一文讀懂蘋果與英特爾的“愛恨情仇”

吳優· 2020-06-17
本文來自 雷鋒網 ,作者 吳優

預計下周,蘋果公司2020年全球開發者大會將披露蘋果從英特爾x86芯片轉移到蘋果自己設計的新處理器的具體細節,這可能會嚴重影響到下一個十年的計算機技術。

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英特爾怎么了?

2005年,史蒂夫·喬布斯(Steve Jobs)發布聲明稱蘋果公司的Mac將采用英特爾處理器。該聲明指出,新的iMac和筆記本電腦將從2006年初開始使用英特爾新發布的x86 內核處理器。05年的WWDC幫助開發人員做好了準備,以確保購買者所購買的新英特爾Mac可以繼續使用其Mac軟件。

這一舉動讓蘋果及其Mac用戶以多種方式從英特爾受益。新的英特爾Macs可以利用x86芯片的規模效應,以可承受的價格對其處理能力進行改進,這是蘋果之前的PowerPC芯片提供商無法提供的。

這也意味著新的x86 Macs在用Microsoft Windows啟用自己的軟件時,在硬件上兼容。除了能夠啟動Windows,英特爾Macs還可以在Mac桌面上本地托管Windows應用程序或虛擬化整個Windows系統。

此外,為x86 PC編寫的視頻游戲可以更輕松地移植運行為Mac應用程序。

那么,過去15年中,究竟是什么變化讓蘋果決定現在放棄英特爾x86芯片?重要因素有很多,其中之一便是隨著大部分消費者的支出和技術投資已從PC設備轉移到移動設備,Microsoft Windows及其Windows軟件的重要性已大大降低。

如今,Windows和x86的兼容性對于某些用戶仍然很重要,但是對大多數用戶而言,這兩個功能就沒有那么重要了。另外,大多數對x86軟件有特定需要的用戶通常最不可能從所有其他可選的PC設備中考慮Mac。

相反,絕大多數Mac用戶不需要托管x86或Windows代碼。

根據AppleInsider過去十年的歷史服務數據記錄顯示,雖然2010年間,大約15%的Mac用戶安裝了Boot Camp,但如今卻只有大約2%的計算機設置為雙啟動到Windows。

視頻游戲是一個有望對英特爾Mac產生重大影響的特定領域。然而,PC游戲仍然扎根于Windows PC上,而Mac并沒有因為Windows游戲的大量遷移涌入而發生實質性變化。

另一方面,蘋果還創造了前所未有的東西:它自己的移動平臺所占市場份額遠遠大于Windows平臺且與x86無關。在過去的十年中,Apple不僅在英特爾x86相關平臺上進行了投資,而且還在持續增加對獨立工具和基礎架構的投資。

這包括蘋果自己的定制ARM芯片及其LLVM軟件編譯器,Swift語言,Xcode開發工具,App Store平臺,Apple Arcade等新服務。所有這些相關的工具和平臺已建立起iOS系統及其類似物作為領先平臺,為精英用戶提供高端的智能手機,為企業用戶提供平板電腦,以及應用在新的計算領域,包括Apple Watch和AirPods等可穿戴裝置。

蘋果與英特爾的“愛恨情仇”

蘋果上一次面臨是否在其Mac計算機中使用英特爾芯片的選擇時,這些都不存在。

早在1990年代初期,蘋果公司就在Star Trek項目中討論了將Mac從其最初的Motorola 68K處理器遷移到Intel x86芯片的想法,但很快就得出結論,將Mac現有的第三方庫68k軟件遷移到英特爾x86芯片十分困難,此舉無濟于事。

相反地,蘋果尋求與IBM和摩托羅拉建立新的合作伙伴關系時,基于IBM的POWER架構為臺式PC開發全新的芯片平臺。最終開發出的PowerPC是一種全新的設計,與20世紀80年代留下來的且有10年歷史的Intel x86有很大的差異。

全新的PowerPC芯片最初幫助蘋果的PowerMacs保持了與基于Intel的Windows PC的競爭力,同時蘋果也支持在更快的新PowerPC芯片上模擬舊軟件。

但是,PowerPC的新穎性也使該項目的許多其他最初合作伙伴無法像蘋果那樣完全采用它。到21世紀初,無論是從哪種數量來看,蘋果都是使用PowerPC數量最多的用戶。

但是蘋果既不擁有也不控制PowerPC的發展方向。IBM和摩托羅拉的飛思卡爾在將一部分設計精力轉向制造汽車或視頻游戲機的嵌入式PowerPC芯片,而不是只專注于滿足蘋果Mac的需求。

