2017年是iPhone誕生以來的第十個(gè)年頭，理所當(dāng)然地受到媒體的廣泛關(guān)注。蘋果(Apple)還為此改變了沿用多年的命名規(guī)律，推出iPhone X；而TechInsights的拆解團(tuán)隊(duì)則為此里程碑采取另一種分析途徑，著眼于這款手機(jī)所帶來的硬體演進(jìn)與創(chuàng)新。

特別是隨著iPhone 8/8 Plus的發(fā)表，回顧這支手機(jī)從2007年以來的演進(jìn)以及Apple為其進(jìn)行的硬體選擇，將有助于了解Apple的產(chǎn)品開發(fā)策略與未來方向。

第一代iPhone：最初的創(chuàng)新

在第一支iPhone的發(fā)布會(huì)上，Apple前執(zhí)行長(zhǎng)賈伯斯(Steve Jobs)將其形容為「具有觸控功能的寬螢?zāi)籭Pod，一款具有革命性和突破性網(wǎng)際網(wǎng)路通訊功能的手機(jī)裝置」。他確實(shí)將手機(jī)螢?zāi)蛔龃罅恕?.5吋(當(dāng)然不是目前所認(rèn)為的大尺寸)，并透過螢?zāi)槐澈蟮能涹w定義這支手機(jī)，使其實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控功能，讓使用者透過觸控或翻轉(zhuǎn)手機(jī)選擇音樂清單和照片、放大和縮小螢?zāi)?，以及讓螢?zāi)贿B接至各種功能，當(dāng)然也提供了文字鍵盤。螢?zāi)槐旧碇г喈?dāng)高的解析度(以當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)而言)，包括160ppi與200萬(wàn)畫素相機(jī)。

第一代iPhone的電子元件分別位于兩塊電路板 

蘋果還將其Safari瀏覽器移植到手機(jī)上，并加強(qiáng)了電子郵件功能，提供比任何競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品更加豐富的介面，各種功能的組合使得iPhone成為當(dāng)時(shí)最獨(dú)特的手機(jī)。

當(dāng)時(shí)最令人印象深刻的是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)加速度計(jì)，它能讓螢?zāi)环D(zhuǎn)以橫向格式查看圖片和視訊。那時(shí)還沒有人這么做，也很少有手機(jī)結(jié)合MEMS功能，就算有也只是用于一些與螢?zāi)粺o(wú)關(guān)的應(yīng)用程式。而當(dāng)Apple一推出MEMS應(yīng)用，不久就有應(yīng)用開發(fā)社群加以擴(kuò)展了。

此外，它還支援環(huán)境光和近接感測(cè)器，可用于調(diào)整螢?zāi)涣炼?，并在通話時(shí)關(guān)閉觸控螢?zāi)还δ?，以避免誤觸而啟動(dòng)其他功能。

Chipworks在2007年7月拆解了第一代iPhone，其電子元件分別位于兩塊電路板——iPod與無(wú)線?？纯礋o(wú)線部份的電路板，還可以了解當(dāng)時(shí)的業(yè)界供應(yīng)商動(dòng)態(tài)。

透過拆解與分析，可一窺當(dāng)時(shí)的元件供應(yīng)商動(dòng)態(tài)... 

自從英飛凌(Infineon)將其無(wú)線部門賣給英特爾(Intel)、CSR被高通(Qualcomm)吸收，Skyworks至今仍然是射頻(RF)前端的主要廠商。遺憾的是，我們一直無(wú)法確定Apple采用誰(shuí)家的EDGE多芯片封裝(MCP)。值得注意的是內(nèi)部的Peregrine開關(guān)采用了藍(lán)寶石硅晶(silicon-on-sapphire)技術(shù)，雖然不是率先采用但極其罕見。Peregrine如今隸屬于村田(Murata)，所開發(fā)的UltraCMOS制程已成為RF-SOI(甚至是300mm晶圓)的最大用戶之一。

另一塊電路板包括應(yīng)用處理器+DRAM、快閃記憶體、音訊編解碼器、電源管理芯片和MEMS。還有凌力爾特科技(Linear Tech)的USB電源管理和美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體(NS)的行動(dòng)畫素連接(MPL)介面芯片。相機(jī)則是由美光(Micron)制造的。

