為什么Apple的Mac現(xiàn)在可以放棄Intel x86并轉(zhuǎn)向ARM

2005年，史蒂夫喬布斯宣布蘋果將轉(zhuǎn)向使用PC標準的英特爾x86處理器。十五年后，蘋果公司似乎準備進行另一次CPU轉(zhuǎn)變，這可能在技術(shù)的未來發(fā)展得更為重要。這就是原因。

五年前，我寫了“ 五個障礙可能讓蘋果公司將英特爾Mac轉(zhuǎn)移到定制的ARM芯片上。” 雖然這些因素確實解釋了為什么Mac還沒有轉(zhuǎn)換到ARM處理器，但在過去五年中情況發(fā)生了重大變化。

Apple最初將Macs移至英特爾有充分理由。2006年，Apple沒有任何重要的內(nèi)部芯片設(shè)計團隊，也沒有足夠的資金去開發(fā)自己的芯片技術(shù)。利用英特爾已經(jīng)完成的工作 - 并且可以出售 - 不僅有意義，而且是迄今為止Apple最少的選擇中最好的。

然而，在2007年推出iPhone并開始投資定制ARM應(yīng)用程序處理器設(shè)計，使其能夠使用自己的定制A4芯片而非英特爾處理器交付2010 iPad時，Apple開始逐步改變游戲規(guī)則。

到2015年，蘋果公司是全球領(lǐng)先的移動芯片設(shè)計公司之一，并且由于大量有利可圖的移動設(shè)備銷售 - 擁有1500億美元的現(xiàn)金用于開展雄心勃勃的新項目?？爝M到今天：Apple已經(jīng)推出了另外五代新一代A系列芯片，這些芯片現(xiàn)在可以輕松地與英特爾的移動筆記本電腦處理器相媲美。

蘋果公司從完全依賴英特爾芯片邁向Mac的未來發(fā)展到今天的狀態(tài)，在建立十年先進的A系列移動應(yīng)用處理器方面優(yōu)于英特爾，這與微軟從辦公室轉(zhuǎn)變的早期歷史有一些相似之處應(yīng)用程序供應(yīng)商在80年代中期依賴于Macintosh，十年后成為PC行業(yè)的領(lǐng)先操作系統(tǒng)供應(yīng)商。

英特爾并未在處理器技術(shù)方面保持領(lǐng)先地位

與此同時，英特爾未能在x86處理器效率或計算能力方面實現(xiàn)相應(yīng)大幅度的新增長，能夠保持競爭優(yōu)勢，遠遠超過蘋果在iPhone或iPad Pro設(shè)備中使用的內(nèi)部A系列應(yīng)用處理器。將Mac轉(zhuǎn)移到定制Apple芯片的情況也越來越強。

此外，自20世紀90年代以來推動英特爾x86芯片開發(fā)的WinTel PC銷售已經(jīng)穩(wěn)定了好幾年了。多年來，Apple的Mac銷售增長幾乎每個季度都超過了大型PC行業(yè)。由于PC銷量的新增長很少，PC筆記本電腦的價格下跌并沒有推動研發(fā)的巨大新飛躍。相反，英特爾專注于構(gòu)建其他類型的處理器，這些處理器可以在更具吸引力的市場中賺錢。

英特爾試圖通過其Atom x86進入移動應(yīng)用處理器市場與谷歌和Android合作，并試圖支持PC服務(wù)器的優(yōu)質(zhì)芯片銷售。除了傳統(tǒng)的x86 CPU之外，英特爾還收購了英飛凌進入基帶處理器市場。這些調(diào)制解調(diào)器芯片將專用的ARM CPU與無線電路配對，管理移動設(shè)備的無線功能。

在蘋果公司采用iPhone調(diào)制解調(diào)器之后，英特爾最近在移動寬帶芯片方面獲得相關(guān)性的努力獲得了暫時的勝利。但現(xiàn)在未來的iPhone將使用高通調(diào)制解調(diào)器并最終使用蘋果自己的調(diào)制解調(diào)器，英特爾也將失去所有的移動業(yè)務(wù)，促使它完全退出5G競賽。

隨著英特爾作為PC芯片制造商的整體表現(xiàn)逐漸消退，此前引用的另一個因素是蘋果可能不想離開x86的原因看起來也不那么重要了。通過在x86 Mac上實現(xiàn)標準化，Apple可能擁有來自Intel和AMD的潛在雙源芯片。然而，Apple從來沒有這樣做過，并且在沒有保持多個來源的情況下，同時也沒有任何真正的問題來提供自己的A系列芯片。

在爭奪調(diào)制解調(diào)器后，Apple已準備好擁有自己的供應(yīng)

要了解為什么Apple可能希望擁有自己的Mac處理器供應(yīng)而不是依靠英特爾，請考慮其最近的歷史，即努力管理高通和英特爾的移動調(diào)制解調(diào)器基帶處理器供應(yīng)。在高通試驗期間，

