喬布斯與英特爾的十年之約已到:Mac將全面改用ARM架構
2020年06月12日17:52

一段15年的情誼即將走向盡頭。

15年前,Apple CEO Steve Jobs 對眾人說道:我們向 PowerPC 過渡已經十年了,我們認為 Intel 的技術將幫助我們在未來十年創造出最好的個人電腦。

於是,Apple旗下的Mac 系列從IBM 的PowerPC 架構轉向 Intel 的CPU 處理器架構。Jobs 對 Intel 技術的預期是 10 年——但到目前為止,基於 Intel 的技術,Apple已經在 Mac 上深耕了 15 年。

15年後,英特爾在芯片性能和製造工藝方面的優勢已經無法滿足其對Mac的需求,Mac再度轉向ARM,這是繼Motorola 、IBM以及英特爾之後,Apple迎來的Mac首款自研芯片,也將開啟新的發展路線藍圖。

撰文 | 力琴

編輯 | 四月

很長一段時間里,個人電腦Mac系列是Apple旗下唯一不採用自家處理器的產品線。

而iPhone和iPad、Apple Watch和Apple TV都搭載著Apple的自研芯片,分別包括A系列、S系列。當然,很快,Mac 芯片的空白將會填補。

從英特爾的轉向自研芯片,將使Apple對Mac電腦的性能、功能和推出時間有更多的控製權,因為它將不再需要在英特爾每次推出新的處理器時更新機型。

如今,棄用英特爾,而選擇自研芯片更直接的原因在於,英特爾在芯片性能和製造工藝方面的優勢已經無法滿足Apple對Mac的需求。

例如,MacBook、iMac和Mac mini的提升速度緩慢,而需要高性能處理的iMac Pro和Mac Pro台式機難以找到更好的“替代品”。與此同時,Apple最新的基於ARM的iPhone和iPad已經在性能方面廣泛超越競爭對手,因此在Mac產品線中採用ARM芯片並不稀奇。

Mac處理器的前兩次變革

早在1988年,史蒂夫·喬布斯聲稱所有的計算機架構、所有的計算機系統都有10年的壽命期限。“計算機的核心架構決定了計算機的性能,最終每種架構都會達到其性能極限,也終將被取代。”

在從PowerPC轉移到英特爾處理器時,史蒂夫·喬布斯對英特爾技術的預期是 10 年。但現在算起來,基於英特爾處理器,Apple已經在 Mac 上深耕了 15 年。

2005年6月6日,喬布斯與穿著宇航服的英特爾前CEO保羅·歐德寧共同宣佈,Mac將拋棄IBM的PowerPC轉向Intel的X86架構,半年後搭載了Intel Core 2 Duo處理器的新款MacBook Pro亮相。緊接著Apple公司在2006年1月推出了第一批基於英特爾處理器的Mac。

事實上,Mac 經曆過幾次重大變革。Apple前兩次在Mac中更改了整個處理器架構:從68000架構更改為PowerPC,然後從PowerPC更改為英特爾。如果Apple在2020年加入到ARM陣營,那麼這將是Mac第三次重要的變革,為之後的技術發展路線奠定基礎。

在Mac 問世之前,喬布斯和Apple公司設計了第一台個人電腦 Apple Lisa,這也是Apple第一台基於圖形用戶界面的計算機,也是Macintosh的前輩。Lisa對Apple本身的影響深遠,Apple於1984年發佈的一款PC Macintosh延續了Lisa的諸多功能,尤其是將圖形用戶界面應用到個人電腦上。喬布斯也因此加入到了Macintosh的開發小組。

原始Macintosh電腦

當時Lisa 已經使用上了Motorola 68000 處理器。直到 1984 年,Macintosh電腦問世,也繼續延續使用Motorola 68000 的處理器,在它之後的 MAC 電腦也沿襲了相同的處理器選擇方案。

但是由於Motorola68000處理器價格昂貴,運行速度緩慢。時隔10年,Apple公司從Motorola的 68K 系列架構,轉向 PowerPC 架構。為了讓所有的機器都轉而使用 PowerPC,Apple公司讓軟件開發人員重構、有時甚至重寫他們的軟件。1994年3月,Apple發佈了搭載IBM PowerPC 601 處理器的Power Macintosh 6100電腦。

