從蘋果A7到A18 Pro芯片:晶體管數(shù)量激增19倍,晶圓成本飆升2.6倍

近年來,蘋果公司的 A 系列智能手機處理器經(jīng)歷了顯著的技術(shù)演進。從 2013 年采用 28 納米工藝的 A7 芯片,到 2024 年采用 3 納米工藝的 A18 Pro 芯片,蘋果在核心數(shù)量、晶體管密度和功能特性上實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。然而,隨著制程技術(shù)的不斷升級,芯片制造成本也大幅攀升,為蘋果帶來了新的挑戰(zhàn)。

根據(jù)市場研究機構(gòu) Creative Strategies 的首席執(zhí)行官兼首席分析師本 巴賈林(Ben Bajarin)的報告,蘋果 A 系列芯片的晶體管數(shù)量從 A7 的 10 億個增長至 A18 Pro 的 200 億個。這一增長與芯片功能的擴展密切相關(guān):A7 僅配備了兩個高性能核心和一個四集群 GPU,而 A18 Pro 則擁有兩個高性能核心、四個能效核心、一個 16 核神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器(NPU)和一個六集群 GPU。盡管芯片功能大幅增強,A 系列的芯片尺寸(die size)卻保持在 80 至 125 平方毫米之間,這得益于臺積電(TSMC)先進制程技術(shù)帶來的晶體管密度提升。

然而,晶體管密度的提升速度近年來明顯放緩。巴賈林指出,早期的制程節(jié)點(如從 28 納米到 20 納米,再到 16/14 納米)實現(xiàn)了顯著的密度增長,而近期的 N5、N4P、N3B 和 N3E 等制程技術(shù)的密度提升幅度較小。晶體管密度提升的高峰期出現(xiàn)在 A11(N10,10 納米級)和 A12(N7,7 納米級)左右,分別增長了 86% 和 69%。而 A16 至 A18 Pro 芯片的密度提升則明顯放緩,主要原因是靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)的縮放速度減緩。

盡管技術(shù)進步帶來的收益逐漸減少,芯片制造成本卻大幅上漲。報告顯示,晶圓價格從 A7 的 5000 美元攀升至 A17 和 A18 Pro 的 18000 美元,而每平方毫米的成本從 0.07 美元增加到 0.25 美元。巴賈林表示,這些數(shù)據(jù)來源于第三方供應鏈報告,并經(jīng)過多方驗證。盡管如此,非官方信息仍需謹慎對待。

此外,蘋果在提升芯片性能方面也面臨挑戰(zhàn)。近年來,A 系列芯片的性能提升速度有所放緩(A18 和 M4 系列除外),主要原因是新一代架構(gòu)在每周期指令數(shù)(IPC)吞吐量上的提升難度加大。盡管如此,蘋果每一代產(chǎn)品都成功地保持了能效比的提升。巴賈林指出:“在 IPC 提升難度加大的情況下,蘋果通過優(yōu)化能效比,即使成本增加,也是一種可行的策略!

值得注意的是,臺積電在晶圓生產(chǎn)中采用了一種獨特的商業(yè)模式。根據(jù)行業(yè)報告,臺積電向客戶提供的

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