为何苹果甘愿冒险自主研发芯片?失败了代价也可承受

OPEN编辑 1年前

图1:苹果 Mac 处理器的前三次过渡转型

  腾讯科技讯,7 月 4 日,据外媒报道,苹果不久前宣布将把 Mac 上使用的处理器从英特尔芯片迁移到自己的 Apple Silicon 上,尽管这是意料之中的事,但苹果为何甘愿冒险甚至似乎相当渴望进行这种转型的,仍然值得深究。毫无疑问,切换底层架构是有风险的,无论是硬件还是软件都是如此。这是个充满了无数不确定性的过程,很少有公司敢这样做。

  苹果首席执行官蒂姆·库克(Tim Cook)在宣布这一变化时说:“今天,我们宣布 Mac 将开始向使用我们自己的 Apple Silicon 过渡。当我们展望未来时,我们设想了许多令人惊叹的新产品,而过渡到我们自己的定制硅芯片将使我们能够将它们变成现实。在苹果,硬件和软件的整合是我们做任何事情的基础,这就是我们的产品如此伟大的原因。而硅是我们硬件的核心,所以拥有世界级的硅芯片设计团队将是游戏规则的改变者。”

图2:苹果公司首席执行官库克介绍 Apple Silicon

  计算机行业的大多数参与者都选择了一条简单得多的道路,即着眼于兼容性以进行更具进步性的升级。除了苹果之外,其他台式机和笔记本电脑基本上仍然运行在对英特尔 x86 架构和微软操作系统的改进之上,而这些架构和系统最早曾于 1981 年应用在 IBM PC 上。

  通往 Windows 的道路包括在 DOS 之上构建,然后整合它,而不是取代它。最成功的 Windows 版本往往都是人们最熟悉、最稳定的版本。而当转向 64 位处理器的时候,取得成功的也是 x86 架构的扩展(由 AMD 首创),而不是进行彻底的改变。在市场上的大多数 PC 上,我们仍然可以打开 DOS 系统并运行 1981 年为 IBM PC 设计的 VisiCalc 版本。

  要想摆脱这些,你要冒着巨大的风险。正如库克指出的那样,苹果在过去三次承担了这种风险,即分别在向 PowerPC、OSX 和英特尔处理器的过渡中。因此,看看这些过渡,看看哪些是正确的,哪些是错误的,这将具有重要的启发意义。

  迁移到 PowerPC

  苹果 Mac 处理器的第一次转型是在 20 世纪 90 年代初,从最初为 Macintoshes 提供动力的摩托罗拉 CPU 过渡到 PowerPC。当时,就像现在一样,英特尔的芯片主导了个人电脑领域,以至于摩托罗拉自主研发的、基于 68000 的芯片很难成功。

  与此同时,IBM 对有如此多的“Wintel”克隆运行其软件的想法感到不安。因此,IBM 在 1991 年创建了苹果-IBM-摩托罗拉联盟,也就是众所周知的 AIM,并推动了 PowerPC 的诞生,它于 1994 年首次发货。当时的想法是,这将超过英特尔。不过,这总是有争议的,尽管你可以在某段特定时间内找到各自占优的时刻。

  但对 AIM 来说,跟上英特尔的工艺流程变得越来越困难。由于 IBM 的 PowerPC 在主流市场上从未取得太大成功,为此设计和制造芯片的成本不得不分摊到比英特尔小得多的数量上。其结果是一系列机器比同等的英特尔机器更贵,但功能更弱,以至于这几乎扼杀了苹果。

  当联合创始人史蒂夫·乔布斯(Steve Jobs)在 2005 年宣布苹果将转向英特尔处理器时,每个人都承认这是理所当然的。如今,PowerPC 的遗产仍然存在于某些 IBM 处理器和 Freescale (从摩托罗拉剥离出来的芯片公司)的嵌入式处理器中。

  创建 Mac OS X

  苹果 Mac 处理器的第二次过渡是从 MacOS 到 OS X (最近又被重新命名为 MacOS)转型。

  最初的 Mac OS 基本上从 1984 年推出 Macintosh 后持续到 1999 年 Mac OS 9。但事情并没有那么简单。在 Mac OS 5 之后,很明显苹果需要些更现代化的东西,就像最初的 DOS 操作系统最终被 Windows NT 内核取代一样。苹果开始开发名为 Pink 的操作系统,1992 年,该操作系统被并入另一家苹果/IBM 合资企业 Tilient,后来惠普也加入了其中。