上述情況足以證明,蘋果公司大約在1993年拒絕使用英特爾x86,直到2005年,蘋果才準備同意將其Mac平臺轉移到英特爾的x86。然而,在公開慶祝這一決定的同時,蘋果公司也在內部制定其他不涉及英特爾的計劃。

蘋果最初希望使用Intel內置的XScale芯片為iPhone提供算力。英特爾當時的首席執行官保羅·歐德寧起初拒絕了蘋果,擔心其手機項目不能取得足夠的成功以回報英特爾的投資。

事實證明,英特爾當時的判斷是錯誤的。在短短的幾年內,蘋果在iPhone上的成功顯而易見,以至于英特爾迫切希望與蘋果合作開發未來的移動產品,特別是對于即將推出的平板電腦,英特爾希望蘋果選擇即將面世的x86 Silverthorne移動芯片(后來更名為Atom)。

但是這次蘋果公司卻拒絕了英特爾,而是啟動開發了一個新的定制ARM“片上系統”項目,該項目可以為即將上市的iPad和隨后的iPhone 4提供算力,并于2010年交付A4系列芯片。

蘋果公司的拒絕還包括在另一款已經使用英特爾x86芯片產品中使用A4:Apple TV。Apple TV的最初版本實際上是縮小版的x86 Mac,但在2010年,該產品成為另一種運行蘋果的ARM SoC并基于iOS的設備。

與Macs不同,Apple TV使用x86芯片不能獲得任何裨益。Apple TV無法運行Windows軟件,也沒有英特爾領先的性能。然而,使用蘋果A4芯片卻能使蘋果能夠以更低的價格出售其電視設備,價格從229美元降至99美元。

從英特爾轉變到A4并不是價格下降的全部原因,但是蘋果芯片使得產品更加便宜,從而讓受眾更加廣泛。

在接下來的十年里,蘋果公司積極投資自己A系列芯片的開發,與此同時計劃擺脫對Mac中英特爾芯片持續使用的依賴。蘋果公司對自己的移動芯片的競爭性投資效果明顯,以至于它使英特爾在移動芯片領域占據次要位置,Atom就是在這十年的時間里被替換了。

從WinTel到ARM上的Android和iOS

蘋果對定制芯片的持續投資不僅阻止了英特爾在移動領域建立任何真正的市場力量,它還幫助蘋果建立了必不可少的軟件平臺。盡管大多數科技媒體都預測Android將成為具有類似微軟對消費科技行業控制權的“新Windows”,但事實上,蘋果同時成為了英特爾和移動設備的Windows。

Android最終沒有扮演新版Windows的角色,而是扮演了Windows盜版的角色:一個有力的競爭對手且有效地阻止了其他任何真正的競爭者的吸引力,諷刺的是,這其中包括微軟自己為進入移動領域所做的努力。

谷歌為了給所有硬件制造商打造并維護一個廣泛許可的平臺,做了幾乎所有艱難又失敗的工作,最終一無所獲,而蘋果卻從iOS中獲得了所有近乎可得的利潤。

在Android和iOS都在投資ARM的同時,只有蘋果在投資自己的定制芯片,優化開發。蘋果在過去十年中開發的移動平臺,在硬件銷售方面產生了數千億美元的收入,在App Store和訂閱收入方面又創造了數十億美元的收入,遠遠超過了Google的Android。

它們的價值巨大,以至于Google向蘋果支付了數十億美元請求訪問其用戶群,以便在iOS上提供搜索和廣告服務。

蘋果移動平臺的規模之大及其重要性使其大大掩蓋了本身的PC業務,蘋果從移動平臺上賺的錢遠遠超過從Mac上賺的錢。如今,同WinTel平臺相比,Apple的移動平臺對Mac的貢獻更大。

蘋果公司最近使用Project Catalyst將現有的iPad軟件遷移到Mac的策略證明了這一點。將現代iPad代碼移植到Mac上的潛力遠遠大于在Intel Macs上支持舊版x86 Windows軟件的潛力。

值得注意的是,蘋果公司開發的ARM SoC的性能可以與英特爾的x86筆記本芯片相媲美,盡管這只是為低功耗移動設備開發的芯片。事實上,蘋果有可能使用設備中的多個芯片,為Mac開發進行優化的新定制芯片。

