Come Apple sta battendo Intel nel suo stesso gioco

Apple è un'azienda fenomenale. Il suo capitale di mercato quasi raddoppia il suo prossimo rivale più vicino, Google, e i profitti sono il terzo più grande di qualsiasi azienda al mondo, secondo Forbes. Il suo cosiddetto "scrigno di guerra" - il denaro che ha in liquidità - ora supera i 200 miliardi di dollari. Anche le più grandi banche e compagnie petrolifere lottano per tenere il passo.

Ciò ha consentito la famosa dipendenza dell'azienda dalla tecnologia proprietaria. Mentre altre società esternalizzano, Apple lo mantiene internamente quando possibile. Di recente, è stato ampliato per includere i chip trovati nei dispositivi iOS. Mentre Samsung, Microsoft e HTC si affidano a Qualcomm e Intel, Apple ha assunto il proprio team di ingegneri per lavorare su progetti proprietari esclusivi per iPhone e iPad.

All'inizio, i frutti di questo lavoro erano modesti, ma con ogni nuova versione la linea di chip AX di Apple è diventata più minacciosa. Gli ingegneri di Cupertino hanno già messo in guardia altri architetti di chip ARM e stanno prendendo le redini dei migliori Intel.

Come tutto è cominciato

Nell'aprile del 2008, Apple ha acquistato una piccola azienda di semiconduttori fabless chiamata PA Semi per $ 278 milioni in contanti. L'azienda è stata fondata cinque anni prima da Daniel Dobberpuhl, un ingegnere veterano entrato per la prima volta in DEC nel 1976. Ha lavorato al MicroVAX di grande successo dell'azienda negli anni '80. Nel 1998 ha fondato SiByte, che ha costruito hardware MIPS system-on-a-chip. Quella compagnia fu acquistata da Broadcom diversi anni dopo.

Il processore di PA Semi sarebbe stato una scelta eccellente per il MacBook.

L'obiettivo di PA Semi era la progettazione di un chip chiamato PWRficient. Come suggerisce il nome, è stato costruito sulla base dell'architettura Power di IBM, che Apple ha utilizzato nei suoi computer fino al 2005. L'idea era di costruire un nuovo chip da zero con prestazioni per watt come obiettivo di progettazione chiave, mentre allo stesso tempo mirando ad applicazioni ad alte prestazioni. Il suo primo chip, denominato PA6T-1682M, funzionava a 2 GHz ma consumava solo 13 watt in un utilizzo "tipico". Un chip Intel simile dell'epoca necessitava di circa 20-25 watt.

Nonostante l'attenzione all'efficienza, PWRficient non era per i dispositivi mobili. La categoria non esisteva davvero in termini di volume, dopotutto, e il consumo del primo chip era troppo alto per i dispositivi piccoli. L'attenzione, invece, era ... beh, è ​​difficile da dire. Come ogni start-up, PA Semi è stata costretta ad adottare un approccio "se la costruisci, verranno". Sebbene l'hardware potesse essere utile in qualsiasi cosa, dai supercomputer ai laptop, l'azienda non aveva piani di progettazione immediati.

pa6t PWRficient PA6T

In effetti, il PA6T avrebbe potuto essere una scelta eccellente per Mac e laptop OS X in particolare. La sua combinazione di prestazioni ed efficienza in un inviluppo di potenza ben al di sotto dei 20 watt avrebbe potuto dare filo da torcere all'hardware Intel. Come riportato da The Register nel 2006, Apple e PA Semi "hanno formato una stretta relazione", al punto che la start-up "contava sull'accordo". Invece, Apple ha scelto Intel e PA Semi è stata costretta a corteggiare i produttori di hardware speciale di fascia alta come Mercury Computer Systems.

Ovviamente, Apple non ha dimenticato PA Semi, poiché ha deciso di acquistare l'azienda come base per la sua iniziativa di ingegneria interna. Gli analisti del settore non erano sicuri di quanto leggere nell'acquisizione di Apple. Un'azienda di progettazione di chip può essere utilizzata in molti modi. Apple aveva già un sacco di hardware ARM tra cui scegliere e Intel stava aumentando Atom, che avrebbe dovuto competere nei telefoni e nei PC economici. Molti commentatori hanno concluso che PA Semi sarebbe stato utilizzato per accelerare attività specifiche tramite chipset e controller specializzati, o che Apple intendeva utilizzare il talento dell'azienda per contribuire a cementare l'implementazione dell'hardware acquisito dai suoi partner.

