7年研發，售價2.5萬元，蘋果為何豪賭“電老虎”？

來源：電視劇雜談釋出時間：2023-06-20 16:02

7年研發，售價2.5萬元，蘋果為何豪賭“電老虎”？

“芯事重重”是騰訊科技半導體工業研究策劃，本期聚焦蘋果Vision Pro的晶片設計理念、功耗困難以及蘋果對抗功耗的產品理念。

文 / 汪波《晶片簡史》作者，資深晶片研究專家

首款“混合現實（MR）頭顯”，可以“透”過它看世界，開啟“空間計算”時代。

6月6日蘋果公司CEO庫克在全球開發者大會上釋出了“Vision Pro”。庫克以一句“one more thing”，再次吊起無數熬夜觀看的粉絲的胃口。彷彿蘋果公司展示的不是地球另一端的一臺裝置，而是來自未來的、只有在科幻片裡才能呈現的某種幻想科技。

早在16年前，當喬布斯釋出第一代iPhone時，當時主流手機上的固定鍵盤被替代為一整塊任意觸控的螢幕，擴充套件了手機的“面子”。而這一次，庫克則把這塊“面子”擴大到了整個房間。從iPhone到Vision Pro的這一步，蘋果把古希臘先賢的“人是萬物的標準”施展得淋漓盡致，由此人類成為觀察一切事物的中央。

透過這臺Vision Pro，無論是3D片子、正在瀏覽的網頁、仍是四周活生生的人，都清楚地呈現在你眼前。而你的眼神也能透過Vision Pro內建的攝像頭和表面的螢幕顯示給你的朋友。就這樣，虛擬和現實在Vision Pro上實現了完美的結合。

而能夠支援這種無縫結合和切換的，是Vision Pro的核心：一款計算晶片M2和一款感測器處理晶片R1，二者像兩根大柱子共同支撐起蘋果的“空間計算”的大廈。

01 瘋狂“堆料”的R1和M2晶片與無法迴避功耗困難

蘋果這顆自研的M2晶片採用臺積電5奈米工藝製造，包含了200多億個電晶體。它不是傳統意義上的CPU，而更像是三頭六臂、拿著各種寶物的哪吒太子。在這顆M2晶片裡，蘋果集成了8個CPU核心、10個GPU（圖形處理單元）核心和16個神經網路加速核心，這還不夠，還有容量24GB的儲存器、以及儲存控制器、編解碼模組等。

簡樸提一下5nm，目前市面上採用該工藝的產品不多，2020年10月份上市的蘋果A14晶片和華為的麒麟9000以及高通的車芯8295，均採用該工藝，電晶體的數目分別為119億和153億（高通8295電晶體數目公然報道為百億級）。

業界對5nm工藝最核心的關注即發燒和功耗，儘管車芯不存在類似的擔憂，但是在移動端卻是大規模應用的障礙。

*Apple M2晶片 Die Shot

至於R1晶片，被稱為協處理器或者感測器處理晶片，它是M2的左膀右臂，有效地分擔了M2計算晶片的任務，尤其是來自攝像頭以及各種感測器的資料。R1能在12毫秒內將攝像頭的影象顯示到頭顯內建的兩塊4K LED顯示屏上，極大地消除了使用者產生暈眩的可能。此外，R1晶片還接入了17個感測器，包括陀螺儀、加速度計、6個麥克風等，還能協助處理藍芽、超寬頻（UWB）以及慣性丈量單元的資料。

在如斯強盛功能的加持之下，M2和R1晶片也成為Vision Pro中當之無愧的“電老虎”。這導致Vision Pro續航時間只有2小時，遠小於蘋果的Macbook Air等電腦，以至於這臺固定在頭部的裝置不得不透過一根電纜連線到一塊手機大小的鋰電池，後者需要放在使用者的口袋裡。

這塊沉甸甸的電池將我們的暢想打回現實，讓我們意識到仍舊生活在21世紀的20年代的地球，而不是未來的科幻片中。

花費長達7年的時間研發，蘋果對這款明年才能上市、價格高達3499美元（約合人民幣2.5萬元）的Vision Pro下了血本，也下了很大的賭注。

然而，理想飽滿，現實骨感。“耗電高”、“發燒大”，釋出會一結束，伴隨著粉絲的歡呼聲的，是這些聽起來頗為難聽的評論。為何會有如斯大的反差？一方面是蘋果公司展示給我們如斯酷炫的科技，以及對未來極大期許；而另一方面則是使用者能感觸感染到的非常現實的題目：耗電高、發燒大。

02 蘋果與功耗的“戰役”

實在，蘋果公司跟耗電的戰役由來已久。

早在喬布斯時代，蘋果就對iPhone和iPad內的Flash動畫應用“說不”，這可是冒著得罪有上億使用者的Adobe公司和全世界上百萬Flash開發者的風險，更不用說Flash動畫背後實力雄厚的廣告商了。背後的原因就在於Flash應用極為耗電，極大縮短了移動裝置的使用時間。

*喬布斯當年釋出在蘋果官網的公開信《Thoughts on Flash》，其中第四點誇大（Flash）軟體解碼太耗電，移動裝置必需硬體解碼

此外，早期的蘋果手機和平板上的Home鍵被賦予了一種功能，只有封閉一個應用並返回桌面，才能開啟另外一個應用，這也是為了降低功耗。

蘋果公司跟耗電的鬥爭已經如基因般刻在了骨子裡，在Vision Pro上，蘋果公司對功耗的最佳化幾乎做到了極致，它整合了業界最進步前輩的技術與之一搏，包括最進步前輩的電晶體結構、最小的電晶體尺寸、最低功耗的處理器架構、最進步前輩的晶片封裝技術以及最優的記憶體資料排程技術，所有這些，都是為了正面阻擊晶片的耗電，期望能讓消費者獲得儘可能長的待機時間和最佳的發燒體驗。

首先是5奈米的電晶體結構，它來自加州大學伯克利分校的胡正明教授提出的一種鰭式電晶體（FinFET）。這種電晶體從22奈米開始成為主流，並會一直延續到3奈米。早在上世紀90年代，傳統的平面電晶體即便在關斷時，仍有很大的漏電流，導致晶片發燒急劇增加。業界猜測，當電晶體尺寸縮小到100奈米時，電晶體將變得像火山口一樣滾燙！摩爾定律將不得不止步於此。即便邁過了這個坎，電晶體繼承縮小後，晶片將變得像火箭噴射口那麼燙。到那時，即便是最進步前輩的水冷技術也無法讓熱量披髮出去。在飛往日本的飛機上，胡正明匆匆畫下了一幅草圖，成了後來的三維立體FinFET。

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