谷歌自研芯片秘辛首次曝光
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2023-07-12 21:43
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谷歌完全定制芯片推迟至2025年发布，放弃三星将牵手台积电。智东西7月11日消息，据美国科技媒体The Information报道，谷歌已经将Pixel智能手机自研芯片的发布时间推迟一年。这枚被视作Pixel手机的“大脑”的芯片内部代号为“Redondo”，谷歌原本计划在明年发布，取代目前由三星设计的半定制芯片。然而，谷歌近期宣布将与三星继续合作，直到2025年推出完全定制版的设计，内部代号为“Laguna”。使用“完全定制”取代“半定制”的重要性在于，谷歌只有单独研发定制芯片而不再依赖三星的设计，才能使Pixel手机进一步与竞争对手的手机区分开来。The Information记者通过采访前谷歌芯片高管、半导体分析师等分析出了谷歌完全定制版芯片“跳票”背后的三大原因，其中包括：团队协作不畅、缺少研发经验、投入产出比较低等。在过去的几年里，虽然谷歌已经在其半定制设计中增加了新的机器学习和摄影功能，但谷歌的“野心”远不及此。它还希望在转向自研定制芯片后，转投台积电制造Tensor芯片，使谷歌能够在不大幅增加设备尺寸的情况下，在其设备中加入更强大、更节能的处理器。早在十多年前，苹果通过为iPhone定制芯片A系列自研手机芯片走出了一条新路，谷歌就看到了另一种可能，于是想要效仿苹果为其Pixel系列智能手机研发定制芯片。在这个过程中，谷歌曾从苹果和高通挖来许多芯片行业大人物；2018年，谷歌在印度班加罗尔组建工程师团队，招募18位技术老兵制作芯片；此外，谷歌还从英特尔、博通、英伟达等传统芯片公司挖人才。然而，谷歌虽然一直在奋力打造一枚“全定制”芯片，但事情似乎并没有按它计划般进行。
据了解“Redondo”计划的前谷歌芯片高管称，谷歌迟迟未将自研的定制Tensor推向市场，一部分原因在于该公司在美国和印度之间划分和协调工作面临挑战。将时间倒回2019年，《印度时报》曾报道，谷歌为其印度芯片部门大举招聘，致力于在终端设备的机器学习等领域研发芯片组。![]()
▲《印度时报》报道谷歌在印招聘芯片人才的新闻
彼时，谷歌设在印度班加罗尔的工程师团队对外开放了64个芯片组岗位，其中的绝大多数岗位都与芯片设计相关，涉及集成电路设计和大型系统设计、专用集成电路（ASIC）、原型现场可编程门阵列（FGPA）等领域。然而，这也造成了谷歌负责研发Tensor的大部分工程师都在印度工作，为后来谷歌全定制芯片协作困难埋下“伏笔”。此外，谷歌在印度工程师团队内部成员流动率过高也影响着芯片的研发工作。从谷歌前芯片高管的讲述来看，谷歌在过去两年中取消了多个Tensor芯片的开发，导致团队内部士气大跌。去年，Tensor芯片团队被迫删减了许多功能，但仍错过了将“Redondo”的设计交给台积电试产的最后期限。该团队在今年早些时候才将芯片设计交付给台积电，这意味着后者无法及时准备好在2024年之前进行大规模生产。这位前高管还称，台积电只会把它作为测试芯片生产，以便谷歌的硅片工程师在设计“Laguna”时从中吸取教训。这就造成了开篇所提到的，谷歌不得不与三星继续合作，直到2025年推出完全定制版的芯片。
然而团队协作不畅只是谷歌全定制芯片“跳票”其中一个原因，缺乏研发经验也是谷歌面临的一大难题。谷歌硬件主管里克·奥斯特洛（Rick Osterloh）曾指出，Pixel的问题在于，谷歌一直遇到现有成熟技术解决方案的限制，而且很难将其最先进的研究成果带到手机上，让更多用户受益。此外，谷歌并非“科班出身”，自身没有芯片方面的“元老级”人物。目前谷歌的芯片人才很多都是当初从苹果、高通、英伟达、英特尔、博通等公司挖来的。就拿目前谷歌的芯片主管史蒂夫·莫洛伊（Steve Molloy）来说，就是该公司于2018年从高通聘请来的。他曾在高通负责芯片上系统的设计，目前Tensor芯片团队向其汇报工作。自研芯片并非容易，就拿谷歌一直“对标”的苹果来说，苹果在为iPhone 4设计主芯片之前，曾在前三款iPhone上使用了三星的设计和制造工艺。在这之后，苹果又不断从三星和英国芯片设计公司Arm获得中央处理器的技术许可，直到推出iPhone 5时，苹果才使用上了自己的设计的中央处理器。从iPhone 7开始，苹果才开始专门使用台积电生产芯片。细数iPhone的发展史，第一代iPhone和iPhone 7整整相差了10年的时间。去年12月，The Information发表了一篇名为《苹果芯片人争夺战愈演愈烈》（At Apple, a War for Chip Talent Intensifes）的文章，细数了苹果公司员工外流，以及在iPhone 14 Pro图形处理器方面遇到的技术问题。就拿iPhone 14 Pro图形处理器遇到的技术问题来说，苹果工程师们希望为其增加一些新功能，然而在此基础上做出的早期原型的功耗远远超出了该公司基于软件模拟的预期，可能会损害电池寿命并使得手机过热。最后，苹果工程师不得不选择“妥协”，这也就造成iPhone 14 Pro在图形性能方面照前几代iPhone而言，进步不大。![]()
