大家好,这里是最佳拍档。今天我们要聊的是一对改变了整个半导体行业格局的黄金搭档:苹果(Apple)和台积电(TSMC)。可能很多朋友每天用着iPhone、Mac,却没有意识到背后这两家公司的合作,不仅定义了我们手中设备的性能上限,更是重塑了全球芯片制造的规则。
2013年,当时台积电的创始人张忠谋做了一个足以赌上公司命运的决定:拿出100亿美元,为单独一个客户专门建设20纳米制程的产能。这个客户,就是苹果。后来张忠谋回忆时说:“我赌上了公司,但我知道我不会输。”事实证明,他的判断彻底改变了两家公司的轨迹。2014年苹果A8芯片发布,台积电从此在先进制程领域一骑绝尘,而苹果也开启了自研芯片的帝国时代。今天,我们就从合作的起源、发展、技术细节到未来的挑战,全方位拆解一下这场持续了十余年的半导体行业联姻,看看它们是如何联手把竞争对手甩在身后,又为何在AI时代面临新的权力洗牌。
苹果自研芯片的战略抉择:摆脱依赖与追求极致
要理解苹果和台积电的合作,首先得搞清楚一个问题:苹果明明可以像很多厂商一样采购现成的芯片,为什么非要花大价钱自研,还要找台积电专门建厂呢?这背后,其实是苹果对技术控制权的极致追求,而这一切的导火索,要从苹果和三星(Samsung)的爱恨情仇说起。
2007年第一代iPhone发布的时候,苹果几乎完全依赖三星的供应链。三星不仅提供应用处理器(AP),还供应显示屏和闪存。这种深度依赖在一开始没问题,但是到了2010年前后,情况变了。三星在iPhone发布18个月后,就推出了自家的Galaxy S系列智能手机,直接成为苹果的竞争对手。更麻烦的是,三星的Galaxy S设计处处透着iPhone的影子,最终两家公司陷入了长达数年的专利诉讼。对苹果来说,让自己的核心供应商同时成为竞争对手,就像把心脏交给别人握着一样。这种不安感让苹果下定决心,必须摆脱对三星的依赖,尤其是在最核心的芯片领域。
除了竞争因素,还有三个关键原因让苹果坚定了自研芯片的决心。第一是差异化焦虑。2010年代,安卓阵营开始普及Wintel模式(Wintel Model: Windows操作系统与Intel处理器结合的PC行业主导模式),也就是安卓系统加高通(Qualcomm)芯片。这种通用化的芯片方案,虽然降低了手机厂商的门槛,但是也让产品陷入了同质化的境地。如果大家都用一样的芯片,苹果凭什么维持高端定位呢?乔布斯在2008年就看清了这一点,于是他拍板,苹果要设计自己的芯片,用定制化技术打造别人无法复制的体验。
第二是性能与功耗的平衡。iPhone的轻薄机身对芯片的性能功耗比要求极高,既要跑得够快,又不能发热太多、耗电太快。而当时市面上的通用芯片,比如高通的骁龙系列(Snapdragon Series),是为不同品牌、不同机型设计的万金油,很难针对iPhone的硬件和iOS系统进行极致的优化。苹果意识到,只有自研芯片,才能把软件和硬件的协同做到极致,这就是后来苹果芯片每瓦性能领先的起点。
第三是毛利率的诱惑。采购第三方芯片,苹果要支付供应商的品牌溢价和利润分成。而如果自己设计、找代工厂生产,就能省去这部分成本,把利润留在自己手里。后来的数据证明这个决定有多么正确,比如Mac从使用英特尔(Intel)芯片换成自研的M系列后,毛利率从28.5%提升到了39.5%,足足涨了11个百分点,每年光芯片成本就能节省超过70亿美元。
晶圆代工模式的崛起:苹果与台积电的战略联手
有了自研芯片的决心,苹果接下来要解决的就是制造问题。芯片设计需要顶尖的工程师,但是制造需要投入几十亿美元建晶圆厂。苹果显然不想自己做重资产的晶圆制造,于是选择了无晶圆厂模式(Fabless Model: 专注于芯片设计,将制造外包给专业代工厂)。当时苹果的目标是找到一个既能满足先进制程的需求,又不会和自己竞争的合作伙伴。
一开始,苹果把目光投向了英特尔。当时的英特尔在x86芯片领域是绝对的霸主,技术实力雄厚。但是苹果和英特尔的谈判最终破裂了,原因是当时英特尔的CEO保罗·欧德宁认为,苹果的芯片订单量虽然大,但是要求的利润率太低,而且苹果对供应商的技术标准和产能响应速度要求极高。英特尔觉得不划算,最终拒绝了苹果。
