市场后所引发巨变现场的内容栏目。读者也许会疑惑，苹果怎么会和半导体扯上关系？苹果如今早已不是一家只生产智能手机和电脑的公司。从已故创始人Steve Jobs开始，经过长期努力，苹果成功设计出了用于移动终端的世界顶级水平半导体。如果说个人电脑时代有英特尔，那么在移动时代的半导体生态中，苹果已成为食物链顶端的掠食者。在全球半导体供应链危机与大规模半导体生产线投资同步展开的当下，本栏目将细致梳理“Apple Silicon”掀起的半导体市场剧变与前景，为读者拓宽视野。[苹果冲击波]将于每周六与读者见面，连载超过40期后将结集出版。

“将用于iPhone 15 Pro的3纳米芯片，在相当长一段时间内都将达到其他手机难以企及的水平。”（IT设备专业媒体Tom’s Guide）

1纳米（nanometer，nm）是1米的十亿分之一，相当于头发丝粗细的“十万分之一”。半导体相关新闻中频繁出现“纳米”这个概念，是因为除了设计水平高低之外，能以多小的线宽进行生产，直接决定了半导体的性能。

目前，不仅全球半导体行业，智能手机、个人电脑等信息技术相关产业都在关注向1纳米演进的趋势。普通消费者同样有充分理由关注1纳米技术的进化。

以10纳米、7纳米、5纳米、4纳米工艺制造的最新半导体，如今已逼近3纳米时代的门槛。自5纳米之后一度停滞的半导体性能，将迎来再次大幅跃升的拐点。

iPhone 15 Pro 预想图。图片由 Ice Universe 推特提供

近期的半导体竞争，被普遍认为已从设计之争转为工艺之争。随着既做设计又做生产的传统综合半导体企业时代落幕，专门代工生产的晶圆代工厂成为主流。

负责代工生产半导体的台湾台积电（TSMC）从去年年底开始启动3纳米工艺量产。三星则更早一步，在去年6月宣布开启全球首条3纳米量产工艺。

企业在介绍3纳米工艺时强调“电池续航时间延长”“发热降低”“性能提升”等优点，但消费者却难以切身感受到变化，因为当时尚无采用3纳米工艺芯片的个人电脑或智能手机上市。

3纳米半导体的性能，消费者将在今年9月、最迟10月就能直接体验——通过苹果iPhone 15。预计将搭载在iPhone 15 Pro和15 Pro Max上的“A17”芯片，将成为开启3纳米半导体时代的主角。

几乎可以确定，iPhone 15将分别搭载A16和A17芯片。去年，苹果在iPhone 14系列中使用了A15和A16芯片：iPhone 14沿用的是iPhone 13所采用的A15，而iPhone 14 Pro则换装了新开发的A16。

尽管A16是最新芯片，但其性能相比A15并未出现飞跃式提升，这是因为4纳米级制造工艺相较于5纳米并没有实现大幅改进。对使用iPhone 13的用户而言，很难找到必须在使用一年后就更换手机的充分理由。近期iPhone销量下滑，与这一现象不无关系。精明的消费者正在推迟购买，等待A17的到来。

半导体性能要年年实现飞跃式提升并不现实。英特尔当年交替更迭设计与工艺的“Tick-Tock”策略，正是对这一特性的回应。英特尔通过一年更改中央处理器（CPU）设计、下一年更换工艺的方式，引领了整个行业。

10纳米以下时代开启后，由三星和台积电主导的晶圆代工时代拉开帷幕。所谓“无晶圆厂”（Fabless），即只做半导体设计的公司，只能等待代工厂在工艺微缩方面取得进展。工艺越向微缩演进，引入新制程的难度就越大。相比在10纳米、7纳米上缩小1纳米，从4纳米缩到3纳米要困难得多。3纳米之后还要导入2纳米工艺，而2纳米意味着在3纳米基础上将电路线宽再缩小足足50%，是极高难度的课题。许多观点认为，2纳米事实上已接近物理极限。

因此，由苹果负责设计、台积电负责制造的3纳米工艺A17芯片格外引人注目。作为开启3纳米时代大幕的产品，A17的表现不仅将成为苹果的标杆，也将成为所有准备迈入3纳米时代的半导体、智能手机与个人电脑行业的标杆，同时也是观察台积电、三星电子以及已加入竞争的英特尔之间晶圆代工之战未来走向的一扇窗口。

凭借购买力“包圆”台积电3纳米产能、抢先布局的苹果

《The Information》获悉，台积电在为即将于9月发布的iPhone 15做准备时，3纳米工艺的晶圆良率已提升至每片晶圆70%至80%的水平，这一数字远高于此前约55%的报道。7月初，Hi Investment & Securities曾表示三星3纳米良率已突破60%，引发市场期待，而如今台积电3纳米工艺也进入全面展开阶段，可视为同一趋势的体现。

苹果与台积电之间的合同条款也已大致敲定。《The Information》报道称，台积电已决定不向苹果收取判定为不良的A17芯片成本。台积电或许会相应提高合格芯片的单价，但对苹果而言，则无需再承担不良品成本。苹果在去年占台积电营收的比重高达23%，可见其在价格谈判中已掌握主导权。

同一片晶圆上按相同设计生产的芯片，性能并不完全一致，尤其是晶圆边缘区域产出的芯片，受工艺特性影响，不良率往往偏高。因此，大多数芯片制造商会在同一设计下，将达到设计性能水平的芯片与未达标的芯片区分开来销售。性能偏低并不意味着一定是不良品。

高通的烦恼……是否要把订单也投给三星3纳米代工

比价格更重要的问题在于，台积电是否会在苹果之外，将3纳米工艺产能分配给其他无晶圆厂客户。

目前已有消息称，苹果已锁定台积电未来一年3纳米工艺的生产量。在这种情况下，行业内的“算计”也变得复杂。一个典型例子就是生产Snapdragon芯片、与苹果A系列芯片竞争的高通。高通同样是台积电的重要客户。凭借用于Galaxy S23的Snapdragon 8第二代芯片，高通被认为已在很大程度上缩小了与苹果A15芯片之间的性能差距，该芯片采用台积电4纳米工艺制造。

一旦苹果在iPhone 15上搭载由3纳米工艺生产的A17，高通4纳米级芯片与其之间的性能差距预计将再次被大幅拉大，去年好不容易缩小的差距面临被抹平的风险。为缩小差距，高通必须拿到3纳米工艺产能。然而业内估算，高通最早也要到2025年前后，才有望供应采用台积电3纳米工艺生产的芯片。

外界普遍预计，苹果将约在一年时间内独占台积电3纳米工艺，这一局面也会影响目前同样拥有3纳米工艺的三星的地位。

尽管安卓智能手机销量不振导致业绩下滑，高通仍是半导体行业的“超级买家”。在采用三星代工的Snapdragon 8第一代芯片出现发热问题后，高通又回到台积电怀抱。三星在Galaxy S23上采用由台积电制造的Snapdragon 8第二代芯片，也是出于无奈之举。

Snapdragon 8第三代将由台积电生产，问题在于第四代。TF证券分析师郭明錤近期表示，高通似乎已经放弃在英特尔2纳米级工艺上布局。WCCFTech就此评论称，高通在排除英特尔之后，与三星携手的可能性正在上升。已有报道称，高通已在三星3纳米产线试产第四代芯片样品。