  这是一个更大的失败,因为没有人能真正就操作系统应该是什么样子达成一致,所以也已失败告终。最终,它成为 IBM Workplace OS 的基础,而该操作系统甚至从未得到主流推荐。当这次尝试失败时,苹果更新了现有的 Mac OS (最终是 System 7),并开始开发另一个雄心勃勃的操作系统,名为 Copeland,但它也从未上市。

  事实上,在 20 世纪 90 年代中期,苹果就在考虑各种选择,包括备受好评、专注于多媒体的 BeOS,然后在 1997 年决定收购 NeXT,这笔交易将乔布斯带回了苹果。NeXT 创建了一台机器,更重要的是,基于 Mach 内核和 Unix 实现创建了名为 Next Step 的操作系统。这最终包括了基于 Objective C 的面向对象框架。

  苹果最初的计划是在 Mac OS 的基础上开发全新的操作系统来运行。但考虑到苹果的新操作系统计划一开始就失败了,许多开发者对此表示怀疑。因此,在乔布斯再次成为 CEO 后,苹果决定将 Mac OS 和下一代 OS 的元素结合起来,部分是通过使用名为 Carbon 的工具实现的,使 Mac OS 应用程序在新 OS 上运行变得更容易。这导致了 2001 年的 Mac OS X 诞生,这是个基于 Unix 的操作系统,仍然可以运行旧的 Mac OS 应用程序。

  自那以后,Mac OS X 进行了升级,并重新命名为 Mac OS。它停留在“版本 10”很长一段时间,基本的设计元素保持稳定,即使操作系统增加了新的功能。经过一些重大的设计变化,MacOS“Big Sur”也于上周发布,这是第一个被贴上“版本 11”标签的新操作系统版本。

  所有与 Mac OS X 推出断断续续的相关行动都表明了这样一个重大变化带来的风险。苹果在 Pink、Talient 和 Copeland 上的失败让它失去了很多开发者的支持。但归根结底,这是值得的,它为 Macintosh 提供了一个现代操作系统,与苹果将用来继续收取溢价的差异化操作系统一样。

  向英特尔过渡

  苹果 Mac 处理器的第三次过渡是从 PowerPC 转向英特尔。苹果在 2005 年 6 月宣布采用英特尔处理器,并于 2006 年底完成过渡。

  当时,PowerPC 联盟陷入了困境。虽然与 IBM 的联盟仍在开发非常有竞争力的台式机芯片,如 PowerPC G5,但它并没有为笔记本电脑提供具有竞争力的芯片,而笔记本电脑的市场份额正在变得更大。

  乔布斯当时表示:“苹果只是不知道如何用 PowerPC 制造我们未来想要交付的、令人惊叹的电脑。”他特别谈到了原始性能和更高的能效(即每瓦的性能),这是制造更薄、更小笔记本电脑所必需的。苹果表示,自从完成 Mac OS X 的创建以来,该公司实际上一直在致力于这种过渡。

  在这次过渡之后的几年里,苹果在 OSX 中包含了一项名为 Rosetta 的技术,它可以将 PowerPC 应用程序转换为英特尔应用程序。2011 年,苹果在 Mac OS X 的“Lion”版中将其作为操作系统的一部分。

  第一款基于英特尔的 Macintoshes 于 2006 年 1 月发布,到那年年底,该系列中的所有型号都已更新为基于英特尔技术的版本。苹果在 2009 年发布“Snow Leopard”版本之前,也一直支持 PowerPC 升级到 OS X。15 年来,英特尔处理器总体上为苹果提供了良好的服务。

  Apple Silicon 转型

  那么,苹果现在为何又要再次转型?在某些方面,这可以追溯到英特尔决定不为 iPhone 提供芯片,以及苹果随后决定自己制造芯片的年代。

  与此同时,英特尔的大部分芯片仍采用 14 纳米制程工艺,而苹果使用的芯片代工企业台积电(TSMC)现在正在制造 7 纳米芯片,并在今年晚些时候转向 5 纳米工艺。公平地说,英特尔确实有些 10 纳米工艺芯片,大致相当于台积电的 7 纳米工艺,但相当令人惊讶的是,英特尔在 2014 年推出首批 14 纳米芯片时,几乎领先台积电两年。

图3:苹果硬件技术高级副总裁约翰尼·斯劳吉

  在最新发布会上,苹果硬件技术高级副总裁约翰尼·斯劳吉(Johny Srouji)说,十年来,苹果始终在构建“为苹果产品定制的可扩展架构”,重点是性能功耗比。他说,在过去 10 年里,CPU 的性能提高了 100 倍以上(从 2010 年的 A4 提高到 A13)。而在 iPad 上,图形性能提高了 1000 倍。他还说,包括 iPhone、iPad 和 Apple Watch 在内,苹果已经售出了超过 20 亿个 SoC (片上系统,即现代处理器)。

