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苹果C1芯片:iPhone 16e的能效之王,七年磨一剑的5G调制解调器

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啼声

初试

五年前 M1 芯片在发布会上被大肆谈论了 20 分钟,而如今苹果刚刚推出的自研芯片 C1,只是作为全新 iPhone 16e 的新特性,在新闻稿和宣传片中用两句话简单地带过了。

Apple 芯片的优势得到了进一步拓展。这款调制解调器是首款由 Apple 设计的,也是 iPhone 迄今能效最高的调制解调器,具备快速稳定的 5G 蜂窝网络连接性。Apple 芯片(包括 C1)、全新内部设计与先进的 iOS 18 电源管理相结合,共同造就了卓越的电池续航表现。

苹果看似轻描淡写,实则经历了一次长达七年的历程。在这七年中,它屡战屡败,却始终不曾放弃,还狂烧了几十亿美元。而这次历程,将会对未来所有苹果设备的体验产生影响。

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来之不易的苹果自研基带

苹果针对不管是 A 还是 M ,都展开了一场准备充分的战役。在乔布斯时代就形成了造芯天团,并且获得了 ARM 的高级授权。其成果表现为 iPhone 和 Mac 处理器鲜少失手且常常令人惊艳。

调制解调器背后涉及的技术较为复杂,包含射频、信号处理以及通信协议等。并且还需要在全球各地进行测试。正因如此,这是一个准入门槛极高的领域。苹果在初期并未进行布局,前期使用的是英飞凌基带,后期则转而投向性能更优的高通。

4G 时代来临了,5G 时代也来临了。高通手握大量的技术专利,在基带领域成为了龙头,并且占据了市场一半的份额。

高通会向每一台搭载自家基带的设备收取一定数额的授权费用,这个费用不低,达到了 12 到 20 美元。高通向苹果收取的费用比向其他设备收取的费用要低一些,为 7.5 美元。然而,即便如此,高通收取的 7.5 美元还是远远超过了苹果原本预期的 1.5 美元。

2017 年,苹果决定打破现有的状况。苹果起诉高通,称高通收取的专利费用过高。苹果还指责高通具有反竞争行为。因为如果没有基带,就无法制造智能手机。

苹果开始寻找可替代高通的提供商,在此同时,它向收购了英飞凌的英特尔抛出了橄榄枝。

英特尔的表现确实不太好。初次将基带混用的 iPhone 7 中,英特尔版在通信方面的表现比高通版要弱。苹果寄予厚望希望英特尔能超越高通的 5G ,英特尔也没有抓住机会,并且还使得 5G iPhone 被迫推迟了一年。

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iPhone 7 采用了英特尔基带,并且英特尔基带与高通基带相比,性能要差很多,这一情况的来源是 Chipwork。

这场诉讼历经了将近 3 年的时间,最终苹果落败。此后,苹果继续与高通达成协议,这一协议一直延续到现在。英特尔的基带团队由于失去了苹果这个唯一的大客户而被解散。

但苹果没有选择接受现状,而是走上了一条更艰难的路。因为市场上没有其他可选择的,所以它决定自己去打造供自己使用的东西。

此招有风险但胜算大,若成功,就意味着 5G 时代至少能摆脱高通的控制,苹果也能进一步掌控 iPhone 的硬件体验。

苹果内部并非所有人都对这个项目持看好态度。前无线总监 Jaydeep Ranade 于 2018 年自研基带项目开始时就离开了苹果,他就是其中的一员。

苹果制造了地球上最好的芯片,就认为他们也能制造调制解调器,这是荒谬的。 苹果仅仅因为制造了地球上最好的芯片,就觉得自己可以制造调制解调器,这种想法是荒谬的。 认为苹果仅仅因为制造了地球上最好的芯片就能够制造调制解调器,这是很荒谬的。

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苹果为了快速起步,接收了英特尔基带团队的 2200 多名员工以及相关技术。这些技术谈不上先进,不过其中包含超过 17000 项技术专利。正因如此,苹果不至于从 2G 技术开始就毫无基础地去发展,而是能够直接迈入 5G 时代。

造基带与造计算或图形处理器不同。造基带不能独自进行研发,而需要在全球各地奔波。要对每个国家和地区的通讯标准以及频段信息进行测试。这样做的目的是确保一百多家运营商的网络都能够在自研基带上正常运行。