就在苹果寻找替代方案时,台积电的张忠谋看到了机会。当时的台积电虽然在晶圆代工领域有一定的规模,但是在先进制程上还没形成绝对优势,正需要一个大客户来支撑新技术的研发和产能扩张。2013年,苹果的COO杰夫·威廉姆斯和张忠谋共进晚餐,提出了一个大胆的要求:希望台积电专门为苹果建设20纳米制程的产能,甚至建议台积电削减股息来筹集建厂资金。要知道,当时台积电原本计划重点投入16纳米制程,20纳米的经济性并不明确,而且为一个客户单独建产能风险极高。如果苹果的订单不及预期,台积电的投资就会打水漂。但是张忠谋还是答应了,他后来解释说,他看到的不是短期的利润,而是和苹果合作带来的长期技术领导力。
为了支撑自研芯片,苹果还做了一个关键动作,那就是收购顶尖的芯片设计团队。2008年,苹果以2.78亿美元收购了帕洛阿尔托半导体(P.A. Semi)。这家公司的创始人丹·多伯普尔是行业传奇,他设计过DEC Alpha、StrongARM等经典处理器,手下有150名顶尖的低功耗芯片工程师。这次收购不仅给苹果带来了核心技术团队,还让苹果挖到了一个关键人物:乔尼·斯鲁吉。这位来自英特尔和IBM的以色列工程师,后来成为了苹果硬件的技术高级副总裁,一手主导了A系列、M系列芯片的研发。乔尼·斯鲁吉后来在采访中说:“我们做芯片的核心目标从来不是做芯片这件事情本身,而是做出更好的产品。苹果不是一家芯片公司,但芯片是我们产品的灵魂。”
2010年,苹果又以1.21亿美元收购了超低功耗芯片设计公司Intrinsity,进一步强化了芯片设计能力。同年9月,苹果在iPhone 4上推出了第一款自研应用处理器A4。虽然这款芯片还是由三星代工,但是它标志着苹果自研芯片的开端。而随着和台积电的合作敲定,苹果终于找到了摆脱三星的钥匙,一场改变半导体行业的合作就此拉开序幕。
黄金十年:资金输血与技术协同铸就领先优势
2014年是苹果和台积电合作的元年。这一年,苹果发布了搭载台积电20纳米制程的A8芯片,用于iPhone 6和iPhone 6 Plus。这款芯片的发布,不仅让iPhone的性能实现了跨越式的提升,更让台积电在先进制程领域一飞冲天,从此开启了苹果出钱、台积电出技术,联手打遍天下的时代。
在2014年到2020这六年里,苹果对台积电的支持可以用全方位来形容。首先是资金输血。苹果在台积电的年度支出从2014年的20亿美元一路增长到2020年的超过100亿美元,6年间增长了5倍。不过,每一代的新制程初期的良率都很低,比如N3刚量产时良率只有55%左右,生产的芯片中很多是不合格的。如果采用标准的晶圆定价模式,对苹果来说将是灾难性的。为此,苹果和台积电签订了已知合格芯片协议(KGD Protocol: Known Good Die Protocol,客户只为合格的芯片付费),在新制程初期,苹果只为合格的芯片付费,不合格芯片的成本由台积电承担。这迫使台积电必须提高良率才能盈利,而苹果则免受制程节点不成熟带来的影响。相应的,苹果承诺的订单量巨大,通常会购买初始产能的50%到100%,这是其他客户无法匹敌的,实际上为研发和晶圆厂的折旧提供了资金。
其次是技术协同。苹果不是简单的下单买芯片,而是和台积电深度参与新制程的定义。比如,苹果会根据iPhone、Mac的产品需求,提前和台积电的工程师沟通,提出对晶体管密度、功耗、散热的具体要求,甚至联合定义工艺设计套件(PDK: Process Design Kit,芯片设计的基础工具包)。苹果和台积电联合开发PDK,确保苹果的芯片设计能完美适配台积电的制程。等到新制程量产的时候,苹果的芯片就能第一时间量产,而其他客户还需要时间适配PDK,这就给了苹果12到18个月的技术领先窗口。
最典型的例子是2016年,苹果出资支持台积电研发集成扇出型封装技术(InFO: Integrated Fan-Out,一种先进的芯片封装技术)。这种封装技术能把芯片和内存更紧密地集成在一起,不仅减少了芯片的体积,还提升了散热效率和数据传输速度。当时很多人不理解苹果为什么要花大价钱支持这种小众技术,但是后来证明,InFO技术不仅让iPhone在硬件上拉开了和安卓机型的差距,还为台积电后来的先进封装生态奠定了基础。现在AI芯片常用的CoWoS技术(Chip-on-Wafer-on-Substrate: 台积电的2.5D/3D先进封装技术)就是在InFO的基础上发展而来的。