Se all'inizio non ci riesci ...

Mentre l'accordo PA Semi ha dato ad Apple oltre 150 dipendenti di talento per affrontare il problema della progettazione del proprio processore, l'accordo apparentemente non è stato privo di problemi. Dopo due anni di quasi silenzio sull'integrazione della start-up nel colosso di Cupertino, nel marzo del 2010 è arrivata la notizia che Dan Dobberpuhl aveva lasciato l'azienda alla fine del 2009.

Il discreto acquisto di Intrinisty da parte di Apple è stato notato solo quando il personale ha cambiato datore di lavoro su LinkedIn.

Non era l'unico insoddisfatto di come è andata a finire l'acquisizione, poiché numerosi ingegneri chiave hanno deciso di abbandonare la nave negli anni successivi all'acquisizione di Apple. Fonti non ufficiali hanno dichiarato al New York Times che alcuni dipendenti della PA Semi non erano soddisfatti delle sovvenzioni in azioni fornite dopo l'acquisto. Altri analisti hanno ipotizzato che gli ingegneri semplicemente non fossero contenti della nuova struttura aziendale più rigida. In ogni caso, Dobberpuhl e altri ingegneri si sono uniti per formare Agnilux, che è stata indipendente per meno di un anno prima di essere acquistata da Google. Lo stesso Dobberpuhl non è rimasto in Google, ma diversi membri del team che sono rimasti ora lavorano su Chrome OS.

Con la sua missione incompleta, Apple ha cercato un'altra fonte di talento che potesse migliorare immediatamente l'hardware mobile dell'azienda. Il nuovo target divenne presto Intrinsity, una società di progettazione di chip con sede ad Austin, in Texas, fondata negli anni '90 con il nome di Exponential Technology. Come con PA Semi, Apple e Intrinisty avevano una storia. A metà degli anni '90, quando era noto come Exponential, la società ha collaborato con Apple per costruire un nuovo processore per aiutare i sistemi Mac a tenere il passo con Intel. Ma Cupertino era diventata una porta girevole e il Mac stava perdendo soldi. Il ritorno di Steve Jobs ha messo il chiodo finale nella bara dell'accordo. Ha rapidamente riportato in auge i tradizionali progetti PowerPC prodotti da IBM.

Sconfitto, esponenziale ribattezzato EVSX, Inc, poi Intrinisty. Funzionava con chip che utilizzavano il set di istruzioni MIPS ed è volato in gran parte sotto il radar della stampa tecnologica, ma nel 2009 ha fatto notizia grazie alla collaborazione con Samsung per sviluppare il processore mobile da 1GHz "Hummingbird". Il chip è stato un traguardo importante per tutte le persone coinvolte, in quanto si è discostato in modo significativo dal Cortex A8 standard progettato e distribuito da ARM.

Il ruolo di Intrinisty è stato l'implementazione di un processo di progettazione unico che ha permesso al Cortex A8, normalmente con clock a 650 MHz, di raggiungere invece 1 GHz, come nel primo chip Hummingbird. È stato un enorme balzo in avanti all'epoca. La maggior parte delle aziende che costruiscono hardware mobile si sono semplicemente affidate al design ARM, forse con qualche modifica qua o là.

Steve Jobs mostra l'iPhone 4 alla Worldwide Developers Conference 2010Steve Jobs mostra l'iPhone 4 alla Worldwide Developers Conference 2010. Wikipedia

Hummingbird era completamente compatibile con A8 e il set di istruzioni ARM, ma il suo design è stato rielaborato da zero, il che ha portato a prestazioni di gran lunga superiori. Solo lo Snapdragon di Qualcomm era nella stessa lega. I primi telefoni Samsung probabilmente non avrebbero raggiunto una solida posizione nel 2010 se Intrinisty non avesse aiutato a spremere fino all'ultima goccia di prestazioni dai suoi dispositivi.