這也將使iPad和iOS開發人員將現有代碼遷移到Mac上更加容易,即使是難以遷移到新Mac的x86代碼上也是如此。

與將現有平臺遷移到新處理器體系結構相關的最大問題之一是如何遷移現有軟件庫。蘋果再一次提供了前所未有的新的解決方案。

通過App Store出售軟件的開發人員可以上傳可為不同平臺編譯的代碼,并以正確的形式自動將代碼交付給買方。雖然這并不能解決所有問題,但確實比以往更容易遷移到新的硬件中。

在A7發布之后,蘋果本身就依靠這種機制來幫助推出新的64位iOS平臺。在Mac上,類似向新硬件體系結構的遷移可以推動Mac App Store和ARM Mac的串聯使用。

蘋果超越ARM的野心

蘋果在移動芯片方面的成功不僅僅歸功于ARM內核。谷歌和微軟都在努力開發基于ARM的手機、平板電腦,甚至更傳統的筆記本式設備,但都未取得成功。

所有的Android硬件制造商,包括三星和華為,都使用ARM芯片,但卻沒有取得iPhone和iPad對蘋果的成功水平。

在過去的十年中,蘋果公司以驚人的規模大量交付了許多基于ARM的設備,這使其他公司很難與之抗衡。但是,蘋果公司在定制芯片上的成功絕不只是因為對ARM的投資超過從英特爾購買芯片。

蘋果定制芯片的成功,一個更大因素是它允許的垂直集成,包括能夠滿足操作系統的需求并提供能夠滿足不同需求的可實現差異化功能的芯片優化。ARM的存在為此提供幫助,但是蘋果定制芯片的價值已經超出了簡單地使用ARM兼容CPU內核的范圍。

實際上,蘋果使用的ARM內核在其自定義SoC上占基板面的一小部分,還有很大一部分是專用于非ARM的GPU內核。蘋果最初從Imagination Technologies獲得了GPU內核設計的許可,但此后便開始開發自己的自定義GPU內核。

蘋果還開發了自己的音頻處理、加密、視頻編解碼器、存儲控制器、人工智能以及其他獨特的邏輯內核,這些內核都被集成在同一組件中,通過規模生產節省了大量成本。

蘋果還定期重用和調整其開發的定制芯片,使其與其他缺少舊工作庫的競爭對手相比,能夠以更低的價格進入市場。例如,蘋果使用了為iPhone和iPad開發的內核來驅動諸如Apple Watch之類的可穿戴設備,Apple TV也定期使用A系列前幾代的芯片。

蘋果公司已經在使用其A系列芯片的大部分邏輯(不包括主要的ARM CPU內核)在其最新的Mac上執行支持任務。

蘋果將其在Mac中使用的自定義芯片的最新版本稱為T2,它支持Touch ID、硬件加速的加密和媒體編解碼器,支持Touch Bar和Hey Siri以及多種其他功能。其中一些功能還由ARM內核或微控制器提供支持,而其他功能則使用不同的內核技術。

然而,這些價值不僅來自使用“ARM”,還來自蘋果公司在設計和使用自己的芯片時所進行的深度集成和優化。這些投資非常昂貴,但可以提供堅實的且與眾不同的功能,使其他競爭對手難以與之抗衡。

谷歌在創建自己的Visual Core芯片以增強其Pixel手機的攝影效果上證明了這一點。這項工作非常昂貴,但因為它未能并未帶來可觀的硬件銷售,因此未能實現目標。

實際上,到目前為止,最成功的Pixel手機是該公司最便宜的Pixel 3a,這些手機甚至沒有使用該公司的自定義成像內核。實際上,它不使用定制的芯片就可以達到可承受的價格。蘋果讓定制芯片看起來很容易,但實質上并不容易。

微軟宣布自己的Surface筆記本使用的是高通公司生產的“定制ARM處理器”,也引起了轟動,但這很大程度上是一種營銷策略,因為它所使用的芯片除了時鐘運行速度更高以外,沒有其他值得注意的地方。

在談論或嘗試定制芯片與蘋果公司所做的工作之間的巨大鴻溝為蘋果公司未來可以取得的成就提供了一些預測。這將包括在其現有的移動設備中新興的可穿戴產品、由高級定制硅提供支持的新Mac、以及尚未發布的具有從健康到家庭和其他前景廣闊的新設備。

例如傳聞中的Apple Glasses,它需要先進的芯片和技術,以非常緊湊的處理成像、運動、圖形、安全性、本機智能、電源管理和無線連接。

ARM正在開發該軟件包的要素,但是蘋果公司已經在其現有的定制芯片中研究所有這些功能,并用其特有的移動設備銷量所得的利潤為這項工作提供資金支持。

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