在苹果的推动下,台积电的技术和产能实现了爆发式的增长。从营收来看,台积电2010年的营收只有130亿美元,到2020年已经突破450亿美元,10年增长了3.5倍。研发支出从2010年的10亿美元增长到2020年的40亿美元,8年增长4倍。资本支出更是从2010年的59亿美元飙升到了2020年的170亿美元,7年增长近3倍。更关键的是,台积电在先进制程的领先优势越来越大。2018年台积电率先量产7纳米N7制程,2020年量产5纳米N5制程。而当时的英特尔还在14纳米上原地踏步,三星的7纳米良率只有30%到40%,远低于台积电的80%以上。
张忠谋后来在一次采访中透露,苹果CEO蒂姆·库克曾经对他说:“英特尔根本不懂怎么当晶圆代工厂。”这句话背后,其实是两种企业文化的差异。英特尔习惯了自己设计、自己生产的IDM模式(Integrated Device Manufacturer: 集设计、制造、封装测试于一体的半导体公司),对客户的需求响应慢,而且不愿意为单个客户定制技术。而台积电则是客户至上的代工厂文化,愿意为苹果这样的大客户量身定制制程,甚至把苹果的工程师请到自己的实验室,共同解决技术问题。这种文化差异让台积电在和苹果的合作中如鱼得水,而英特尔则错失了成为行业领先代工厂的机会。有分析师估算,如果2014年英特尔接受了苹果的合作,那么现在英特尔的代工厂业务每年能带来150亿美元以上的营收,比现在的实际规模多10倍。
不过,台积电的崛起也并不是一帆风顺的。2015年,台积电为苹果代工14纳米制程的A9芯片时,还需要和三星共享订单。当时三星拿到了60%以上的A9订单,台积电只有不到40%。这个结果让台积电的管理层很震惊,但是也激发了台积电的斗志。他们加速了下一代10纳米制程的研发,最终凭借更高的良率和更好的性能,在2016年的A10芯片订单中彻底取代三星,成为苹果唯一的先进制程供应商。从那以后,苹果的A系列、M系列芯片几乎全部由台积电独家代工,双方的绑定越来越深。
相互锁定:苹果与台积电的共生关系
到了2020年,苹果和台积电的合作进入了相互锁定的阶段。简单来说,苹果离不开台积电,台积电也离不开苹果,双方形成了一荣俱荣、一损俱损的关系。
先看苹果为什么离不开台积电。2020年,苹果发布了第一款自研Mac芯片M1。这款基于台积电5纳米制程的芯片,性能比英特尔同级别芯片提升了两倍以上,而功耗只有一半。M1的成功,让苹果下定决心,未来所有的Mac都将使用自研芯片,彻底摆脱英特尔的约束。但问题是,除了台积电,没有其他代工厂能满足苹果的需求。三星的5纳米良率只有40%左右,根本无法支撑M1的大规模量产。英特尔的7纳米制程还在研发中,而且没有为苹果定制的计划。更关键的是,苹果的芯片对良率和产能稳定性要求极高,比如iPhone每年的出货量超过两亿部,需要台积电提供稳定的A系列芯片供应。如果良率波动,就会导致iPhone缺货,影响苹果的营收。当时有分析师估算,苹果如果要从台积电切换到其他代工厂,光是芯片重新设计和重新认证的成本就高达20到50亿美元,而且需要两到三年的时间,这期间苹果的产品性能会落后于竞争对手,相当于自断一臂。
再看台积电为什么离不开苹果。2020年到2023年,苹果贡献了台积电22%到25%的营收,是台积电最大的单一客户。更关键的是,苹果的订单确定性极高。苹果通常会提前3年把产品规划告诉台积电,比如2020年就确定了2023年要用到3纳米制程,让台积电可以提前规划产能和研发投入,不用担心中期的需求波动。这种确定性对台积电来说至关重要,因为晶圆厂的建设成本极高,一座先进晶圆厂需要200亿到300亿美元,如果没有稳定的订单,晶圆厂的折旧成本会拖垮公司。当时台积电的3纳米产能中,70%以上是为苹果准备的,苹果的订单直接决定了台积电3纳米制程的投资回报。
除了营收和订单确定性,苹果还为台积电的技术生态提供了标杆效应。因为苹果在消费电子领域的影响力,只要苹果采用了台积电的某一代制程,其他厂商,比如高通、联发科(MediaTek)就会跟进。这让台积电的新制程能快速实现规模化量产,摊薄研发成本。比如2020年,台积电5纳米制程量产时初期只有苹果一家客户,但是到了2021年,高通、联发科也纷纷采用5纳米制程,台积电5纳米的产能利用率很快就达到了90%以上,实现了盈利。
