為(wèi)什麽蘋果非要用自己的芯片

蘋果又來(lái)了。

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

為(wèi)什麽蘋果要研發自己的芯片？給電(diàn)腦(nǎo)換「芯」究竟有(yǒu)多(duō)難？

過去 15 年，蘋果電(diàn)腦(nǎo)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(shí)的英特爾風頭正勁，占據 CPU 市場(chǎng)近六成的份額，随着 2007 年「Tick-Tock」的提出，英特爾的優勢進一步擴大(dà)。

「Tick」代表更新制(zhì)程，在 CPU 裏容納數(shù)量更多(duō)、體(tǐ)積更小(xiǎo)的晶體(tǐ)管，從而提升性能；「Tock」則代表革新處理(lǐ)器(qì)微架構，從而支持更複雜的計(jì)算(suàn)且提升計(jì)算(suàn)效率，兩年完成一個(gè)周期。

随着制(zhì)程和(hé)微架構交替更新，英特爾處理(lǐ)器(qì)的性能和(hé)市場(chǎng)份額一直保持領先，到 2016 年已經占據了超過 80% 的市場(chǎng)份額。

但(dàn)英特爾的危機也随之到來(lái)。

處理(lǐ)器(qì)制(zhì)程的進步越來(lái)越難。2016 年 3 月，英特爾在财報中宣布，将「Tick-Tock」改為(wèi)「APO」 ，三年一更新。

再加上(shàng)英特爾在 10 nm 的技(jì)術(shù)路線選擇上(shàng)的錯誤，導緻 10 nm 制(zhì)程芯片一再延期，MacBook 必須在延遲更新和(hé)使用舊(jiù)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(lái)越強烈。

影(yǐng)響這段關系的還(hái)有(yǒu)其他原因：英特爾不會(huì)為(wèi)了蘋果定制(zhì)支持新功能的芯片。

同樣是在 2016 年，為(wèi)了驅動 TouchBar 和(hé)指紋識别，蘋果為(wèi)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(diàn)腦(nǎo)安全、視(shì)頻播放、剪輯和(hé) hey Siri。

蘋果也有(yǒu)自己的底氣：iPhone 和(hé) iPad 早就用上(shàng)了蘋果自家(jiā)的處理(lǐ)器(qì)。無論是性能還(hái)是發熱控制(zhì)，蘋果自研處理(lǐ)器(qì)的表現都逐漸趕超英特爾。

以 2018 年發布的 MacBook Pro 和(hé) iPad Pro 為(wèi)例，前者搭載英特爾的 Core i9 處理(lǐ)器(qì)，後者搭載蘋果的 A12X 芯片。

從性能測試軟件 Geekbench 的實測中可(kě)以看出，在完成相同的工作(zuò)上(shàng)，蘋果處理(lǐ)器(qì)的性能已經十分逼近英特爾的水(shuǐ)平了。

從這時(shí)開(kāi)始，這段關系已經無法挽回了。

壓倒稻草的最後一個(gè)駱駝是能耗問題。MacBook Pro 15 上(shàng)的 i9 處理(lǐ)器(qì)最大(dà)可(kě)以産生(shēng)超過 45 W 的熱量，但(dàn)卻隻靠筆記本上(shàng)一根導熱管和(hé)兩個(gè)風扇把這些(xiē)熱量吹出機身，讓 MacBook Pro 不僅燙手嘈雜，而且拉低(dī)性能。

相比之下，iPad Pro 上(shàng)的 A12X 處理(lǐ)器(qì)能提供差不多(duō)的性能，熱功耗隻有(yǒu) 10 W，可(kě)以發揮全部實力。

蘋果處理(lǐ)器(qì)節能的一個(gè)原因是采用了大(dà)小(xiǎo)核（big.LITTLE）的架構。

大(dà)小(xiǎo)核的本質是讓合适的處理(lǐ)器(qì)幹合适的事。當計(jì)算(suàn)任務繁重時(shí)，啓用大(dà)核心，追求性能；當計(jì)算(suàn)任務輕松時(shí)隻啓動小(xiǎo)核心，節能環保。

此外，蘋果芯片還(hái)可(kě)以将所有(yǒu)功能整合在同一個(gè) SoC 上(shàng)，提高(gāo)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(lǐ)器(qì) CPU」，還(hái)包括「圖形處理(lǐ)器(qì) GPU」、「神經處理(lǐ)單元 NPU」等多(duō)個(gè)組件，還(hái)代替了舊(jiù) Mac 上(shàng) T2 芯片、內(nèi)存、輸入輸出控制(zhì)器(qì)等多(duō)個(gè)元器(qì)件的功能。