為了鼓勵人們購買新機,Apple公司開放經典模式。經典模式讓用戶可以在新機器上很好地運行較老的應用程式,在用戶過渡到 PowerPC 處理器的過程中,這樣的做法很有用。保留經典模式至關重要。保留經典模式的一個真正的原因是:MAC 的核心功能(被稱為 Toolbox)十分複雜,而Apple無法及時實現對它們的轉換。

直到現在,Apple要從英特爾處理器架構脫離也是如此,兼容以及使用戶安全過渡至關重要。因為它不可能期望所有的開發者都轉而使用同一種方式開發應用程式。相反,它必須滿足那時開發者使用的所有編程環境的需求。

同樣從PowerPC更改為英特爾亦如此。Motorola的 68000 系列處理器從 1984 年持續生產到了 1994 年。從那時起,PowerPC 就一直統治著市場。直到 2005 年,Apple又一次宣佈將改變計算機架構。

那一年,喬布斯宣佈了一項計劃:在接下來的一年中,每一款Apple的 MAC 產品都會轉而使用英特爾處理器。在Apple看來,它需要更快的處理器,它想要的是擁有有前景的發展路線圖的處理器,尤其是運行起來更「cool」的處理器。顯然,PowerPC 還不夠好。

放眼於當下,英特爾現在的處境與之前PowerPC面臨的變革驚人地相似。

英特爾可能也曾設想過,Apple有一天將放棄它們的芯片,轉而使用ARM芯片來生產Mac電腦。然而,這一變化可能不會對英特爾的銷售造成太大削減,這並不是英特爾的主戰場。根據最新的Gartner數據,Mac目前占美國PC市場的12%。據估計,Apple的筆記本電腦業務占英特爾銷售額的2%至4%。

Mac 轉向 ARM 架構,意味著什麼?

現在,Apple公司計劃將整個Mac產品線過渡到ARM架構處理器。更改 Mac 架構,真的很容易嗎?Mac 的架構轉型影響多大?從系統自身出發,首先要看是否會影響macOS軟件在ARM處理器上的運行效果,以及從外部生態出發,是否會對整個 Mac 軟硬件生態變化產生劇烈影響。

首先是兼容性。我們回顧下前兩次Apple更換CPU架構的經曆就可知道答案。

當年,Apple從68000架構過渡到PowerPC時,並沒有大幅度改變操作系統。PowerPC支援在System 7.1中出現,而對68000系列Mac的支援則在System 8.5中結束。到2012年Apple過渡到Mac OS X時,該公司已經多年沒有銷售基於68000的Mac了。

同樣的事情也發生在PowerPC向英特爾處理器過渡的過程中。在PowerPC向英特爾過渡的過程中,Apple推出了Rosetta,該軟件可以讓英特爾Mac運行許多為PowerPC編寫的應用程式。為了緩解過渡期,Apple 使用軟件模擬那些沒有重新編寫以支援新架構的應用程式。

相比之下,Apple自研Mac處理器的過渡應該也是類似的。即將推出的macOS 10.16可能會在搭載英特爾和Apple處理器的Mac上出貨,Apple會提供某種軟件翻譯功能,使一些x86處理器的軟件能夠在ARM處理器上運行。自然不必過度擔心軟件兼容性的問題。

其次是整個 Mac 軟硬件生態變化,這方面並不容易,尤其要拉攏開發者。

當時在WWDC 2005 上,Apple並未推出基於英特爾架構的新品,而是發佈了一個面向開發者的 Developer Transiton Kit 系統。後來到了 2006 年,Apple發佈了基於 Intel 處理器的 iMac 設備,開發者可以用Developer Transiton Kit直接換一台。中間還需要通過各種方式拉攏大量開發者從 PowerPC 轉向 X86。

而Apple此次要調整Mac 處理器架構,同樣也需要做大量類似的工作。不過鑒於Apple如今如此強大的市場地位和影響力,在這方面不用過分擔憂。

對於此次架構的調整,Apple還為外部開發者考慮周到,將為外部開發者留出時間,讓他們在2021年新Mac推出前做調整。因此芯片調整的計劃可能會有所推遲。Apple自研處理器使用的是ARM架構技術,這一架構不同於英特爾芯片所使用的底層技術,所以開發者需要時間為新芯片優化他們的軟件。