这种相互锁定的关系还体现在技术的深度绑定上。2020年后,苹果开始和台积电推行设计与技术协同优化模式(DTCO: Design Technology Co-Optimization,芯片设计与制造工艺协同优化)。简单来说,就是在新制程研发的早期,苹果的芯片设计团队就和台积电的制程研发团队深度合作,让芯片设计和制程技术同步优化。比如,苹果在设计M系列芯片时,会提前告诉台积电需要更大的内存带宽、更低的待机功耗,台积电则会根据这些需求,调整晶体管的结构、金属互联层的设计,甚至优化光刻工艺。这种模式让苹果的芯片能够最大限度地发挥台积电制程的优势,同时也让台积电的制程更符合客户的实际需求,形成了双赢的局面。
不过,这种相互锁定也带来了一个潜在风险,那就是节奏同步的压力。苹果的产品有严格的迭代周期,比如iPhone每年9月发布,Mac每年10到11月更新。这就要求台积电的新制程必须在苹果产品发布前完成量产。如果台积电的制程研发出现延迟,就会导致苹果的产品跳票。反过来,如果苹果的产品规划调整,台积电的产能就会出现闲置。2022年,台积电3纳米制程的研发进度比计划慢了3个月。为了不影响苹果A17 Pro芯片的量产,台积电调动了所有的研发资源,甚至让工程师24小时轮班,最终在2023年7月完成了3纳米的量产,刚好赶上iPhone 15 Pro的发布。这件事也说明,苹果和台积电的合作已经深入到了运营节奏的层面,任何一方的波动都会影响对方。
AI时代的新挑战:高性能计算的崛起与权力洗牌
2023年是苹果和台积电合作的转折点,因为生成式AI的爆发,台积电的客户结构发生了根本性变化。高性能计算(HPC: High-Performance Computing,利用超级计算机解决复杂计算问题的领域)的业务超越了智能手机,成为台积电最大的收入来源。这种变化让苹果在台积电的话语权开始稀释,双方的合作进入了多元化依赖的新阶段。
我们先看一组关键数据。2020年第一季度,智能手机业务占台积电营收的46%,HPC业务只占36%。而到了2025年第四季度,HPC业务占比飙升到58%,智能手机业务则降到了29%。HPC业务的增长主要来自AI芯片的需求,比如英伟达(NVIDIA)的H100、H200 GPU,亚马逊(Amazon)、谷歌(Google)的自研AI芯片。这些芯片都需要台积电的先进制程和先进封装技术,而且订单量极大。
最明显的变化是苹果在台积电先进节点份额的下降。在20纳米、16纳米、N7、N5这些节点上,苹果在量产初期的份额都超过了50%,甚至在N3节点上达到了92%。也就是说,台积电N3制程刚量产的时候,92%的产能都在为苹果生产A17 Pro和M3芯片。但是到了N2节点时,情况变了。根据台积电的规划,苹果在N2节点的份额会降到48%,这是十年来苹果第一次在新节点上不是主导客户。原因很简单,N2节点的设计更偏向HPC业务,比如支持背面供电技术。这种技术能够提升芯片的供电效率,更适合AI芯片的高功耗需求,而苹果的手机芯片对功耗的要求更严格,对背面供电的需求没那么迫切。所以,英伟达、AMD等公司在N2节点的订单量快速增长,稀释了苹果的份额。
更关键的是,AI客户给台积电带来的利润率更高。比如,英伟达的H100 GPU售价超过4万美元,而苹果的A18 Pro芯片在iPhone中的成本只有100到150美元。换算成每片晶圆的收入,英伟达的H100用的是台积电N4制程,每片晶圆能生产大约100颗H100,每片晶圆的收入超过400万美元。而苹果的A18 Pro用的是N3制程,每片晶圆能生产大约200颗,每片晶圆的收入只有20到30万美元。所以,英伟达每片晶圆的收入是苹果的13到20倍。对台积电来说,虽然苹果的订单稳定,但是英伟达等AI客户的订单利润更高,这让台积电在产能分配上不得不开始平衡苹果和AI客户的需求。
不过,这并不意味着苹果失去了重要性,而是双方的合作进入了新的分工阶段。苹果的订单规模大、需求稳定,能帮助台积电覆盖晶圆厂的固定成本,而AI客户的高利润订单则能提升台积电的整体利润率。比如,台积电建设一座先进晶圆厂需要250亿美元,苹果的订单能保证这座晶圆厂70%的产能利用率,覆盖大部分的折旧成本,剩下的30%产能留给英伟达等AI客户,就能获得更高的利润。这种基础加增量的模式,让台积电既能保持稳定,又能享受AI带来的增长红利。