同樣地，我們?cè)诖艘娮C了業(yè)界的發(fā)展變化；Wolfson如今屬于Cirrus、德州儀器(TI)收購(gòu)了NS，美光的相機(jī)業(yè)務(wù)賣給Aptina成為現(xiàn)在的安森美(ON Semi)，而恩智浦(NXP)即將被高通收購(gòu)(如果監(jiān)管機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)的話)。

事實(shí)上，iPhone的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)或其出色性能并不是建立在其中某一款獨(dú)特的先進(jìn)芯片上，而是整合了創(chuàng)新的觸控螢?zāi)?、多種應(yīng)用以及流暢的設(shè)計(jì)。

從封裝來看，iPhone遵循手機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，完整地套用當(dāng)時(shí)流行的密集封裝：兩個(gè)MCP (Peregrine開關(guān)和英特爾的記憶體)、三星(Samsung) NAND快閃記憶體的雙層堆疊，以及三星應(yīng)用處理器+SDRAM的PoP封裝。Marvell和CSR的芯片則采用覆晶(flip-chip)封裝。

早期iPhone的第二塊主板元件(a)，以及應(yīng)用處理器芯片與芯片標(biāo)記(b) 

轉(zhuǎn)折點(diǎn)：iPhone 4

從過去十年間所拆解的iPhone來看，iPhone 4可說是一個(gè)發(fā)展的轉(zhuǎn)捩點(diǎn)，因?yàn)锳pple開始將手機(jī)主板從單面PCB改成更緊湊且高密度的雙面PCB。

iPhone 4的主板(a)、芯片與芯片標(biāo)記(b) 

更重要的是Apple自此時(shí)開始使用A系列應(yīng)用處理器，雖然在iPad中率先使用，但iPhone 4所用的剛好稱為A4。

從第一代iPhone到iPhone 3GS都采用三星的處理器，iPhone 4開始才使用自家設(shè)計(jì)的A系列處理器，而后在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，A系列處理器一直都由三星代工，直到A8才加入臺(tái)積電(TSMC)代工。

iPhone應(yīng)用處理器的十年進(jìn)展，反映芯片制程技術(shù)從90nm到10nm (A10)的變化 

iPhone 4同時(shí)也是最先使用羅盤芯片、陀螺儀與三軸加速度計(jì)的iPhone；相機(jī)升級(jí)至具有視訊功能的5M畫素單元(當(dāng)時(shí)還沒有自拍鏡頭，5S以后才有)。無(wú)線方面則升級(jí)至涵蓋3G CDMA和2G GSM標(biāo)準(zhǔn)，但仍然采用3.5吋螢?zāi)弧?

后置相機(jī)影像感測(cè)器的一些變化也值得回顧。第一代iPhone誕生時(shí)采用的是Micron Imaging的CMOS影像感測(cè)器(CIS)，當(dāng)時(shí)該公司的CIS市占率排名第二，而Sony還只能排名第五。Apple于2009年選擇OmniVision的背照式OmniBSI平臺(tái)，取代了Micron，直到2011年后才開始改用Sony的客制化解決方案，如今它在CIS市占率方面已處于領(lǐng)先地位。

從iPhone 4S后開始采用Sony的影像感測(cè)器 

iPhone 7和7 Plus

相較于原始的iPhone設(shè)計(jì)，iPhone 7系列幾乎已沒什么辨識(shí)度了。7系列機(jī)型支援4G LTE，可作業(yè)于40余種無(wú)線頻段，并配備載波聚合(CA)功能，以提升其訊號(hào)靈敏度。螢?zāi)徊捎?D Touch壓敏多點(diǎn)觸控技術(shù)，分別為iPhone 7與7 Plus提供326-ppi的4.7吋螢?zāi)?，以?01-ppi的5.5吋螢?zāi)弧?

