Dat Apple voor alle producten eigen chips maakt, lijkt vandaag een vanzelfsprekendheid. Maar de start was een zware gok om op lange termijn betere producten te bouwen. ‘Je bouwt geen disruptieve producten met legacy chips,’ zegt Johny Srouji, hoofd hardwaretechnologie bij Apple.
Srouji speelt als Senior Vicepresident Hardware Technologies een cruciale rol in wat het bedrijf op de markt brengt. Hij kwam in 2008 aan boord en ontwikkelde sinds de Apple A4 in 2010 een reeks chips exclusief voor Apple, van de iPhone tot de Apple Vision Pro.
Het is voor dat innovatietraject dat hij op imec’s ITF World de imec Innovation Award ontvangt, een prijs die eerder al ging naar andere grote namen zoals Lisa Su (AMD), Bill Gates of Lip Bu-Tan (toen CEO van Cadence Design Systems, sinds kort de nieuwe CEO van Intel). Voor Srouji een zeer zeldzame gelegenheid om toe te lichten hoe Apple inzet op eigen chips om de limieten van het mogelijke te verleggen.
‘Midden in de jaren 00’ werkten we aan een nieuw product met een heel andere user interface en heel andere functies,’ zegt Srouji, verwijzend naar de eerste iPhone. ‘Een volledige computer, maar kleiner en dunner. En omdat het vaak zou worden gebruikt, was er een beperkt energiebudget. We hadden eigen silicon nodig.’
We hadden eigen silicon nodig
Apple heeft volgens Srouji de afweging gemaakt om bij een externe partij aan te kloppen. ‘We konden exacte hoeveelheden en specificaties vragen bij een toeleverancier, zelf ontwikkelen zou moeilijker zijn omdat je de juiste mensen moet hebben die het design perfect krijgen. Maar tegelijk zou een eigen chip het efficiëntste pad zijn, want dan ontwikkelen we wat we willen, specifiek voor onze doelen. Anders gingen we ons niet kunnen onderscheiden.’
Vandaag ontwerpen Samsung, Huawei en Xiaomi hun eigen chips. Andere spelers kloppen doorgaans aan bij Qualcomm of Mediatek. ‘De meeste smartphone silicon providers hadden niet de juiste technologie om een aanraakinterface te ondersteunen. We konden er niet mee doen wat we wilden realiseren. Disruptieve producten bouw je niet met legacy chips.’
Smartphones bestonden al voor de iPhone, maar die waren hoofdzakelijk een kleine versie van de klassieke pc. Nadat de iPhone uitkwam in juni 2007 volgde pas anderhalf jaar later, in oktober 2008, de eerste Android-telefoon, de HTC Dream (in de VS bekend als de T-Mobile G1), maar die had geen multitouch. Al kwam dat hoofdzakelijk omdat Apple de patenten daarvoor in handen had.
Uitbouwen en opschalen
Die eerste iPhone-chip was de Apple A4, een single core CPU en GPU met 190 miljoen transistors. Later zou die chip ook opduiken in de eerste iPad. ‘Maar we wisten toen al dat de iPad zijn eigen chip nodig had met meer rekenkracht en bandbreedte. We herhaalden het proces, maar op maat van de iPad.
De volgende stap was om weer kleiner te gaan met de Apple Watch. ‘Plots ging het niet meer om milliwats maar microwats,’ vertelt Srouji. Die chip was de Apple S1, met 338 miljoen transistors op een 28 nanometer chip.
De Apple Watch effende het pad voor de AirPods, en hoewel die niet worden gezien als een baken van rekenkracht, benadrukt Srouji dat daar meer dan elders een chip op maat nodig was: de W1, een 65 nanometer chip met 53 miljoen transistors. ‘Daar hebben we geïntegreerde connectiviteit geleverd met bluetooth, ultra low power audio processing en dat met nog striktere stroomvereisten dan voorheen.