在先进封装领域,这种分工更加明显。苹果主要使用台积电的InFO封装技术,这种技术适合移动设备,比如InFO-PoP能把芯片和内存堆叠在一起,减少体积,适合iPhone的轻薄设计。2025年,苹果的InFO业务收入超过35亿美元,占台积电先进封装收入的30%左右。而英伟达等AI客户则主要使用CoWoS封装技术,这种技术能把GPU和HBM(High Bandwidth Memory: 高带宽内存)通过硅中介层连接在一起,提升数据的传输速度,适合AI计算。2025年,台积电的CoWoS收入达到96亿美元,是InFO的2.7倍。目前,苹果和英伟达在封装产能上还没有直接竞争,但是随着苹果开始研发更强大的M系列芯片,可能会用到CoWoS技术,未来双方在封装产能上的竞争会逐渐显现。
苹果的芯片帝国:多元化布局与全球研发网络
面对AI带来的变化,苹果也在主动调整。一方面,苹果开始拓展非核心芯片的供应链,比如2025年和三星达成合作,由三星在得克萨斯州的工厂为苹果生产C·MOS图像传感器(CIS: CMOS Image Sensor,iPhone摄像头的核心部件)。之前一直由索尼(Sony)独家供应。苹果这么做,一方面是为了降低对单一供应商的依赖,另一方面也是为了满足美国制造的政策要求,同时不影响和台积电在先进制程上的合作。
另一方面,苹果也在研发面向AI的芯片,比如传闻中的Baltra服务器级AI芯片,用于苹果的数据中心和AI服务。未来可能会采用台积电的A14制程,重新在先进节点上获得更高的份额。
苹果和台积电的合作能够如此成功,背后离不开苹果自身构建的芯片帝国。通过五次关键收购,苹果搭建了从CPU、GPU到调制解调器、传感器的完整自研团队,再加上全球超过15个设计中心的8000多名工程师,形成了强大的芯片研发能力。接下来我们继续深入拆解一下苹果是如何一步步构建这个帝国的。
第一次关键收购是2008年以2.78亿美元收购了帕洛阿尔托半导体,这个我们之前已经提到过,这里就不再多说。
第二次收购是2012年以3.56亿美元收购奥森泰克(AuthenTec)。这家公司的核心技术是指纹识别传感器和安全芯片架构。收购后13个月,苹果就在iPhone 5s上推出了Touch ID,这是手机行业第一个大规模商用的指纹识别功能,彻底改变了手机的解锁和支付体验。更关键的是,AuthenTec的技术帮助苹果构建了安全加密区(Secure Enclave: 独立于主芯片的硬件安全模块),这是一个独立于主芯片的硬件安全模块,负责存储用户的指纹数据、加密密钥等敏感信息。即使主芯片被破解,Secure Enclave的数据也不会泄露。这个技术后来成为苹果Pay的核心安全保障,2024年苹果Pay的交易规模超过1.5万亿美元,而这一切的起点就是对奥森泰克的收购。可以说,3.56亿美元的收购为苹果打造了一个每年营收数十亿美元的金融服务业务,回报率堪称教科书级别。
第三次收购是2013年以3.6亿美元收购普莱姆森斯(PrimeSense)。这家以色列公司的核心技术是3D深度传感。当时他们的技术被用于微软(Microsoft)的Kinect体感游戏机。苹果收购PrimeSense后,花了四年时间把这项技术微型化,从Kinect的桌面级设备缩小到能放进iPhone的刘海屏里。2017年,苹果在iPhone X上推出了Face ID,通过TrueDepth相机系统投射3万个红外点,构建用户的3D面部模型,解锁速度和安全性都远超当时的安卓机型。Face ID的误识别率是100万分之一,而当时安卓机型的面部识别误识别率是5万分之一。除了解锁,Face ID还催生了Animoji、Memoji等新功能,甚至成为后来iPhone 12 Pro系列的LiDAR扫描仪(LiDAR Scanner: 通过激光测量距离和深度)的技术基础。LiDAR的3D测距能力让iPhone在增强现实应用中表现出色。
第四次收购是2019年以10亿美元收购英特尔的智能手机调制解调器业务。调制解调器是手机连接蜂窝网络的核心部件。之前苹果一直依赖高通的调制解调器,但是高通的专利授权费极高,按手机售价的5%收取,双方长期存在专利纠纷。2019年,苹果一方面和高通达成和解,获得短期的5G调制解调器供应,另一方面收购英特尔的调制解调器团队为自研铺路。这次收购,苹果获得了2200名工程师、1.7万项无线专利以及位于圣地亚哥和慕尼黑的研发中心。经过五年时间的研发,苹果在2025年推出了首款自研5G调制解调器C1,用于iPhone 16e机型。预计到2027年到2028年,苹果将彻底取代高通,所有iPhone都将使用自研调制解调器。按照苹果每年2.5亿部iPhone的出货量计算,每部手机能节省5美元的调制解调器成本,每年就能增加12.5亿美元的利润。