新的Mac芯片發展藍圖

Apple棄用英特爾處理的決心已經非常明顯,英特爾在芯片性能和製造工藝方面的優勢已經無法滿足Apple對Mac的需求。Apple需要的是,更具發展前景的處理器,透過彭博社和venturebeat的報導,我們可以略知一二。

據彭博社報導,Apple正在研發至少三款基於ARM架構的 Mac 處理器,已獲得ARM處理器的許可技術,採用與iPad和iPhone處理器相同的技術。

首款Mac芯片基於A14芯片拓展,由台積電基於5納米製造工藝生產,採用8個高性能CPU核心和至少4個節能核心,共計12個核心。

而目前iPad Pro所使用的A12Z芯片擁有8個核心,分別4個高性能核心和4個節能核心。

此次首款Mac芯片採用的是基於 ARM 架構的 A 系列芯片。目前,最新款 iPhone 內置的 A13 Bionic 芯片堪稱是業界性能最強的 ARM 架構芯片,出現在iPad 平板電腦產品線上。

第一款搭載基於ARM處理器的Mac將在2021年問世。新的Mac電腦將繼續運行macOS,而不用切換到iOS,這與現有使用高通ARM處理器的Windows筆記本電腦的做法類似。由於首批定製的Mac芯片性能較低,無法達到英特爾為高端MacBook Pro、iMac和Mac Pro台式計算機提供的性能,所以首批使用定製芯片的會是新的非專業級電腦。

實際上,早在2018年,Apple就基於當年的iPad Pro A12X處理器開發了一款Mac芯片原型機。這款原型機的成功被認為給了該公司信心,將轉型目標定在最早的2020年。

無論如何,這次轉變將是MacBook產品線自2005年宣佈改用英特爾處理器以來最大的變化。

據Apple公司對使用基於ARM的芯片的Mac進行的內部測試表明,與英特爾的芯片相比,Apple的新芯片預計也會更加強大和省電,未來的Mac將會更快更薄。另外,轉用ARM有望讓Apple將其處理器成本降低40%至60%。

基於Apple與台積電多年的密切合作,以後生產的芯片會更小,且同樣強大。台積電是目前全球僅有的兩家擁有2納米製造工藝的公司之一。雙方近年來已經合作了多款A系列芯片,包括今年年底,即將商用的首批5納米芯片“A14”。

據venturebeat報導,Apple正在研發5納米芯片可能會有兩個系列,一個是用於筆記本電腦和筆記本級的Mac,另一個是用於類似iMac Pro和Mac Pro的超高性能台式機。

Apple公司是否為這些Mac ARM處理器採用X系列,Z系列或其他芯片仍待觀察。根據venturebeat梳理AppleMac芯片在2025年之前發展的藍圖來看,可選擇的Mac電腦芯片不少。

2020年:用於iPhone的5納米A14,用於Apple Watch的S6,以及可能用於iPad的5納米A14X。除非計劃在Mac上使用A14X,否則Apple將在2021之前公佈入門級Mac筆記本電腦芯片。

2021年:用於iPhone的5納米A15,適用於Apple Watch的S7,最可能適用於iPad的A14X / A15X,可適用於商業版本的Mac筆記本電腦和台式機。

2022年:用於iPhone的3納米A16,適用於Apple Watch的S8,可能適用於iPad的A16X,可適用於第二代Mac筆記本電腦和台式機芯片。

2023年:用於iPhone的3納米A17,適用於Apple Watch的S9,可能適用於iPad的A17X或者第三代Mac筆記本電腦和台式機芯片以及5或3納米Apple智能眼鏡芯片。

2024/2025:用於iPhone的2納米A18,適用於Apple Watch的S10,適用於iPad的A17X / A18X,或者第四代Mac筆記本電腦和台式機芯片,以及第二代3納米Apple智能眼鏡芯片。

Apple處理器傳承了iPhone和iPad中的A系列,這隻是最合理的做法。Apple還將能夠利用台積電未來更好的芯片製造技術,使用台灣的代工廠製造其芯片設計。

近年來,台積電在製造更小、更先進的芯片節點方面的優勢已經領先英特爾。如果Apple能夠製造出性能更好、更省電的芯片,那說明它已經能夠在智能手機市場上證明了這種能力,基於ARM的Mac可能會憑藉其差異化的特點在PC市場獲得更大的份額。

原標題:《喬布斯與英特爾的「十年之約」已到:Mac將全面改用ARM架構》

原創 力琴 機器之能

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