蘋果公司高管在法庭證詞中解釋說，他們曾試圖在2013年的iPad mini 2中使用英特爾調(diào)制解調(diào)器，但高通公司已經(jīng)將其強大的功能發(fā)揮得像是“為了我們的頭腦”而讓蘋果完全依賴高通公司的芯片。

隨著合同爭議的建立，蘋果公司對高通公司的替代品越來越感興趣，并希望英特爾能證明能夠提供可行的路線圖。在2016年和2017年，Apple開始使用高通和英特爾基帶處理器為其iPhone開發(fā)雙源調(diào)制解調(diào)器。然而，在2018年，高通公司拒絕完全向Apple出售其芯片，迫使iPhone使用英特爾的調(diào)制解調(diào)器。

雖然英特爾現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)器僅略微落后于高通公司，但高通公司似乎可以在即將轉(zhuǎn)向5G調(diào)制解調(diào)器方面獲得更大的領(lǐng)先優(yōu)勢，有可能將蘋果公司未來的iPhone推向高通公司的安卓公司，轉(zhuǎn)型為5G。

由于很明顯英特爾無法在競爭激烈的時間段內(nèi)推出自己的5G調(diào)制解調(diào)器，因此蘋果公司與高通公司達成了協(xié)議，并抹去了對英特爾的任何希望，更傾向于應(yīng)對短期依賴高通調(diào)制解調(diào)器，同時承擔(dān)內(nèi)部計劃建設(shè)它自己未來的iPhone調(diào)制解調(diào)器之路。

如果Apple有信心投資自己的獨立于英特爾的基帶調(diào)制解調(diào)器開發(fā) - 這是一項前所未有的專業(yè)業(yè)務(wù) - 它應(yīng)該對構(gòu)建自己的Mac應(yīng)用處理器更有信心，因為它進入了定制的CPU設(shè)計業(yè)務(wù)十多年前，它一直在移動行業(yè)引領(lǐng)定制移動CPU。

Apple的A系列移動芯片已經(jīng)超越了德州儀器(TI)的競爭對手應(yīng)用處理器，Nvidia，高通和三星，并且遠遠領(lǐng)先于包括華為麒麟在內(nèi)的并行定制ARM開發(fā)。鑒于手機和平板電腦移動市場的資金比全球個人電腦更多，蘋果公司可以明顯利用其在移動領(lǐng)域的巨大，高利潤和獨特地位來調(diào)整其現(xiàn)有的CPU和GPU技術(shù)，為其Mac構(gòu)建處理器筆記本電腦。唯一的問題是，“它想要嗎?”

證據(jù)蘋果正朝著Mac的非英特爾未來發(fā)展

在硬件方面，Apple不僅僅是為移動A系列芯片構(gòu)建自己的定制CPU。A系列芯片封裝現(xiàn)在還包括Apple自己的GPU，以及定制內(nèi)存控制器，存儲控制器，用于管理Touch ID和Face ID相關(guān)認證的Secure Enclave，支持高級相機功能的自定義圖像信號處理，自定義加密芯片用于啟動安全性，全盤加密和用于解密音頻和視頻的高級編解碼器。

其中許多功能也融入了英特爾的x86芯片中。然而，Apple并沒有越來越依賴英特爾的定制芯片，而是在現(xiàn)代Mac上添加了自己的定制T系列芯片。最新的T2芯片 支持類似iOS的功能，包括Touch ID，Touch Bar，F(xiàn)aceTime相機功能，安全啟動，磁盤加密，高級媒體解密和壓縮。

Mac確實繼續(xù)使用英特爾的集成GPU或AMD的專用GPU硬件。但在這里，Apple也推出了Metal獨立層。iOS和Mac上的開發(fā)人員都寫信給Apple的Metal API，它利用了可用的GPU。這使得Apple越來越有可能在未來的Mac中引入自己的GPU，并繼續(xù)支持現(xiàn)有的軟件。

特定CPU體系結(jié)構(gòu)的軟件支持長期以來一直是支持特定體系結(jié)構(gòu)(如Intel x86或ARM體系結(jié)構(gòu))現(xiàn)狀的因素。雖然開發(fā)具有技術(shù)優(yōu)越設(shè)計的新CPU架構(gòu)并不困難，但歷史上很難將已安裝的軟件基礎(chǔ)轉(zhuǎn)移到支持新芯片上。

英特爾本身遇到了這個問題，試圖用其i960和i860的增強型RISC設(shè)計或其Itanium IA64的類似全新架構(gòu)取代x86。Apple與摩托羅拉和IBM合作推出PowerPC的努力同樣發(fā)現(xiàn)，引入新芯片架構(gòu)的最大問題之一就是能夠提供和分發(fā)足夠快的原生軟件。

在介紹iPhone和iPad時，Apple為編寫ARM架構(gòu)芯片的新軟件引起了極大的興趣。Apple通過提供所有必要的編譯基礎(chǔ)架構(gòu)使這一過程變得簡單，使程序員能夠?qū)懭階pple的API，從而簡化處理未來處理器轉(zhuǎn)換的工作，例如Apple在2013年推出新的64位A7時。