iPhone 7系列提供7M畫素的前置自拍相機(jī)——iPhone 7的主相機(jī)支援12M畫素單元，7 Plus則配備雙鏡頭相機(jī)，分別是f/1.8孔徑的12M廣角和f/2.8孔徑的遠(yuǎn)攝相機(jī)，以及2倍光學(xué)變焦與10倍數(shù)位變焦。自拍相機(jī)部份采用ST的飛行時(shí)間(ToF)感測(cè)器，作為近接(或可能的自動(dòng)對(duì)焦)偵測(cè)器。

Apple在iPhone 5S時(shí)導(dǎo)入指紋感測(cè)器，到7系列已進(jìn)展至第二代。除了動(dòng)作和方向感測(cè)器，還加進(jìn)了氣壓、溫度和濕度感測(cè)器，以及心率監(jiān)測(cè)器等功能。

iPhone目前擁有33億個(gè)電晶體、64位元的四核心A10處理器，采用臺(tái)積電的16nm技術(shù)、6核心GPU和2GB DRAM (Plus手機(jī)從前一代6S Plus的128MB升級(jí)至3GB)。由于快閃記憶體(flash)的進(jìn)步，以及對(duì)于越來越多資料的需求，記憶體最高容量在十年間從8GB提升至256GB。

A10芯片圖及其芯片標(biāo)記

隨著無(wú)線功能擴(kuò)展，主板的RF端越來越復(fù)雜。北美版本的iPhone手機(jī)中，英特爾利用收購(gòu)自英飛凌的技術(shù)獲得了一些設(shè)計(jì)訂單(其他地區(qū)的版本則采用高通芯片)。此外，我們還看到也了Skyworks、Broadcom/Avago、TDK和Qorvo的芯片。

iPhone 7手機(jī)電路板的拆解顯示采用了更多的元件

以半導(dǎo)體邏輯元件的整合觀點(diǎn)來看，較新的手機(jī)通常會(huì)采用更少的元件。然而，由于新一代的手機(jī)應(yīng)用范圍十分廣泛，主板實(shí)際上采用了更多的芯片。

目前iPhone的每個(gè)元件幾乎都十分先進(jìn)或采用客制化設(shè)計(jì)，包括從RF前端到電源管理芯片、相機(jī)、記憶體，以及采用最新FinFET制程打造的A10處理器等。A10處理器率先采用臺(tái)積電的InFO技術(shù)，板上的其他許多芯片則采用芯片級(jí)覆晶封裝。

iPhone的制造成本比較

在十年之間，8GB容量的第一代iPhone售價(jià)599美元，進(jìn)展到32GB iPhone 7時(shí)起價(jià)為649美元，透過比較就能看出制造成本如何隨時(shí)間而變化。

2007年，TechInsights估計(jì)第一代iPhone的制造成本為221.45美元。針對(duì)iPhone 7的制造成本最佳估計(jì)為253.82美元，較原始版本貴了32.37美元。盡管這款手機(jī)在性能和功能方面取得重大進(jìn)展，但Apple也成功地控制了成本。

原始的iPhone配備了Apple設(shè)計(jì)、由三星生產(chǎn)的應(yīng)用處理器，以及英飛凌的GSM/EDGE基頻處理器，這一組合估計(jì)約為22.58美元。而iPhone 7配備由臺(tái)積電制造的Apple A10應(yīng)用處理器和高通MDM9645 LTE基頻處理器；這種更強(qiáng)大的元件組合最多增加了58.45美元，即原始成本的2.6倍。然而，在此情況下，手機(jī)用戶也獲得了2.34 GHz的四核心處理器以及LTE Advanced的數(shù)據(jù)機(jī)。

原始8GB iPhone和32GB iPhone 7的成本比較

 

成本差異較顯著的領(lǐng)域還有連接能力和感測(cè)器。這部份的元件成本讓原始iPhone增加了8.21美元，iPhone 7則增加13.61美元或多了1.6倍。兩款手機(jī)都配備了Wi-Fi、藍(lán)牙和加速度計(jì)。iPhone 7中還增加了安全的NFC、陀螺儀、羅盤、氣壓感測(cè)器、Touch ID和環(huán)境光感應(yīng)元件。

從第一代iPhone到iPhone 7系列，相機(jī)類的成本從7.10美元上漲到23.31美元，漲幅為3.3倍。雖然原始iPhone采用2M畫素相機(jī)，但iPhone 7支援7M畫素前置相機(jī)、12M畫素的后置相機(jī)和LED閃光燈。

