从苹果 A7 到 A18 Pro 芯片：晶体管数量激增 19 倍，晶圆成本飙升 2.6 倍

1 月 5 日消息，近年来，苹果公司的 A 系列智能手机处理器经历了显著的技术演进。从 2013 年采用 28 纳米工艺的 A7 芯片，到 2024 年采用 3 纳米工艺的 A18 Pro 芯片，苹果在核心数量、晶体管密度和功能特性上实现了跨越式发展。然而，随着制程技术的不断升级，芯片制造成本也大幅攀升，为苹果带来了新的挑战。

我们注意到，根据市场研究机构 Creative Strategies 的首席执行官兼首席分析师本・巴贾林（Ben Bajarin）的报告，苹果 A 系列芯片的晶体管数量从 A7 的 10 亿个增长至 A18 Pro 的 200 亿个。这一增长与芯片功能的扩展密切相关：A7 仅配备了两个高性能核心和一个四集群 GPU，而 A18 Pro 则拥有两个高性能核心、四个能效核心、一个 16 核神经网络处理器（NPU）和一个六集群 GPU。尽管芯片功能大幅增强，A 系列的芯片尺寸（die size）却保持在 80 至 125 平方毫米之间，这得益于台积电（TSMC）先进制程技术带来的晶体管密度提升。

然而，晶体管密度的提升速度近年来明显放缓。巴贾林指出，早期的制程节点（如从 28 纳米到 20 纳米，再到 16/14 纳米）实现了显著的密度增长，而近期的 N5、N4P、N3B 和 N3E 等制程技术的密度提升幅度较小。晶体管密度提升的高峰期出现在 A11（N10，10 纳米级）和 A12（N7，7 纳米级）左右，分别增长了 86% 和 69%。而 A16 至 A18 Pro 芯片的密度提升则明显放缓，主要原因是静态随机存取存储器（SRAM）的缩放速度减缓。

尽管技术进步带来的收益逐渐减少，芯片制造成本却大幅上涨。报告显示，晶圆价格从 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从 0.07 美元增加到 0.25 美元。巴贾林表示，这些数据来源于第三方供应链报告，并经过多方验证。尽管如此，非官方信息仍需谨慎对待。

此外，苹果在提升芯片性能方面也面临挑战。近年来，A 系列芯片的性能提升速度有所放缓（A18 和 M4 系列除外），主要原因是新一代架构在每周期指令数（IPC）吞吐量上的提升难度加大。尽管如此，苹果每一代产品都成功地保持了能效比的提升。巴贾林指出：“在 IPC 提升难度加大的情况下，苹果通过优化能效比，即使成本增加，也是一种可行的策略。”

值得注意的是，台积电在晶圆生产中采用了一种独特的商业模式。根据行业报告，台积电向客户提供的晶圆包含可销售和不可销售的芯片，实际芯片数量取决于制造良率。如果实际良率低于预期目标 10% 至 15%，台积电可能会向客户提供经济补偿或折扣，以确保客户的利益。作为台积电最新制程技术的首要客户，苹果有机会通过调整制造工艺降低缺陷密度，从而提高良率，在成本控制上占据优势。此外，有传言称苹果是台积电唯一按芯片而非晶圆付费的客户，这进一步凸显了苹果在供应链中的特殊地位。