第五次关键动作,严格来说不是收购,而是2017年和想象力科技(Imagination Technologies)的分手。之前苹果的GPU一直依赖这家公司的授权,但是在2017年4月,苹果宣布将在15到24个月内停止使用想象力科技的GPU IP(Intellectual Property: 知识产权),转而自研。这个消息让想象力科技公司的股价一夜之间暴跌70%,几乎濒临破产。而苹果之所以敢这么做,是因为已经秘密组建了自研GPU团队。2017年9月发布的A11芯片搭载了苹果第一款的自研GPU,性能比想象力科技的同期设计提升了30%,功耗降低了20%。这次分手让苹果摆脱了对第三方GPU IP的依赖,为后来M系列芯片的GPU性能领先奠定了基础,比如M3芯片的GPU支持硬件光线追踪,性能比英特尔Mac的GPU提升了8倍。
除了收购,苹果还构建了全球布局的研发网络。目前,苹果在全球有超过15个芯片设计中心,分布在四大洲,每个中心都有明确的分工。以色列的赫兹利亚设计中心是CPU研发的核心,很多工程师来自英特尔的以色列团队,苹果的Firestorm、Avalanche、Everest等高性能CPU核心都出自这个团队。美国圣地亚哥的设计中心专注于调制解调器研发,离高通的总部很近,很多工程师是前高通和前英特尔员工,对蜂窝网络技术了如指掌。英国剑桥的设计中心专注于GPU和AI芯片研发,利用当地的半导体人才优势。台湾的设计中心则主要负责和台积电的技术对接,确保芯片设计能适配台积电的制程。截至2025年,苹果的芯片工程师团队已经超过了8000人,这个规模在全球无晶圆厂公司(Fabless Company: 无晶圆厂模式的半导体公司)中排名第三,仅次于高通和博通(Broadcom)。正是因为有了这样强大的自研团队,苹果才能和台积电在技术上平等对话,甚至主导部分制程的定义,比如N3E,也就是增强3纳米制程,就是苹果和台积电联合优化的,重点提升了功耗效率,更适合iPhone和Mac的需求。
全球制造布局:地缘风险与供应链多元化
苹果和台积电的合作不仅是技术和资金的协同,还涉及到制造布局的全球博弈,尤其是台湾的地缘政治风险,让苹果不得不开始寻找Plan B。那么,苹果的芯片究竟是在哪里生产的,面临着哪些风险,以及苹果又该如何应对呢?
首先,我们要明确一个事实:苹果几乎所有的先进制程芯片都产自台积电位于台湾的晶圆厂。其中最核心的是台南的Fab 18。这座晶圆厂是台积电的旗舰工厂,专门生产3纳米、2纳米等先进制程,苹果的A19 Pro、A18 Pro、M3、M4、M5芯片都出自这里。Fab 18的产能占了台积电先进制程产能的60%以上,对苹果来说,这座工厂就是芯片生命线。如果Fab 18出现停产,苹果的iPhone和Mac就会面临无芯可用的局面。
为什么苹果这么依赖台湾的产能呢?核心原因是成本和技术成熟度。台积电台湾工厂的生产成本远低于海外工厂。根据测算,亚利桑那工厂生产的晶圆成本是台湾Fab 18的2.4倍。具体来看,亚利桑那的劳动力成本是台湾的3倍,工厂地基建设成本是台湾的4倍,原材料运输成本是台湾的两倍,只有水电费稍低,是台湾的50%,但是这些节省根本无法抵消其他成本的上涨。对苹果来说,芯片成本会直接影响产品的毛利率,所以在没有绝对必要的情况下,苹果不会把核心产能转移到成本更高的海外工厂。
另一个原因是技术的领先性。台积电实行台湾优先的技术策略,即海外工厂的制程比台湾本土落后至少两个世代。比如,当台湾已经量产1.4纳米的A14制程时,亚利桑那工厂可能还在生产2纳米的N2制程。这种技术滞后,一方面是为了保护台湾的核心技术优势,同时避免海外工厂的技术泄露。对苹果来说,要保持产品的性能领先,就必须使用最先进的制程,所以只能依赖台湾的产能。
