2020年11月09日 | 苹果自主芯片 Mac 不仅仅是一个处理器

从在今年年底开始，苹果准备为其历史悠久的 Mac 计算平台推出一个引人注目的新架构。这款基于 ARM 架构、自主研发的新处理器将对 Mac 的未来产生重大影响，甚至帮助苹果构建比 Mac 更庞大的非英特尔新平台。 

在过去的 40 年里，苹果采取了一系列激进举措，将其 Mac 硬件转向完全不同的全新芯片架构。其他任何计算平台都没有如此成功地完成过这样复杂的转变，更不用说尝试像苹果那样在 Mac 上进行三次重大变革了。从 20 世纪 80 年代的摩托罗拉 68000 到 90 年代的 PowerPC，再到 21 世纪初的英特尔 x86。

每次迁移都需要付出巨大的努力，不仅要交付新的硬件，还要改造庞大的软件平台并创建新的开发工具，以最大限度地减轻用户和开发者向新平台过渡的痛苦。当苹果在 90 年代初迁移到 PowerPC 时，当时的其他平台也在进行并行转变，包括微软的 Windows NT、IBM 的 OS/2、Commodore Amiga 和许多其他平台。

然而，苹果成功完成向 PowerPC 转变的独特能力，却因其他公司未能做到这一点而变得复杂，最终导致苹果成为 PowerPC 芯片唯一的主要用户。这种转变的难度及其意想不到的结果可能表明，事后看来，尝试一项如此复杂、风险如此突出的任务最终是个错误。

另一方面，苹果在大约 10 年后转向英特尔，这在当时被誉为高明的战略举措，使苹果得以进入新市场，并最终戏剧性地扩展其 Mac 平台。不过苹果之所以从 2006 年开始转向英特尔芯片，这在很大程度上是因为该公司之前的 PowerPC 经验，即学习如何执行这样的过渡。

Apple Silicon 转型十年

那么对苹果来说，今年再次转向全新芯片架构有什么好处呢？这一次，苹果使用自主设计的定制芯片架构，而不是购买任何个人电脑制造商都能买到的现成芯片。

从很多方面来说，这家电脑制造商转向新的 Apple Silicon 并不是什么新鲜事儿。自 2008 年以来，该公司始终在开发定制芯片，并最终设计出 A4 芯片，用于 iPhone 4、初代 iPad 以及第一款基于 iOS 的 Apple TV 上。

从 2016 年开始，苹果开始推出配备 T1 的 Mac 电脑。T1 是一款定制芯片，旨在处理 Touch ID 安全事宜，并提供系统管理控制器 (SMC)功能，将苹果的英特尔 Mac 电脑与商用英特尔 PC 电脑区分开来。甚至在 T1 之前，苹果定制的 SMC 微控制器就可以管理 Mac 的电源管理、电池充电、睡眠和休眠、视频显示模式以及其他定制和增强 Mac 体验的功能。

图：苹果的 T2 芯片

自 2017 年以来，新的 Mac 配备了更先进的 T2 芯片。这款 64 位芯片可以处理从磁盘加密到图像处理等各种任务，支持从 iPad Sidecar 到 “Hey Siri”的各种功能。在过去的几年中，T2 Mac 实际上已经变成了 Apple Silicon Mac，配备了提供本地 x86 软件兼容性的英特尔处理器。

Mac 电脑如何迷上英特尔芯片

苹果的英特尔 Mac 目前使用与运行 Windows 或 Linux 的行业标准 PC 相同的 Intel x86 芯片架构。事实上，如今的 Mac 电脑之所以能如此容易地运行 Windows 软件或 Linux 服务器实例，本质上就是英特尔芯片的功劳。这种共性和兼容性最初被吹捧为苹果在 2006 年转向英特尔芯片的主要原因。

在这种转变之前，苹果 Mac 电脑使用的 PowerPC 芯片可能比 x86 芯片拥有许多技术优势。然而，由于经济因素，PowerPC 越来越难以跟上竞争对手 x86 开发的步伐。到 2004 年，苹果是仅存的使用 PowerPC 芯片的重要供应商。台式机领域的其余商家在很大程度上集中在英特尔的 x86 芯片上，这创造了巨大的规模经济，支持英特尔继续投资于其未来几代 x86 芯片。

由于 Mac 电脑的销量增长缓慢，而且对 PowerPC 芯片的需求没有增长的余地，PowerPC 架构背后的制造合作伙伴缺乏任何类似的可靠资金支持，无法与英特尔持续不断的芯片开发努力相媲美。

开发新一代芯片是一项极其昂贵的工作，单靠一家每年仅出货约 330 万台 Mac 的 PC 制造商来说，根本不可能有足够的资金进行竞争。2004 年，Windows 电脑的销量是 Mac 电脑的 56 倍。同年，PC 制造商共售出 1.825 亿台，在 PowerPC Mac 平台和英特尔 PC 平台之间形成了巨大的鸿沟。