Geen back-up plan voor de Mac
Srouji vertelt enthousiast over de nieuwe producten waarvoor hij de chips ontwikkelde. Maar een van de grootste uitdagingen kwam er toen Apple in 2020 voor de Mac overstapte van Intel naar eigen chips. ‘Dat was een grote gok.’
‘Er was geen back-up plan, we gingen geen gesplitste productlijn uitbrengen met twee soorten chips. Maar de M1 gebruikte dezelfde schaalbare architectuur waar we toen al een decennium aan werkten, sinds de iPhone.’ De rekenvereisten van de Mac waren veel zwaarder dan bij andere producten, de GPU was groter, de CPU moest meer en bredere toepassingen kunnen aansturen. Naast de M1 kwam er ook de zwaardere M1 Pro en M1 Max en M1 Ultra, die laatste is een 5 nanometer chip met 114 miljard transistors.
Aanloop naar de Vision Pro
Srouji ziet de verschillende ontwikkelingen over de toestellen heen als bouwstenen. Door het hele proces te beheersen, kon Apple software en hardware perfect op elkaar afstemmen, in combinatie met chips die kleiner maar performanter werden. Dat effende het pad voor een volledig nieuw toestel begin 2024: de Apple Vision Pro.
‘Hiervoor hadden we de efficiëntie van Apple Silicon nodig, onder meer om twee hoge resolutie schermen in realtime te laten communiceren. Het vereiste een nauwe samenwerking tussen de chips, sensoren, camera’s, displays en de software. Het is een toppunt van technologie!’
Focus en controle
Apple ontwerpt graag haar eigen chips omdat het haar meer vrijheid geeft. Maar Srouji geeft ook mee wat hij heeft geleerd in de afgelopen twee decennia.
‘Je moet system focused design hebben. Onze chips zijn geoptimaliseerd zodat de kracht en het stroomverbruik overeenkomt met de noden. Dat doen we voor elk toestel en dat kunnen we door verticale integratie van technologie, hardware en software. We zijn enkel beperkt door de fysica.’
We zijn enkel beperkt door de fysica.
Als tweede punt benadrukt hij het belang van grote risico’s. ‘Een technologiebedrijf met een diepe pijplijn moet een aantal big bets op lange termijn maken. Je maakt die lang op voorhand, of het nu over architectuur gaat, of over de manier waarop je bepaalde zaken bouwt,’
‘Maar je moet ook kunnen aanpassen indien nodig. Apple heeft daar een unieke positie in, we hebben een diepe stack waardoor we die big bets doen. Maar we kunnen daarom ook bijsturen als dat nodig is.’ Bij welke producten of in welke mate dat nodig is geweest, verklapt hij niet.
Lang vooruit plannen
Srouji benadrukt dat zo efficiënt mogelijk werken voor meer prestaties zorgt. Hij zegt het niet letterlijk, maar we leiden er uit af dat door producten als de iPhone optimaal te laten omgaan met batterijcapaciteit, het de toestellen ook dunner kon maken. Maar het is ook een kwestie van lang op voorhand weten waar je naartoe wil, nog voor de chip zelf klaar is.
Het is dankzij imec dat we al deze vooruitgang kunnen bereiken.
‘Silicon vergeeft niet. Je wil zo veel mogelijk werk doen voor je de chip maakt: een goede architectuur, zo veel mogelijk validatie op voorhand, al die stappen kosten maanden want je wil geen fundamentele obstakels ontdekken eens je de chip hebt.
‘Gebruik daarbij altijd de allerbeste tools en technologie die er zijn. Je wil enkel beperkt zijn door de wetten van de fysica en niets anders.’
Srouji besluit zijn keynote op ITF world met een dankwoord aan imec zelf. Waar hij erkent dat de innovatie van Apple er mede is gekomen door het Vlaams onderzoekscentrum. ‘De innovatie bij imec is fundamenteel voor al deze verbeteringen. Het is dankzij imec, samen met onze foundries en partners, dat we al deze vooruitgang kunnen bereiken en nieuwe revolutionaire producten kunnen bouwen.’