但是台湾的地缘风险让苹果不得不开始分散产能。2020年后,中美关系的不确定性增加,台湾作为半导体产业的核心地区,面临的地缘风险也在上升。为了对冲这种风险,苹果开始支持台积电建设海外工厂,其中最关键的是美国亚利桑那州的Fab 21和Fab 22。2025年,台积电亚利桑那工厂开始量产5纳米和3纳米制程,苹果是首批客户之一,主要生产M系列芯片的基础版,比如M3的入门型号,以及部分A系列芯片的备用产能。不过,目前亚利桑那工厂的产能占苹果先进制程需求的比例还不到5%,即使到2028年,这个比例也只能提升到10%到15%,无法替代台湾的产能。苹果之所以这么做,更多是保险策略,如果台湾出现风险,亚利桑那的产能能保证苹果部分产品的正常供应,减少损失。
除了台积电的海外工厂,苹果还在拓展非核心芯片的供应商,比如和三星的合作。2025年,苹果和三星达成协议,由三星位于得克萨斯州的工厂为苹果生产C·MOS图像传感器。这是iPhone摄像头的核心部件,之前一直由索尼独家供应。三星的CIS技术虽然不如索尼,但是胜在产能稳定,而且在美国生产,能够帮助苹果满足美国制造的政策要求。根据估算,到2027年,三星能获得苹果20%到30%的CIS订单,每年为苹果生产1.5亿到2亿颗传感器,带来10到15亿美元的营收。对苹果来说,这不仅分散了供应链风险,还能通过多家供应商竞争,压低CIS的采购成本。
另外,苹果还在考虑英特尔的制程作为备选。2026年底,英特尔计划量产18A-P制程,相当于台积电的2纳米级别。这款制程支持背面供电技术,性能功耗比相比台积电的N2制程提升8%,而且英特尔承诺提供美国本土生产的选项。苹果计划先在低风险芯片上测试英特尔的18A-P制程,比如入门级M系列芯片。如果良率和性能达标,再逐步扩大合作的范围。根据测算,如果苹果把20%的入门级M系列晶圆订单转移到英特尔,每年能为英特尔带来6.3亿美元的营收,同时为苹果节省大约10%的芯片成本,因为英特尔的报价比台积电低5%到8%。不过,英特尔的制程良率目前还不稳定,根据行业消息,英特尔18A-P制程的良率大约在70%左右,低于台积电N2的85%以上,所以苹果不会轻易把核心的A系列芯片都转移到英特尔。
展望未来:1.4纳米制程与AI时代的产能博弈
聊完了过去和现在,我们最后来看看苹果和台积电合作的未来。2027年后,随着1.4纳米制程的量产,苹果能否重新夺回台积电先进节点的主导权呢?在AI时代,苹果又如何应对和英伟达的产能争夺战?
首先,我们要关注一个关键节点:1.4纳米,也就是A14制程。根据台积电的规划,A14制程将在2029年量产。这款制程有一个重要的特点,那就是会同时兼顾移动设备和高性能计算的需求。之前的N2制程更偏向高性能计算,所以英伟达等AI客户的订单占比更高,苹果的份额降到了48%。而A14制程在研发初期,苹果就和台积电达成协议,将移动优化作为核心目标之一,比如优化晶体管的漏电率,提升待机功耗表现,同时保留HPC所需的背面供电等选项,让这款制程既能满足iPhone、Mac的需求,也能支持AI芯片。根据行业模型预测,苹果在A14节点的份额将回升到67%,这是自N3节点以来的最高水平。
为什么苹果能重新夺回高份额?核心原因是提前锁定了产能。苹果在2025年就和台积电签订了A14制程的产能协议,承诺包下量产初期60%以上的产能,同时提前支付部分预付款,帮助台积电建设A14的产能。对台积电来说,苹果的订单能保证A14制程的投资回报,所以愿意给苹果更高的产能分配。而英伟达等AI客户虽然需求大,但是更倾向于在制程成熟后再大规模下单,这就给了苹果抢占先机的机会。
苹果在A14节点的回归,还和新芯片家族的需求有关。根据规划,苹果将在2025年后推出两款新的芯片家族:N系列和C系列。N系列是专门的AI加速器,用于iPhone和Mac的端侧AI功能,比如实时翻译、图像生成。预计到2030年,N系列的晶圆需求将占苹果总需求的8%。C系列是用于空间计算的芯片,主要搭载在Vision Pro和后续的AR设备上。预计到2030年,C系列的晶圆需求将占苹果总需求的7%。这两款新芯片都将使用A14制程,因为A14的性能功耗比适合移动设备和AR设备的需求,而且能支持苹果自研的AI加速架构。根据测算,到2030年,N系列和C系列的晶圆需求将达到每月17万片,占A14总产能的25%左右,成为苹果在A14节点高份额的重要支撑。
