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蘋果芯片怎么是英特爾的 Intel 手機基帶往事
2021-03-30 15:15:08 來源:回形針PaperClip 編輯:

蘋果又來了。

這次發布會上,三款全新的 Mac 正式釋出,最大的亮點,是它們都搭載了蘋果自主研發的 M1 芯片。

為什么蘋果要研發自己的芯片?給電腦換「芯」究竟有多難?

過去 15 年,蘋果電腦使用的一直是英特爾(Intel)的芯片,這段關系一度相當親密。

當時的英特爾風頭正勁,占據 CPU 市場近六成的份額,隨著 2007 年「Tick-Tock」的提出,英特爾的優勢進一步擴大。

「Tick」代表更新制程,在 CPU 里容納數量更多、體積更小的晶體管,從而提升性能;「Tock」則代表革新處理器微架構,從而支持更復雜的計算且提升計算效率,兩年完成一個周期。

隨著制程和微架構交替更新,英特爾處理器的性能和市場份額一直保持領先,到 2016 年已經占據了超過 80% 的市場份額。

但英特爾的危機也隨之到來。

處理器制程的進步越來越難。2016 年 3 月,英特爾在財報中宣布,將「Tick-Tock」改為「APO」 ,三年一更新。

再加上英特爾在 10 nm 的技術路線選擇上的錯誤,導致 10 nm 制程芯片一再延期,MacBook 必須在延遲更新和使用舊芯片中二選一。

面對英特爾的窘境,蘋果心中「分手」的想法越來越強烈。

影響這段關系的還有其他原因:英特爾不會為了蘋果定制支持新功能的芯片。

同樣是在 2016 年,為了驅動 TouchBar 和指紋識別,蘋果為新 Mac 加入自研的 T1 芯片。到了 2018 年,這顆芯片進化成了 T2,負責電腦安全、視頻播放、剪輯和 hey Siri。

蘋果也有自己的底氣:iPhone 和 iPad 早就用上了蘋果自家的處理器。無論是性能還是發熱控制,蘋果自研處理器的表現都逐漸趕超英特爾。

以 2018 年發布的 MacBook Pro 和 iPad Pro 為例,前者搭載英特爾的 Core i9 處理器,后者搭載蘋果的 A12X 芯片。

從性能測試軟件 Geekbench 的實測中可以看出,在完成相同的工作上,蘋果處理器的性能已經十分逼近英特爾的水平了。

從這時開始,這段關系已經無法挽回了。

壓倒稻草的最后一個駱駝是能耗問題。MacBook Pro 15 上的 i9 處理器最大可以產生超過 45 W 的熱量,但卻只靠筆記本上一根導熱管和兩個風扇把這些熱量吹出機身,讓 MacBook Pro 不僅燙手嘈雜,而且拉低性能。

相比之下,iPad Pro 上的 A12X 處理器能提供差不多的性能,熱功耗只有 10 W,可以發揮全部實力。

蘋果處理器節能的一個原因是采用了大小核(big.LITTLE)的架構。

大小核的本質是讓合適的處理器干合適的事。當計算任務繁重時,啟用大核心,追求性能;當計算任務輕松時只啟動小核心,節能環保。

此外,蘋果芯片還可以將所有功能整合在同一個 SoC 上,提高芯片集成度。

比如今天蘋果發布的 M1 芯片不僅包括了「中央處理器 CPU」,還包括「圖形處理器 GPU」、「神經處理單元 NPU」等多個組件,還代替了舊 Mac 上 T2 芯片、內存、輸入輸出控制器等多個元器件的功能。

在做足了分手的一切準備工作后,今年 6 月 23 日,蘋果在 WWDC20 全球開發者大會上正式開啟了自己的換「芯」計劃。

換「芯」最大的挑戰,是讓蘋果處理器能夠順利運行電腦端的軟件。

開發者開發完軟件后,需要將代碼編譯成機器指令,運行軟件就是讓處理器執行這一條條機器指令,我們把這些指令的集合叫做指令集。

英特爾處理器使用的是復雜指令集(CISC),包括了所有可能用到的指令,非常完善;而蘋果芯片使用的是精簡指令集(RISC),只包括最常用的指令,重視效率。

不同的指令集對應不同的應用程序,如果不解決指令集的問題,為蘋果芯片開發程序的工作量相當于重新開發一遍 App,這也是 iPad 版 Photoshop 進展緩慢的原因。

為了解決這個問題,蘋果提供兩種解決方案:在編譯時解決、在編譯后補救。

利用 Universal 2,開發者花幾天時間重新編譯 App,得到包含兩套不同指令集的程序,就能分別在英特爾和蘋果的兩種處理器上運行。

而對于沒有被重新編譯的軟件,Rosetta 2 可以在應用安裝時將英特爾的指令自動翻譯成蘋果芯片可以聽懂的形式。

最后,針對開發者的切實需要,蘋果還提供軟件 Virtualization 來方便新電腦運行 Linux、Docker 等開發環境。

在這些工具的幫助下,蘋果處理器上的應用生態也會逐漸豐富。接下來就可以開始計劃的第二步了:同時發售自研處理器和英特爾處理器兩種電腦。

在更高性能、更好產品形態和 iOS App 的吸引之下,用戶會逐漸轉向蘋果處理器的設備,而使用英特爾處理器的電腦仍將獲得四五年的系統軟件更新支持,這是切換平臺的最后一步,逐步終止對舊設備的支持。

這就是蘋果一直在追求的生態,也是它更換芯片的究極原因:一次性打通三個平臺,讓 iPhone、iPad、Mac 運行相同的軟件。

這意味著你可以用 Mac 玩王者榮耀,也可以在 iPad 上運行完整的 Photoshop 了。

龐大的用戶數量將催生出優秀的 App,優秀的 App 又會吸引更多用戶。這些用戶可以攤平處理器的研發成本,讓蘋果的產品一直在性能上領先競爭對手,形成良性循環。這些用戶還會為蘋果的訂閱服務給蘋果源源不斷地付費,提供源源不斷的利潤。

當然,這一切只是蘋果的計劃,能否得到市場的認可還是未知數。對于蘋果來說,這一轉換過程才剛剛開始。

它需要研發出足夠強大的芯片,需要讓同一個 App 可以被兩種處理器執行,需要傾盡全力才能在計劃的兩年內完成過渡。

對于蘋果來說,這將是艱難的一步,但對于用戶來說不是。

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