Cupertino ha preso nota ed è intervenuto - e Apple non ha strombazzato il suo acquisto. I media se ne sono accorti solo quando i dipendenti di Intrinisty hanno iniziato a cambiare il datore di lavoro che hanno elencato su LinkedIn. In tal senso la mossa è stata una sorpresa, ma a differenza dell'acquisto di PA Semi, il motivo per l'acquisizione di Intrinisty era ovvio: il processore A4, che alimentava iPhone 4 e iPad, è apparso contemporaneamente all'acquisizione. Come Hummingbird, era basato sul Cortex A8 di ARM ma era in grado di raggiungere velocità fino a 1 GHz. I punti non sono difficili da collegare.

Prestazioni moderne rivali di Intel

Il talento appena acquisito è stato rapidamente utilizzato. Mentre l'immediato successore dell'A4 utilizzava un design basato sul Cortex A9 di ARM, l'A6, rilasciato nell'iPhone 5 del 2012, è diventato il primo design completamente personalizzato dell'azienda. Chiamato internamente Swift, l'A6 ha continuato a utilizzare il set di istruzioni ARM, ma per il resto ha abbandonato il design standard messo a disposizione dalla società.

Uno smontaggio di Chipworks ha rilevato che, a differenza della maggior parte dei concorrenti, che delineano il layout generale di un processore con software, l'A6 è stato progettato manualmente . Sebbene dispendioso in termini di manodopera e costoso, un approccio manuale generalmente si traduce in una maggiore efficienza. Il software è utile, ma non è creativo. Solo un team di ingegneri può trovare inefficienze e immaginare soluzioni uniche.

Nei benchmark web, l'A9 di Apple corrisponde quasi a PC mobili con tecnologia Intel come Microsoft Surface Pro 3.

Le recensioni dell'iPhone 5 hanno chiarito rapidamente e immediatamente che gli sforzi dei nuovi ingegneri di Apple avevano dato i loro frutti. Il telefono ha ottenuto un salto di prestazioni maggiore rispetto al suo predecessore rispetto a qualsiasi iPhone precedente, più che raddoppiando la velocità dell'iPhone 4S in molti benchmark. L'iPhone 5 è stato così veloce, infatti, da essere ancora paragonato positivamente a molti telefoni Android tradizionali introdotti nel 2014, la maggior parte dei quali utilizzava processori derivati ​​dal design standard ARM Cortex A15.

Da allora, il vantaggio in termini di prestazioni di Apple è aumentato. Il suo nuovo chip, l'A9 (che alimenta l'iPhone 6S e 6S Plus), annienta la concorrenza nella maggior parte dei benchmark e spesso raddoppia il punteggio dei suoi rivali più vicini. Nei benchmark web come Kraken e SunSpider, corrisponde quasi a PC portatili basati su Intel come Microsoft Surface Pro 3. I test GeekBench hanno anche posizionato l'iPhone 6S a due passi dal MacBook alimentato da Intel.

Questo non vuol dire che l'iPhone 6S stia per superare il meglio di Intel, o che Apple ora abbia il vantaggio. La situazione è più complessa di così. Confrontare un dispositivo che esegue iOS con uno che esegue Windows è difficile non solo a causa della differenza nel sistema operativo, ma anche perché i PC eseguono programmi con requisiti di memoria e di elaborazione più impegnativi.

 iPhone 6S e 6S Plus IPhone 6S e 6S di Apple Plus Jessica Lee Star / Digital Trends

Tuttavia, pochi minuti da solo con un iPhone 6S, o persino l'iPad Air 2, possono dirti che c'è qualcosa per i punteggi in rapida crescita di Apple. I dispositivi mobili dell'azienda sono incredibilmente veloci. Raramente esitano, gestiscono più app con facilità e giocano almeno come un PC con la grafica integrata di Intel. E fanno tutto questo in un involucro di potere che fa vergognare il Core M più avaro.

Ho contattato Patrick Moorhead, fondatore di Moor Insights & Strategy, per avere una prospettiva sul successo di Apple. La sua risposta è stata frizzante.

“È davvero senza precedenti nel settore che un team come questo produca silicio di così alta qualità. In genere, coloro che producono silicone per i propri prodotti non sono leader del settore ", ha affermato. In effetti, non ci sono esempi recenti di aziende che ottengono lo stesso risultato.

Il design del chip non è il core business di Apple, ma è riuscito a sconfiggere aziende come Qualcomm che esistono per nessun altro motivo. La strategia di progettare hardware internamente per prodotti di prima parte, nota come "integrazione verticale", era considerata un modo sicuro per fallire. Gli ingegneri di Cupertino stanno cambiando la nozione di ciò che è possibile.