除了A14节点,还有一个值得关注的趋势:5纳米N5节点的二次生命。通常来说,台积电的旧制程会随着新制程的量产而逐渐退出,但是N5节点是个例外。根据预测,N5节点的晶圆需求将在2025年触底,只剩下每月15.7万片,然后开始回升,到2030年达到每月43.4万片,几乎是2025年的3倍。为什么N5节点能起死回生呢?核心原因是苹果的成本优化策略。N5制程已经量产多年,良率高达95%以上,生产成本比N3低40%左右,适合用于低溢价产品,比如入门级iPhone、旧款Mac的翻新机型,以及非核心芯片,比如电源管理IC、射频芯片等等。苹果通过将这些产品转移到N5节点,既能降低成本,又能充分利用台积电的旧产能,实现双赢。
当然,未来苹果和台积电的合作最大的挑战来自AI时代的产能竞争。英伟达等AI客户的需求增长太快,可能会挤压苹果的产能空间。根据预测,到2027年第四季度,英伟达在N3节点的晶圆需求将超过苹果,成为N3节点的最大客户。到2030年,AI客户在台积电先进节点的总需求将是苹果的2.5倍。对台积电来说,如何平衡苹果的稳定需求和AI客户的高利润需求,将是一个重要的战略选择。
不过,苹果也在积极应对这种竞争。一方面,苹果开始涉足高性能计算领域,研发服务器级AI芯片,用于苹果的数据中心,比如支持Siri的大模型训练(Large Model Training: 训练具有数千亿甚至万亿参数的深度学习模型)、Apple Music的推荐算法优化。这款芯片将使用台积电的A14制程,预计2028年量产,每年的晶圆需求约为10万片。虽然规模不如英伟达的每年50万片以上,但是能让苹果在高性能计算领域占有一席之地,未来可能成为台积电HPC业务的重要客户。
另一方面,苹果通过长期协议锁定产能,比如和台积电签订了2025年到2030年的产能保障协议,承诺每年在台积电的支出不低于200亿美元。作为交换,台积电保证苹果在先进节点的产能优先级,即使AI客户需求激增,也不会削减苹果的基础订单。
回顾苹果和台积电十余年的合作,我们可以用“相互成就、重塑行业”来概括。对苹果来说,和台积电的合作让它实现了芯片自研的目标,摆脱了对三星、英特尔、高通的依赖,构建了从硬件到软件的完整生态,产品的性能、功耗、毛利率都达到了行业领先水平。对台积电来说,苹果的订单让它获得了稳定的资金和技术协同,在先进制程领域一骑绝尘,从一家普通的晶圆代工厂成长为全球半导体产业的核心基础设施,让台积电的营收从2010年的130亿美元增长到2025年的1220亿美元,9.4倍的增长背后,苹果的贡献功不可没。
这场合作的意义,不仅限于两家公司,更重塑了整个半导体行业的格局。它证明了无晶圆厂+代工厂模式(Fabless+Foundry Model: 芯片设计公司与专业代工厂分工协作的模式)的可行性。苹果专注于芯片设计和产品整合,台积电专注于芯片制造,双方通过深度协同,实现了1加1大于2的效果。这种模式后来被很多公司效仿,比如高通、联发科、英伟达,推动了无晶圆厂行业的快速发展。同时,苹果和台积电的合作也加速了摩尔定律(Moore's Law: 集成电路上可容纳的晶体管数量大约每两年翻一番)的演进,从20纳米到1.4纳米,每一代新制程的研发和量产都离不开苹果的资金支持和台积电的技术突破,这让半导体行业的技术迭代速度比预期快了两到三年。
当然,未来的合作也面临挑战:AI时代的产能竞争、地缘政治风险、成本上涨,都需要双方共同应对。但我们有理由相信,基于十余年的信任和技术协同,苹果和台积电会继续调整合作模式,在新的行业格局中保持领先。毕竟,这场合作不仅是商业利益的结合,更是技术理念的共鸣。苹果追求极致的产品体验,台积电追求极致的制造技术,两者的结合就是现代半导体产业的最佳拍档。感谢收看本期视频,我们下期再见。
📌 文中提及的人物和组织
公司/组织: Apple, TSMC, Samsung, Intel, NVIDIA, Qualcomm, AMD, MediaTek, Imagination Technologies, AuthenTec, PrimeSense, P.A. Semi, IBM, Google, Amazon, Sony
产品/模型: iPhone, Mac, A-series chips, M-series chips, Galaxy S, Snapdragon, H100 GPU, H200 GPU, Touch ID, Face ID, Vision Pro, Kinect, LiDAR, C1 modem