  这给了苹果以高性价比大规模生产独特处理器的能力,这在 PowerPC 时代是不可想象的。此外,苹果正在委托台积电生产这些芯片,采用的是尖端工艺,可以说比英特尔领先了几年。时代已经变得多么的不同了。

图4:SoC 功能

  斯劳吉表示,苹果正在开发一系列专门针对 Mac 的 SoC。他说:“我们的计划是让 Mac 有更高的性能,同时又消耗更少的电力。“他说,这已经是非常充分的理由,更不用说苹果的可伸缩架构还包括其他东西,如高级电源管理、安全飞地(出于隐私和安全考虑)、高性能 GPU、用于机器学习的神经引擎和图像处理引擎等。但斯劳吉也称,苹果的关键优势是“我们的硅芯片和软件的紧密结合”。

  当然,直到最终的软件发布,我们才能真正知道这一切有多好,我们可以真正对其进行测试。与此同时,PCMag 运行了一些基准测试,将英特尔与苹果目前的处理器进行了比较,得到了一些相当不错的结果。

图5:针对过渡的开发工具

  在软件方面,苹果软件工程高级副总裁克雷格·费德里吉(Craig Federighi)表示,MacOS 新的 Big Sur 版本中内置的技术“将使消费者和开发者顺利、无缝地过渡到 Apple silicon”。他说,大多数使用苹果 Xcode 库的开发者将能够在“几天内”启动并运行他们的代码。然后,他们可以将这些代码与 Universal 2 一起分发,这使得他们可以创建同时支持英特尔和新处理器的单一应用程序(二进制)。

  费德里吉说,苹果的所有应用程序,包括 Mac Pro 应用程序,都将是 Apple silicon 的原生应用程序,微软和 Adobe 都在移植他们的应用程序的道路上走得很远。演示包括微软 Word、Excel 和 PowerPoint,Adobe Lightroom 和 Photoshop,以及苹果的 Final Cut Pro,所有这些应用都运行在基于当前 iPad Pro 使用的 A12Z 芯片开发系统上。

  对于那些在 Apple 发布系统后没有立即生成本地应用程序的开发者,苹果提供了 Rosetta 2,它可以在安装时转换现有的应用程序,甚至可以为使用 Java 等即时编译器的软件动态翻译。苹果展示了《Maya》和《Tomb Raider》的版本,两者都在新的 Rosetta 下运行。

  它还将支持虚拟化,允许你在 MacOS Big Sur (主要由软件开发者使用的功能)上运行其他操作系统,但不支持 BootCamp,这是苹果的一个程序,可以让你在 Windows 上启动 Macintosh。目前还不清楚你将如何获得 Windows,因为微软只将 Windows 授权给系统制造商,而不是个人。尽管如此,Parallels 等第三方开发商仍在努力寻找替代方案。

  因为它运行的是 iPhone 和 iPad 中使用的硅芯片变体,所以新的 Mac 应该能够运行所有这些应用程序。

  费德里吉宣布,苹果已经启动了一个面向开发者的快速入门计划,包括一款开发者过渡工具包机器,它使用的是 Mac 迷你机箱,配备 Apple A12Z SoC、16 GB 内存、512 GB 固态硬盘,以及 MacOS Big Sur 开发者测试版和 Xcode 工具,现在都可以使用了。库克说,第一批使用 Apple silicon 的消费者系统应该会在今年年底推出,并表示向所有 Apple silicon 产品的过渡应该需要大约两年的时间。尽管在此期间,苹果仍将推出新的英特尔机器,并在“未来几年”支持英特尔的 MacOS。

  库克说:“我们对 Mac 的愿景一直是拥抱突破性的创新,并勇于做出大胆的改变。每次我们这样做,Mac 都会变得更强大、更有能力,我从未像今天这样对 Mac 的未来充满信心。”

  当然,这可能要到几年后我们才能知道结果。苹果似乎很有可能成功地将其开发者转移到新平台上,但新的 MacBooks 是否能像基于英特尔或基于 AMD 架构的笔记本电脑一样快或更快,或者在很长一段时间内像英特尔或 AMD 笔记本电脑那样节能,这仍是个悬而未决的问题。考虑到苹果对 Mac 的依赖远不及之前采取过渡行动时的水平,虽然此举仍有风险,但该公司承担得起失败的代价。 (腾讯科技审校/金鹿)