苹果从 PowerPC 迁移到英特尔平台消除了这一鸿沟，并将英特尔的规模经济带到了 Mac 上，这使得苹果不仅可以更容易地跟上其硬件竞争对手的步伐，而且还可以在其他方面进行创新，这使得 Mac 比普通 PC 更有价值。苹果的 MacOS 本身就是个重要的例子，它为苹果的平台在可用性、安全性和吸引力方面增添了独特的价值。

2012 年，市场研究公司 Asymco 分析师贺拉斯 · 德迪乌 (Horace Dediu)表示，苹果已经扭转微软在 PC 领域的主导地位，并称其差异化的英特尔 Mac 电脑迅速改变了 Mac 与 PC 销量之比。

图：Windows 电脑的销量是苹果 Mac 的数倍

苹果构建比 Mac 更大的非英特尔新平台

早在 2006 年史蒂夫 · 乔布斯（Steve Jobs）首次展示苹果最初的英特尔 Mac 之后，另一个非常重大的转变立即开始发生。次年，苹果推出了 iPhone，随后在 2010 年推出了基于 iOS 的 iPad 平板电脑。

在接下来的十年里，苹果新的 iOS 移动软件平台 (基于 MacOS)变得与 Windows、Linux、ChromeOS 或其他任何操作系统同样庞大，甚至在新兴的移动市场爆炸式增长中，可以说是更具有影响力的软件和开发平台。

重要的是，新的苹果平台不需要英特尔芯片。快速增长的 iPad 销量促使苹果成为世界领先的 PC 制造商，尽管一大批行业营销集团拼命试图将 iPad 描绘成一款 “媒体消费设备”。

但现实情况是，iPad 和 iPhone 的确正在取代 PC 的历史角色，同时为移动计算创造了英特尔 PC 无法比拟的新市场。这是个典型的颠覆案例：一种创新的新产品，可以有效地与现有的、更复杂、更昂贵的替代产品竞争。

尽管微软为制造自己的 “移动 Windows”做出了各种努力，英特尔曾多次尝试推动 Linux 和 Android 制造商销售其移动 x86 芯片，谷歌也在努力复制苹果的 iPad 成功，并用自家基于网络的 Chrome PC 或上网本与之抗衡，但还没有其他公司能够开发出在商业规模上能够与苹果 iOS 和 iPad OS 相媲美的移动计算应用平台，并取得类似的商业成就。

竞争对手移动平台支持使 iOS 受益的规模经济

事实上，没有其他平台能够取得苹果那样的成功，因为没有人真正复制苹果正在做的事情。ChromeOS 最为接近：与英特尔 Mac 一样，它在相对标准的硬件上推出了独特的操作系统。除了美国学校之外，谷歌 ChromeOS 在寻找非常便宜的硬件市场也未能获得成功。

Android 授权厂商集体出货了大量智能手机，但 Android 平台的价值在应用商店和硬件平台之间分崩离析。Android 授权厂商的共性在很大程度上只是支持了一个更重要的行业标准，即 ARM 架构硬件，而不是推动苹果无法匹敌的规模经济。

由于苹果也在其 iOS 设备中使用 ARM 芯片，它从业界普遍使用的 ARM 架构中获益良多，包括倾注在 ARM 芯片开发和 ARM 架构软件工具、编译器和其他方面的所有集体努力。因此，当 Mac 电脑利用英特尔的 PC 通用性来提升 MacOS 在 Windows 或 Linux 上的独特价值时，苹果的移动设备销售却在利用 ARM 架构来支持 iOS 和 iPadOS 作为 Android 的卓越替代品。

但也有不同之处：虽然英特尔的台式机 x86 代表着一种专有处理器平台，但移动 ARM 架构是一种苹果可以授权并独立开发的技术，它在芯片层面上增加了独特的价值，就像它在 MacOS、iOS 和 iPadOS 上所做的那样。

图：苹果的 A4 芯片利用 ARM 的规模经济，同时增加了额外的定制价值

拥抱、延伸、熄灭

通过将未来几代 Mac 电脑转移到自己独特的增强型芯片上，苹果再次能够从共同的规模经济和增加独特价值的专有技术进步中获益。值得注意的是，PC 和移动领域的其他竞争对手也尝试过类似的做法，但都以失败告终。

三星和 LG 都试图通过 Tizen 和 WebOS 收购和开发自己独特的软件开发平台。然而，在较小的智能电视和手表市场之外，Android 有效地阻止了它们在标准硬件上推动差异化软件批量销售的能力，无论是在手机、平板电脑还是笔记本电脑上。华为也同样声称，在美国阻止华为使用谷歌的 Android 系统后，出于必要，该公司即将推出自己的内部操作系统平台。

安卓本应团结整个行业对抗苹果。相反，它却把被许可方锁定在对谷歌及其政策的依赖上，同时有效地阻止了这些被许可方利用自己的软件平台自由创新。

另一方面，微软利用 ARM 架构的移动优势，多次尝试将 Windows PC 和移动设备从英特尔转移到 ARM。但微软缺乏像苹果那样果断地将整个平台转向新的芯片架构的能力，因为微软 Windows 平台的大部分是由 PC 授权厂商提供的。