苹果作为后报到的玩家,它面临的另一个挑战是怎样避开高通等前辈所掌握的众多专利,进而走出一条此前从未有过的技术路线。

苹果不愿详细谈论 C1 的技术规格细节,就像 M 芯片那样。这一方面是为了避免网友和媒体对 C1 的性能进行过度分析,另一方面很有可能也是为了规避一些敏感的专利问题。

这七年来,一直有关于苹果自研基带的消息传出。并且这些消息多半是坏消息。其中最接近的一次可能是在 iPhone 15 时期。据了解,当时的苹果基带面积非常大,堪比半部 iPhone 。同时,它还存在又热又慢的问题。

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iPhone 15 采用了高通基带

iPhone 16e(iPhone SE 4)与苹果基带相绑定,多次传出因自研基带的研发进度而被推迟、取消的消息,其问世的难度如同哪吒那般艰难。

最终,这颗 C1 历经了千难万险。它在本月成功亮相。苹果 Apple Silicon 的字母表又增添了一名新成员。

仅从 C1 的研发历程方面来看,著名科技记者 Mark Gurman 给出了一个评价。

C1 苹果基带是一个意义深远的技术成就。

能耗是最大亮点

故事讲完了,接下来要面对更现实的问题。这个问题就是这颗 C1 芯片,它是否真的如同传闻所说不如高通呢?

MacRumors 报道了关于 C1 的制程情况。基带本体采用台积电 4 纳米工艺,此工艺与目前高通的旗舰调制解调器产品 X75 处于相当水平;收发器使用的是台积电 7 纳米工艺。

从工艺方面来看,C1 比 iPhone 16 系列中采用三星 5nm 的高通 X71 更为先进。并且由于没有使用最先进的台积电 3nm 工艺,或许还是因为成本方面的原因。

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iPhone 16 上搭载高通 X71 基带

比对美版 iPhone 16 和 iPhone 16e 的蜂窝网络支持频段,能轻易发现一些情况:iPhone 16e 没有 5G NR mmWave 的支持,也就是缺失了“毫米波”这一频段。

这三个字上次引发热议之时,是 iPhone 刚开始用上 5G 的时候,并且美版 iPhone 12 独占了该技术。而这次的情况是,iPhone 16e 在全球范围内都不具备支持 5G 毫米波的能力。

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美版 iPhone 12 上的毫米波天线

国内 5G 本身不支持毫米波,所以国行 iPhone 16e 在这方面不受影响。美国的小伙伴来看,iPhone 16e 在毫米波擅长的短距离场景,像商场、机场等人流密集的场所,其信号和网络表现不如 iPhone 16 系列。

不过几年的时间过去,5G 毫米波在美国并未得到广泛的铺开。C1 甚至引发了这样的讨论,即是否意味着毫米波已经死亡。

对比苹果官网上国行 iPhone 16 的蜂窝网络技术规格与国行 iPhone 16e 的蜂窝网络技术规格,能够发现两者在频段支持方面是完全一致的。

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苹果官方不愿披露更多 C1 的技术细节和性能表现。因此,除了频段支持外,iPhone 16e 的通讯能力表现如何,需在实际情境中进一步实测。

外媒有爆料称,C1 仅支持四载波聚合的低频 6 - GHz 网络,所以其峰值速度或许能达到 4 Gbps 左右;高通 X75 则支持五载波聚合低频 6 - GHz 网络,并且还能加上十个毫米波载波,按照理论其速度能够达到 7 - 10 Gbps。

C1 在性能上尚未能跻身第一梯队,然而它在能耗方面已初显优势。苹果官方称,SoC 能够与 C1 协同来调节电源。并且 C1 体积更小,从而为电池空间腾出了更多余地。正因如此,iPhone 16e 能够持续进行 26 小时的视频播放。这不仅比配置基本相同的 iPhone 16(22 小时)领先很多,还接近屏幕更省电且尺寸更大的 iPhone 16 Pro(27 小时)。

跨越世代的平台

苹果硬件技术的高级副总裁是 Johny Srouji,他每次在苹果发布会上都负责介绍芯片。在路透社的一次采访中,他对 C1 以及后续的基带芯片表达了高度的认可。

我们打造了一个能跨越不同世代的平台。C1 仅仅是一个开端,我们会在每一代的产品里持续对这项技术进行改进,使它成为我们的一个平台,从而让我们的产品能够在众多产品中格外突出。

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Johny Srouji 在查看 C1 测试数据,此图源自路透社

毕竟,苹果使用蜂窝网络的设备不只有 iPhone。iPad 很可能是下一个用上 C1 的产品线,Apple Watch 也很可能是下一个用上 C1 的产品线。传闻蜂窝版 Mac 也已经在研发的路上了。

