为什么苹果公司制造自己的芯片?

2020-06-24 14:24 来源:极客公园

麦克向前一跃。

整个WWDC 2020大会持续了108分钟,最后苹果为苹果预留了40分钟。高级副总裁克雷格费德里基(Craig Federighi)发布了新款macOS Big Sur,并在近20年后最终将macOS的版本号从10改为11。

与此同时,苹果宣布,苹果电脑的芯片架构将从英特尔X86处理器架构转变为苹果自主研发的ARM架构处理器。上一次这样的架构转换是在2005年,当时乔布斯宣布苹果将逐步放弃PowerPC处理器,转而使用英特尔。

书同文、车同轨

四十年前,苹果从苹果开始。在早期,苹果的全名是“苹果电脑”,苹果电脑一直是苹果的核心业务。

然而,随着20世纪90年代乔布斯的回归,iPod获得了巨大的成功,然后iPhone诞生了。Mac开始变得不那么重要,至少在商业层面是如此。2009财年是苹果最大的收入来源,占全年总收入的38%。从那以后,苹果从一家“电脑公司”变成了一家“移动计算设备公司”。

2010年,iPhone接管了苹果,成为苹果最大的收入来源。此后,尽管苹果一直在稳步发展,但在苹果整体快速增长的背景下,其地位逐渐被削弱。在2019财年,苹果的销售额不到苹果总收入的10%。在最新的财务报告中,苹果电脑是苹果的第四大收入来源,仅次于iPhone、软件服务和可穿戴设备。

在过去10年里,苹果在智能手机领域几乎没有竞争对手。它自然会想,苹果手机能给苹果带来什么样的战略体验?如何利用iPhone庞大的用户群和发展生态来回馈苹果呢?

2013年,苹果发布了操作系统X小牛。这是新的苹果电脑系统的首次免费升级。苹果系统以前每年的主要更新都要花钱,价格一般是20-30美元。此后,苹果逐渐将付费软件如iWorks、Garageband和iMovie转变为自由软件。

苹果公司希望在苹果电脑系统下创造一个连贯一致的苹果操作系统体验,这样苹果用户在购买新苹果电脑时会感觉更熟悉、更容易使用。同时,苹果和苹果手机可以一起工作,形成一个完整的生态体验。苹果手机上的文件可以很容易地空投到苹果电脑上,全球剪贴板允许用户在苹果手机上复制一个句子并直接粘贴到苹果电脑上。

从平面图标、磨砂玻璃效果和通知中心到备忘录、待办事项和语音备忘录等应用程序,苹果电脑一直试图在外观界面和应用程序功能方面与iOS保持同步.去年,苹果公司将苹果电脑上一款有18年历史的多媒体软件iTunes分成了三个应用程序:音乐、视频和播客,并进一步将其软件逻辑改为iOS。

苹果电脑大苏尔已经添加了类似iOS的小部件

但是这一系列的变化,经过这么多年,仍然有一个根本性的问题。苹果电脑上的软件基于X86,苹果电脑上的软件基于ARM。许多软件表面上有相同的交互逻辑,但实际上它们以不同的方式运行,效率也不同。因此,有一些原生的操作系统软件,在移植到性能更好的苹果电脑后,不如操作系统那么流畅。

芯片架构已经成为他们之间的最后一道墙。只有推倒这堵墙,苹果电脑和iOS才能实现“同一辆车和同一本书”,他们才能共享一个开发系统。这不仅节省了苹果开发自己软件的精力,也让苹果真正分享了iOS巨大发展生态的红利。

在苹果电脑大苏尔上,超过200万部iPhone和iPad应用可以直接无缝运行。开发者可以更容易地适应苹果电脑。在相同的开发系统下,这款应用可以跨越iPhone、iPad和Mac这三个平台。iPhone和Mac的体验将更加一致,最后的“分裂感”将被消除。

这是一个即将到来的macOS大苏尔时代。苹果将花两年时间从基于X86架构的英特尔处理器转变为基于ARM架构的自主开发处理器,并“完全通过”其所有软件系统。

自研芯片

基于ARM的Mac可以在软件上与iOS完全连接,这是Mac冒险的优势。苹果近年来积累的自主研发芯片技术是其敢于这样做的硬实力。

无论是从PowerPC切换到X86,还是从X86切换到ARM,苹果选择芯片架构的方法都非常简单,它专注于“性能功耗比”。苹果青睐英特尔是因为它在性能和功耗方面的优势。但是今天,英特尔的芯片在能耗方面远远落后于苹果的A系列芯片。