谷歌的Android和微軟的Windows Mobile在支持多處理器架構(gòu)方面更加雄心勃勃。然而問題仍然存在，專門為一個芯片編譯的軟件 - 正如微軟所做的那樣 - 不會在另一部手機上運行，??或者谷歌的通用bitcode for Android中的軟件無法優(yōu)化以在任何特定處理器上快速運行。

當微軟試圖發(fā)布在ARM處理器上運行的Windows RT時，新機器甚至無法運行現(xiàn)有的Windows軟件。與此同時，雖然大多數(shù)Android手機都使用ARM處理器，但Android的“隨處運行”性質(zhì)意味著它們都沒有經(jīng)過優(yōu)化，無法在任何地方運行。

表面RT

微軟基于ARM的Surface RT無法運行Windows PC軟件

Apple的方法是優(yōu)化其編譯器以在特定芯片架構(gòu)上運行iOS應(yīng)用程序，Apple能夠根據(jù)需要將該軟件轉(zhuǎn)換為新的優(yōu)化架構(gòu)。同樣，這使Apple能夠推出第一個64位移動ARM芯片，并迅速確保編譯軟件以利用它。

此外，Apple不斷增強其提供特定于用戶硬件的優(yōu)化代碼的能力。App Store可以自行確定并提供在特定設(shè)備上運行所需的代碼，而不是讓用戶弄清楚要購買哪個版本的軟件。用戶可以購買一個應(yīng)用程序，并自動將優(yōu)化版本交付給多個不同的設(shè)備，甚至不知道它們上的底層硬件。

iOS上的所有這些工作都可以翻譯成Mac。App Store在將正確版本的軟件分發(fā)到新硬件方面發(fā)揮著重要作用。這意味著Apple可以引入ARM和x86模型的混合，并通過App Store處理優(yōu)化軟件的分發(fā)，解決了長期以來在沒有某種仿真或轉(zhuǎn)換的情況下切換到x86的問題。

與此同時，Apple還使開發(fā)人員能夠使用現(xiàn)有的iOS應(yīng)用程序并使其適應(yīng)運行在macOS Catalina上通過新的Catalyst。這將增加可用標題的范圍，而不依賴于處理器依賴性問題。在過去的兩年中，Apple還為iOS和Mac提供了大量增強的App Store，提供了精湛的體驗，可以輕松發(fā)現(xiàn)新游戲。

催化劑

在macOS Catalina中，Catalyst使iPad應(yīng)用程序可以遷移到Mac

結(jié)合像Apple Arcade這樣的新計劃，這可以為Macs創(chuàng)造一個完美的軟件風(fēng)暴，就像提供特定于體系結(jié)構(gòu)的代碼的工具正在完善一樣。除此之外，蘋果公司在企業(yè)銷售方面也取得了進步，為Macs創(chuàng)造了最強大的市場，即使Windows和x86芯片的重要性也在逐漸降低。

所以我們現(xiàn)在正在接近Apple推出沒有x86芯片的新Mac的理想條件。可能是Apple打算發(fā)布一款入門級筆記本電腦，其中A14X芯片的強勁版本將面向未來的iPad專業(yè)版，可能會推出類似規(guī)模的Apple GPU。

蘋果公司也有可能進行更大膽的過渡，新的CPU芯片架構(gòu)能夠帶來更大的處理能力。我們已經(jīng)看到Apple努力構(gòu)建自己的定制GPU--一個大規(guī)模并行處理器，專門用于執(zhí)行渲染圖形中常見的重復(fù)任務(wù) - 以及提供A12 Bionic中首次引入的新神經(jīng)引擎，專門用于AI處理。

Apple還推出了新的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，這是一種可針對特定任務(wù)進行優(yōu)化的定制芯片。它將在新的Mac專業(yè)版的Afterburner卡上發(fā)布，使其具有強大GPU的超快速英特爾硬件能夠在另一種類型的自定義處理硬件上運行專用軟件。

這些發(fā)展表明，蘋果不僅可以摒棄用于ARM CPU的英特爾CPU，而且可以將現(xiàn)代的Mac轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸ㄖ乒枰?，每個引擎都專注于某些類型的任務(wù)。它已經(jīng)用最新的T2 Macs，特別是帶有加力燃燒室的Mac Pro來實現(xiàn)這一點。

未來的英特爾Mac可以配備側(cè)車定制芯片，提供Apple GPU，神經(jīng)引擎和像Afterburner這樣的FGPA處理器。蘋果當然現(xiàn)在也可以發(fā)布帶有ARM CPU的非英特爾Mac，而不用擔(dān)心優(yōu)化的軟件支持。此外，Apple還可以開發(fā)一種新的自定義CPU架構(gòu)，該架構(gòu)超越了最初設(shè)計用于移動設(shè)備的ARM架構(gòu)。

如果Apple要開發(fā)自己明顯不同的新CPU架構(gòu)，那么這一舉措也可以擴展到iOS設(shè)備，從而產(chǎn)生運行Apple所有設(shè)備的專有處理器系列。這可能被證明是一個主要的競爭優(yōu)勢，而且我們已經(jīng)在Apple的GPU和其他定制芯片工作中看到了這一舉措。