研发费用达几十亿美元,看似是天价。实际上,据《华尔街日报》报道,苹果在 2022 年一年向高通支付的授权费已高达 72 亿美元。

苹果已经因为授权费过高而闹上法庭,暂且先不提这一情况。这笔巨额资金直接给到了苹果的老对手高通,这就如同搬起石头砸自己的脚一样。

更重要的是,这几年 iPhone 的销量表现已不再突出。正因如此,这个最赚钱的业务收入呈现出不断收缩的态势。苹果开始对 iPhone 的策略进行调整,其不再将追求更高的出货量作为目标,而是致力于提升单机的利润率。

基带占据一台 iPhone 成本将近一成,所以自然成为了苹果的落刀处。因为有庞大的消费者群体买单,并且 iPhone 16e 有吸引人的低价路线,所以苹果自然有底气选择首发一颗还不够完美的基带。况且,全线采用英特尔基带的 iPhone 11 系列卖得也并不差。

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iPhone 11 的所有系列都采用了英特尔基带,信息来源是 TechInsights

自研基带对苹果在短期内有好处。从长期来看,这也意味着用户能够使用到更好的产品。

苹果期望 C 系自研基带能够与 A 系处理器紧密集成,使其成为 iPhone 另一个独特的亮点体验。当下,A18 已经具备能够精准控制 C1 电源的能力,进而达成更低的能耗表现。

苹果无线软件的副总裁 Arun Mathias 给出了另一种场景。当 iPhone 处于一个拥挤堵塞的网络环境里时,手机的处理器能够向基带发送信号,把最需要速度的网络流量放置在前面,从而使手机的响应速度变得更快。

因为工艺先进,所以 C1 的体积比较小。这款基带出现在今年秋季即将登场的轻薄机型 iPhone 17 Air 上,不会让人觉得奇怪。据爆料,这款手机最薄的地方仅有 5.5 毫米。C1 给 iPhone 16e 带来的续航提升,无疑提前减轻了我们对这款超薄手机的电量焦虑。

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iPhone 17 Air 假想图,图源:9To5Mac

知情人士透露,不止 iPhone 17 Air 这一款,苹果未来的所有 iPhone 都将走上“轻薄化”的路线。并且,要实现瘦身的目标或许离不开自研基带。

机身空间得到了进一步的优化,这无疑是在为酝酿了很长时间的折叠 iPhone 做准备。

彭博社爆料,苹果最终会将基带完全集成到 SoC 里。这样做能使设备更加节能,响应速度更快,还能进一步降低成本。不过,这最早要等到 2028 年。

苹果目前对 C 基带有着长期且明确的规划。明年的 C2 会补齐缺失毫米波的不足,并且会在所有 iPhone 上推出,或许还会有一款 iPad 也会如此。C3 的目标是要超越高通基带。

硬件的设计权在手里,也意味着苹果将拥有更自由的整活空间。

我大胆畅想一个未来 iPhone 可能会诞生的功能,那就是无网通信。

2019 年时苹果传出正在为 iPhone 开发无需网络的“对讲机”功能。此功能是与英特尔一同开发的。而苹果当时已和高通和解并达成独家协议。所以该项目被无限期搁置了。

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Apple Watch 上已经有「对讲机」功能,但需要网络

相关知情人士表示,“对讲机”或许会出现在未来的 iPhone 上。因为当时苹果正计划摆脱高通基带。

时至今日,C1 打响了去高通化的第一枪。苹果继承了英特尔基带的遗产,并且随时可以重启这个项目。

无网通信技术并非新鲜事物。去年,国内的小米、vivo 等大型厂商已经开始发力于无网通信技术。而苹果现在想要再次进入这个领域,时机既不算早也不算晚。

分析师郭明錤表示,C1 并非苹果自研的终点。今年的 iPhone 17 全系都将会配备苹果自研的 Wi-Fi 芯片。

自研 Wi-Fi 和蜂窝芯片被借助,已有的 W、H、U 芯片也被利用。这样一来,饱受吐槽的 AirDrop 有希望迎来焕新,并且苹果很有可能将生态布局到“连接”的层面,从而实现自成一派的苹果互联生态。

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Apple Watch 上已经有「对讲机」功能,但需要网络

对于苹果的自研芯片,我们总会提到一句乔布斯的老话:

一个对软件抱持有理想的人应该做属于自己的硬件。

而 C1 自研基带,我想改成这个说法:

一个对产品体验抱持有理想的人应该做属于自己的硬件。

文|苏伟鸿

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