Problemi di produzione

Tuttavia, il design del chip non è stato privo di problemi. Lo scopo del lancio di un prodotto Apple rende difficile la produzione di abbastanza silicio. Sebbene abbia compiuto importanti progressi in termini di prestazioni, l'azienda è ancora diversa da Intel o Samsung in un modo importante. Non possiede le sue strutture di fabbricazione. Oggigiorno, la maggior parte delle società di progettazione di processori non lo fa.

AMD, Nvidia e Qualcomm sono solo alcuni dei principali nomi che si affidano a una terza parte per costruire ciò che progettano. Nessuno di loro vende sulla scala di Apple, tuttavia, e questo ha portato a vincoli di produzione. L'iPhone 6S lo esemplifica, poiché contiene uno dei due chip simili costruiti da fonderie diverse. Uno è TSMC, che utilizza un processo di produzione a 16 nanometri. L'altro è Samsung, che costruisce l'A9 con il suo processo a 14 nm.

Questo, come gran parte degli sforzi di Apple nel design dei chip, è estremamente insolito. L'utilizzo di due fonderie diverse ovviamente complica il fatto che un dispositivo funzioni in modo prevedibile. La differenza è troppo piccola per essere notata al di fuori di un benchmark controllato, ma ovviamente non è l'ideale. Alcuni hanno chiamato il problema "chipgate", anche se, finora, non sembra guadagnare terreno come il problema di piegatura dell'iPhone 6 o l'antenna dell'iPhone 4.

Taiwan Semiconductor Taiwan Semiconductor (TSMC), edificio Fab 5, Hsinchu Science Park, Taiwan Peellden / Wikimedia

Anche i costi di progettazione sono un problema, poiché un'architettura non può essere trasferita da un processo di produzione a quello successivo semplicemente modificando alcuni parametri. È un problema difficile che richiede un approccio unico per ciascuna fonderia. Sebbene il design complessivo sia lo stesso per i chip Samsung e TSMC, i prodotti non hanno le stesse dimensioni e presentano differenze visibili in un colpo di stampo. Ciò significa che Apple ha dovuto raddoppiare alcuni dei suoi lavori di progettazione.

Non esiste una soluzione facile a questo problema. Anche l'acquisto o la creazione interna di un'azienda di fabbricazione di chip potrebbe non funzionare. Apple ha dovuto stipulare un contratto con due dei più grandi al mondo per ottenere un volume sufficiente, quindi ci sarebbero voluti anni per costruire internamente capacità simili anche se la società avesse acquistato domani uno dei principali produttori mondiali. La produzione tratterrà il design per gli anni a venire.

L'unica via è su

Il prossimo chip previsto per la consegna da Apple è l'A9X, che apparirà su iPad Pro a novembre. Sebbene sia ancora avvolto nei dettagli (nessuno conosce la sua velocità di clock, o quanti core avrà), si presume che superi l'80% dei PC portatili spediti negli ultimi 12 mesi. Il che, ammettiamolo, è un altro modo per dire che supera una parte rispettabile dell'hardware Intel venduto oggi.

Lo so, sembra ridicolo. Ma l'idea che Apple potesse costruire il proprio silicio mobile leader della categoria sembrava altrettanto ridicola solo pochi anni fa. L'ala di progettazione dei chip a Cupertino può essere giovane, ma ha un talento serio e ha accesso al caveau di Scrooge McDuck dell'azienda.

Patrick Moorhead è certamente ottimista sulle prospettive di Apple, dicendo: "Penso che con il loro slancio, Apple continuerà a farlo per molto, molto tempo in mobilità" e aggiungendo "quello che stanno cercando di fare in questo momento è salire nella catena alimentare dei robot da cucina a un processore di dimensioni desktop. " Se l'A9X mantiene ciò che promette, potrebbe seriamente sconvolgere l'equilibrio di potenza nel silicio, e tra Apple e Intel in particolare.

Sebbene A9 e A9X siano enormi vittorie per Cupertino, sono importanti per molto di più dei profitti dell'azienda. Produrre le migliori chip dal nulla in un arco di cinque anni è un'impresa che tutti credevano impossibile, quindi nessuno ci ha provato. Mentre iPhone e iPad estendono il loro vantaggio in termini di prestazioni, altri con tasche profonde inizieranno a chiedersi se anche loro possono progettare il proprio silicio.