在做(zuò)足了分手的一切準備工作(zuò)後，今年 6 月 23 日，蘋果在 WWDC20 全球開(kāi)發者大(dà)會(huì)上(shàng)正式開(kāi)啓了自己的換「芯」計(jì)劃。

換「芯」最大(dà)的挑戰，是讓蘋果處理(lǐ)器(qì)能夠順利運行(xíng)電(diàn)腦(nǎo)端的軟件。

開(kāi)發者開(kāi)發完軟件後，需要将代碼編譯成機器(qì)指令，運行(xíng)軟件就是讓處理(lǐ)器(qì)執行(xíng)這一條條機器(qì)指令，我們把這些(xiē)指令的集合叫做(zuò)指令集。

英特爾處理(lǐ)器(qì)使用的是複雜指令集（CISC），包括了所有(yǒu)可(kě)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），隻包括最常用的指令，重視(shì)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(wèi)蘋果芯片開(kāi)發程序的工作(zuò)量相當于重新開(kāi)發一遍 App，這也是 iPad 版 Photoshop 進展緩慢的原因。

為(wèi)了解決這個(gè)問題，蘋果提供兩種解決方案：在編譯時(shí)解決、在編譯後補救。

利用 Universal 2，開(kāi)發者花(huā)幾天時(shí)間(jiān)重新編譯 App，得(de)到包含兩套不同指令集的程序，就能分别在英特爾和(hé)蘋果的兩種處理(lǐ)器(qì)上(shàng)運行(xíng)。

而對于沒有(yǒu)被重新編譯的軟件，Rosetta 2 可(kě)以在應用安裝時(shí)将英特爾的指令自動翻譯成蘋果芯片可(kě)以聽(tīng)懂的形式。

最後，針對開(kāi)發者的切實需要，蘋果還(hái)提供軟件 Virtualization 來(lái)方便新電(diàn)腦(nǎo)運行(xíng) Linux、Docker 等開(kāi)發環境。

在這些(xiē)工具的幫助下，蘋果處理(lǐ)器(qì)上(shàng)的應用生(shēng)态也會(huì)逐漸豐富。接下來(lái)就可(kě)以開(kāi)始計(jì)劃的第二步了：同時(shí)發售自研處理(lǐ)器(qì)和(hé)英特爾處理(lǐ)器(qì)兩種電(diàn)腦(nǎo)。

在更高(gāo)性能、更好産品形态和(hé) iOS App 的吸引之下，用戶會(huì)逐漸轉向蘋果處理(lǐ)器(qì)的設備，而使用英特爾處理(lǐ)器(qì)的電(diàn)腦(nǎo)仍将獲得(de)四五年的系統軟件更新支持，這是切換平台的最後一步，逐步終止對舊(jiù)設備的支持。

這就是蘋果一直在追求的生(shēng)态，也是它更換芯片的究極原因：一次性打通(tōng)三個(gè)平台，讓 iPhone、iPad、Mac 運行(xíng)相同的軟件。

這意味着你(nǐ)可(kě)以用 Mac 玩王者榮耀，也可(kě)以在 iPad 上(shàng)運行(xíng)完整的 Photoshop 了。

龐大(dà)的用戶數(shù)量将催生(shēng)出優秀的 App，優秀的 App 又會(huì)吸引更多(duō)用戶。這些(xiē)用戶可(kě)以攤平處理(lǐ)器(qì)的研發成本，讓蘋果的産品一直在性能上(shàng)領先競争對手，形成良性循環。這些(xiē)用戶還(hái)會(huì)為(wèi)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，這一切隻是蘋果的計(jì)劃，能否得(de)到市場(chǎng)的認可(kě)還(hái)是未知數(shù)。對于蘋果來(lái)說，這一轉換過程才剛剛開(kāi)始。

它需要研發出足夠強大(dà)的芯片，需要讓同一個(gè) App 可(kě)以被兩種處理(lǐ)器(qì)執行(xíng)，需要傾盡全力才能在計(jì)劃的兩年內(nèi)完成過渡。

對于蘋果來(lái)說，這将是艱難的一步，但(dàn)對于用戶來(lái)說不是。