有了具有优秀“能耗比”的芯片,硬件设计可以向前推进。2008年,刚刚完成向X86转型的苹果公司发布了划时代的笔记本产品MacBook Air。当时,MacBook Air的极度轻薄在全世界引起了轰动。一方面,苹果之所以能如此轻薄,是因为苹果正处于整体切割铝壳的巅峰时期。另一方面,它也与仅17瓦的英特尔酷睿处理器TDP功耗有很大关系。

苹果公司长期以来一直在思考苹果电脑未来的进化路线。2015年,新的苹果笔记本发布了。当时,苹果公司的首席设计师乔尼伊夫(Jony Ive)竭尽全力重新设计电池、键盘、主板、屏幕、触摸板、天线和界面。整个机器没有冷却风扇,甚至“没有移动的机械结构”,试图再次颠覆笔记本电脑的设计,定义未来的苹果笔记本电脑。

新款苹果笔记本电脑是苹果对轻薄笔记本电脑的终极想象

但是英特尔的芯片这次没有支持苹果电脑。发布五年后,苹果公司削减了新的苹果笔记本电脑,因为它缺乏散热和性能,苹果笔记本电脑专业版继承了该产品的一些设计理念,受到了许多用户的批评,因此苹果公司不得不在2019年加厚新的16英寸苹果笔记本电脑专业版,以防止散热和性能问题。可以说,在过去的几年里,超过一半的关于苹果的负面声音都与“冷却”有关。

虽然英特尔芯片不能满足苹果电脑发展的需要,但苹果的A系列芯片越来越好。自从iPhone 4首次配备A4芯片以来,A系列芯片一直引领着行业,甚至逐渐拉开了与竞争对手的差距。尽管苹果公司很少强调参数,但A系列芯片的性能参数已经得到了整个行业和公众舆论的认可。

在这次新闻发布会上,苹果没有宣布任何新的芯片。只要在最新的iPad Pro上运行最新的带A12Z的macOS Big Sur,它就能在Photoshop和Final Cut Pro中平稳地处理一些相对复杂的图像处理和视频编辑需求。

可以预测,未来的苹果电脑至少会像没有风扇的iPad一样轻薄。在此基础上,它可以实现更好的电池寿命,更好的体验和网络连接的稳定性,并提高安全性。

转变的挑战

转向ARM似乎是有益的,但这不是一个容易的过程。

苹果计划在两年内完成转型。这个过程中最麻烦的问题是:如何保证不同体系结构的两代软件和硬件之间的兼容性?

对于开发者来说,苹果公司推出了第二代通用二进制,它可以将开发者编写的软件编译成X86和ARM版本,分别用于不同处理器架构的苹果电脑。对于那些相对缺乏开发人员维护的旧软件,苹果还提供了第二代罗塞塔系统,该系统通过翻译软件指令使X86软件能够直接在基于ARM的Mac上模拟运行,但罗塞塔的效率肯定比本机运行稍差。

这两个系统是苹果从PowerPC转移到X86时设计的“过度工具”。在这次重新迭代之后,这两个工具再次承担起了“桥梁”的责任,用不同的体系结构连接了两代硬件。

此外,许多开发人员将在苹果电脑上运行其他开发环境,如Linux。鉴于此,苹果还准备了一套“虚拟机”工具来满足这种开发需求。

所有这一切只是开始。从PowerPC到X86,苹果从开始到结束花了将近八年的时间在所有新硬件上推广新架构芯片,完成软件开发的转换,最终结束对旧产品的支持。蒂姆库克在新闻发布会结束时没有忘记提醒大家,苹果今年将推出新的X86苹果产品,从英特尔到自主研发的转变显然不会在一夜之间实现。

马科斯大苏尔

Mac 踏上了一场新的旅途。过去10年,苹果在 iPhone、iPad 上做出了顶尖性能的自研芯片,培育了极为活跃的开发生态,实现了软硬件的双重奇迹。现在苹果想要用这套同样的思路复兴 Mac,实现彻底的统一、连贯。

这一代的苹果电脑被命名为大苏尔。它是加利福尼亚海岸线上的一个著名景点,位于1号高速公路上,一边是狭窄陡峭的山峰和悬崖,另一边是浩瀚的太平洋。这个名字有一个微妙的比喻。如果它能从山峰之间的狭窄缝隙中钻出来,浩瀚的大海会让它遨游。