微软及其合作伙伴推出的少数 Windows-on-ARM 设备只是拆分了 Windows 平台，而没有提供显著的附加值。与苹果不同的是，微软也没有自己的芯片专业知识，这只是让它开始依赖高通而不是英特尔，并以同样的方式横跨这两种芯片架构，就像谷歌对 Android 中的 ARM 和英特尔的支持是一种拆分的负担，而不是真正的优势。

Apple Silicon 给 Mac 电脑带来了新的平台优势

在从英特尔 x86 芯片转向自主研发芯片 Apple Silicon 的过程中，Mac 电脑将失去许多他们在 2006 年获得的硬件兼容性。然而，自那以来，有两件事发生了变化：第一，对许多人来说曾经非常重要的东西来说，运行 Windows 的需求已经大幅下降。第二，微软自己开发了在 ARM 上运行 Windows 的原生能力。

与此同时，Apple Silicon Mac 将能够在本地运行为 iOS 开发的 ARM 软件。这不仅意味着在 Mac 电脑上为 iOS 开发和移植 iOS 应用程序在 Mac 电脑上运行会更容易，而且苹果和第三方开发者开发软件工具和专门代码也会更容易，这些软件工具和专门代码不仅使用 ARM 架构的 CPU，还使用苹果开发的其他芯片，包括定制的苹果 GPU、神经引擎，以及 AMX 机器学习加速器等功能。

对于大多数用户来说，Apple Silicon 的这些新优势将比本地运行 x86 版本的 Windows 更有价值。还要注意的是，所有这些定制的芯片处理器引擎都只有几年的历史，每个引擎都针对特定类型的操作进行了调整。在 iPhone、iPad 和 Apple Silicon Mac 持续销售的推动下，Apple Silicon 应该可以适应在不久的将来发展起来的新功能。

通过在任何地方使用自己的芯片设计，苹果不仅可以增强 Mac，还可以更快地将先进的新技术引入其他新产品，从新型可穿戴设备到家用设备等。苹果不必拘泥于为提供经典 PC 体验而优化的基本英特尔 x86 架构，而是可以改进其 Apple Silicon Mac，推出笔记本和台式机，这些设备不仅要计算，而且要模糊 Apple Watch 中的硬件和软件之间的界限，并在 Continuity 模式下与其他设备无缝集成。

T2 Apple Silicon

苹果已经通过 T2 将其现有的 A 系列芯片的很大一部分功能整合到最近的 Mac 电脑中，从而实现了这些目标。T2 将苹果的定制编解码器、存储控制器和安全功能 (如 Secure Enclave)引入了 Mac 电脑。

通过更进一步取代英特尔的 CPU、集成 GPU 以及目前由 x86 芯片和围绕英特尔 x86 架构开发的支持硬件处理的其他功能，苹果可以从根本上把未来的 Mac 带向全新的方向，把标准 PC 甩在身后，就像 iPad 把更简单的 Android 平板电脑抛在脑后一样，或者就像 iPhone 芯片迅速超越了 Android 所能提供的功能那样。

图：定制 T2 Apple Silicon 已经为英特尔 Mac 电脑带来了与众不同的功能，包括 Touch ID、SideCar、Touch Bar 和 Hey Siri

在过去的十年里，Mac 电脑越来越多地受到英特尔 x86 架构的阻碍，而不是从其规模经济中获益。现在是将移动 Mac 电脑转变为更节能、图形化更强大、图像处理更复杂以及支持机器学习功能的完美时机，这与苹果自己的 iOS 硬件共享规模经济。

此外，苹果还将获得另一个重大好处：在其第十代 Ice Lake x86 芯片中，利用台积电先进的 5 纳米芯片制造技术，远远领先于英特尔目前的 10 纳米芯片制造能力。

这对英特尔来说也是个巨大的损失，因为苹果是英特尔最有价值、对技术要求最高的客户之一。随着微软和其他 PC 制造商也将部分生产转移到各种替代芯片制造商，英特尔 x86 平台的规模经济将受到严重削弱，这也将损害每家依赖英特尔帮助其与苹果保持平价的 PC 制造商。

回想一下，是英特尔推动了整个行业的努力，让 PC 制造商推出可以与苹果 MacBook Air 竞争的超轻薄笔记本电脑。

随着英特尔越来越无法帮助 PC 竞争对手复制苹果的产品，我们很可能会看到 Mac 电脑以更接近 iPad 超越其他平板电脑的速度领先于商用 PC，或者 Apple Watch 将其他智能手表甩在后面，或者 iPhone 进步，而 Android 手机则缩小了雄心，转而推出更低的价位。

这将是一个重要的发展，因为英特尔控制下的 PC 以前没有移动设备发展得那么快。这也可能促使其他公司尝试新的方法，而不是仅仅推出更多围绕英特尔平台和运行微软操作系统的通用 PC。

如果他们无法与之竞争，我们很可能会看到 Mac 电脑销售出现新的增长高潮，为创意用户、企业、教育和其他领域带来更先进、联网更快、更强大的计算设备，推动桌面计算领域取得类似进步，就像我们已经在手机和平板电脑上看到的那样。