▲The Information关于苹果自研芯片的报道
另一家自研芯片的公司就不得不提Meta，虽然Meta没有自研手机芯片，但是在过去的几年里，它一直在寻求为增强现实（AR）眼镜自研芯片。将时间拉回到去年，它与三星的AR头显定制芯片合作谈崩，只好转向中国台湾联发科签订定制芯片开发协议。同时，Meta也开始选择“妥协”，计划将未来新产品中的自研定制芯片换成高通芯片。但是这又回到了谷歌最开始面对的难题：放弃了自研芯片，也就意味着很难打造出与同行差异化的产品。对Meta来说，Vision Pro的自研R1芯片已经在交互方面展现出实力，如果Meta元宇宙部门现实实验室（Reality Labs）完全倒向“高通派”，那么这只会进一步降低Meta旗下产品与市场同类产品的区分度。
最后，谷歌在推进全定制芯片的过程中，也不得不考虑投入产出比。这位前谷歌芯片高管曾提出一个耐人寻味的问题：谷歌手机的出货量远远小于苹果和三星，谷歌将时间和金钱花在自研移动芯片设计上是否明智？根据研究公司Canalys的数据，谷歌Pixel智能手机2022年的出货量为780万部，相比之下，iPhone和三星手机的出货量分别为2.32亿部和2.58亿部，iPhone的出货量约为Pixel的30倍，三星手机的出货量更是达到了Pixel的33倍。![]()
▲2022年全球智能手机市场出货量，来源：Canalys
SemiAnalysis首席分析师迪伦·帕特尔（Dylan Patel）称，谷歌在开发成本上花费了数亿美元，但却并没有带来数亿美元的利润。2016年，谷歌推出了全新的智能手机Pixel系列取代过去的Nexus系列，作为面向大众的产品，谷歌花费很多“巧思”希望占领市场，但在最初问世的几年一直销售平平，自研手机芯片彼时成为这家公司的重要发力点之一。2021年，在四年多的研发后，谷歌推出了首款用于Pixel 6的Tensor G1芯片，并将其定位为该公司首款“定制”SoC。谷歌CEO桑德尔·皮查伊（Sundar Pichai）当时还在推特上晒出该芯片，并称其为“迄今为止谷歌在Pixel领域做出的最大创新”。从照片来看，Tensor G1芯片的尺寸比一根回形针还要小，当时业内人士分析，通常回形针长约3厘米，那么这枚芯片的尺寸大约为15mm*15mm，体积非常小。从谷歌官网的公告来看，谷歌已经为Tensor芯片增加了先进的机器学习功能，使Pixel能够更好地执行边缘计算，即在手机上而不是在云端计算大量数据。这不仅加快了文本实时字幕、外语翻译和语音识别等功能的速度，同时也降低了功耗，有助于节省电量、延长手机使用时间。谷歌还宣称其某些照片功能也从Tensor G1芯片中受益，比如可以让用户删除不需要照片的Magic Eraser、准确描述肤色的Real Tone、消除面部模糊的Face Unblur功能。更重要的是，这枚芯片上还有一个与应用处理器分开的独立核心，某些涉及隐私的敏感任务可以在隔离的环境下运行，不仅可以抵御攻击，也可以更好保护个人信息。![]()
▲谷歌张量G1图，来源：谷歌官网
但据行业分析师和其他熟悉谷歌芯片设计的人士指出，这款所谓的首款“定制”SoC严重依赖三星现有的设计，而且用于Pixel 7系列的Tensor G2芯片也是如此。但在每一代新产品中，工程师们也都在逐渐用谷歌自己的知识产权取代三星的设计，其中包括通信、音频、图像和图形处理在哪的所有部件。谷歌前高管称，到2025年，谷歌计划自己设计Tensor芯片，而不是与三星合作，同时将转投台积电，使用后者3纳米制程工艺。据悉，这是一种先进封装技术，即集成扇出（Integrated Fan-Out），可以大大减少芯片的厚度，提高芯片的能效。目前来看，这是苹果几乎独家使用的一种芯片组装方法，回顾谷歌的发展史，其绝大部分收入来自销售移动搜索的数字广告。但在过去10年里，该公司逐步向硬件领域扩张。谷歌一直寻求在智能家居设备、笔记本电脑等新市场上扩大份额。如此谋划的意义在于，如果苹果等其他品牌在其设备上限制谷歌服务，谷歌也有了后备选择。Pixel是谷歌在移动设备上展示其搜索和其他服务的尝试。今年6月以来，谷歌推出了包括Pixel平板电脑和可折叠Pixel智能手机在内的新产品。在今年的财报电话会议上，谷歌CEO桑德尔·皮查伊（Sundar Pichai）称，该公司最新的Pixel机型是其有史以来最畅销的智能手机，在其运营的每个市场都获得了不少的份额。
目前来看，团队协作不畅、缺少研发经验、投入产出比较低等都影响了谷歌首款“全定制芯片”的推出，但是这并没有阻止谷歌继续探索自研芯片，这其中很大一部分原因来自于谷歌推动其手机“差异化”发展的需要。对于谷歌来说，在向硬件领域扩张的过程中，只有不断推动自研芯片的发展，才能在激烈的竞争中占有属于自己的一席之地。![]()
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