不斷地增加了這么多元件，Apple如何節(jié)省成本？其方式之一來自于顯示器/觸控模組。十年前，原始版3.5吋TFT顯示器的成本約60.68美元，而iPhone 7采用的4.7吋TFT (延續(xù)自iPhone 6/6S)市場(chǎng)成本目前約32.48美元。十年是一段漫長(zhǎng)的時(shí)間，足以帶動(dòng)這些元件的成本下降。以目前的市場(chǎng)成本來看，3.5吋的顯示器/觸控模組價(jià)格大約在10-15美元之間。

另一個(gè)可節(jié)省成本的領(lǐng)域是記憶體。十年前，Apple為其iPhone配備8GB (當(dāng)時(shí)的高階) MLC NAND和128MB DDR SDRAM。8GB NAND在60美元成本中占據(jù)了很大一部份(當(dāng)時(shí)大多數(shù)裝置搭配的是2GB NAND)。到了iPhone 7已配備高達(dá)32GB MLC NAND和2GB LPDDR4 SDRAM了。該類別的元件成本在這款機(jī)型中增加了1倍，而DDR4甚至占這一類別21.49美元的三分之二。

我們還看到混合訊號(hào)/RF類的成本呈現(xiàn)爆發(fā)式成長(zhǎng)。該類別主要由構(gòu)成RF部份(收發(fā)器、功率放大器、濾波器、RF開關(guān)等)的元件所組成。原始iPhone僅采用GSM/EDGE的成本為4.70美元。iPhone 7由于增加許多HSPA和LTE頻段，導(dǎo)致成本躍升至24.53美元。據(jù)此而言，更多的功能和復(fù)雜度意味著更高成本。

同樣地，電源管理/音訊類在iPhone 7時(shí)變得越來越復(fù)雜，使其成本從6.95美元增加到10.56美元。

其他電子元件也有類似的增加態(tài)勢(shì)。原始iPhone時(shí)約15.89美元的成本，到了iPhone 7時(shí)提高到23.47美元。事實(shí)上，從成本角度來看，手機(jī)的差異可歸結(jié)于更多的元件和功能。

兩支手機(jī)之間的機(jī)械成本則大致相當(dāng)，原始iPhone的成本為17.24美元，iPhone 7的成本為18.76美元。從這部份來看，其差異就在于制造過程。

測(cè)試/組裝/輔助材料類的成本則從13.04美元增加到21.33美元，這主要來自于更高的勞動(dòng)力成本、組裝時(shí)間以及增加了更多元件。

結(jié)語(yǔ)

過去十年來，Apple將其iPhone產(chǎn)品線業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)得有聲有色。從首款iPhone到iPhone 7，Apple隨時(shí)間演進(jìn)逐步更新以控制其制造成本，而不是跳躍式進(jìn)展。該公司節(jié)制地使用特定技術(shù)(如AMOLED顯示器及其較TFT的成本溢價(jià))，以免壓縮其利潤(rùn)或?qū)е率蹆r(jià)增加到超過原有位置。Apple還有效維持了市面上的售價(jià)，僅在iPhone 7略微增加。

隨著iPhone 8與iPhone X的發(fā)表，整體來看，iPhone 8并沒有太多的功能升級(jí)，它仍然是Apple遞增手機(jī)功能計(jì)劃中的一步，有時(shí)在軟體上的更新進(jìn)展比硬體更顯著。預(yù)計(jì)要到售價(jià)999美元的iPhone X才會(huì)有更大的進(jìn)展，但這至少要到11月以后上市才能知曉了。

未來，Apple將會(huì)繼續(xù)在其先進(jìn)設(shè)計(jì)上遞增功能，還是擁抱更多未知的新技術(shù)？無(wú)論如何，iPhone的演進(jìn)路徑讓我們期待看到另一個(gè)10年的更多進(jìn)展。

2017-11-16  來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察 

文章關(guān)鍵詞： 韋爾半導(dǎo)體  香港華清電子(集團(tuán))有限公司  iPhone