蘋果換芯簡(jiǎn)史

　　切換芯片架構(gòu)是一件非常麻煩、非常困難、代價(jià)非常大的事情，很少有哪個(gè)電腦廠商，會(huì)像蘋果這樣頻繁切換。

　　Mac 走入了一個(gè)新的紀(jì)元。

　　今天凌晨，蘋果發(fā)布了第一款用于 Mac 的自研 ARM 架構(gòu) CPU，M1。同時(shí)發(fā)布的還有三款搭載 M1 芯片的新電腦：MacBook Air、MacBook Pro、和 Mac mini。

　　5 個(gè)月前的 WWDC 上，蘋果宣布 Mac 未來(lái)將不再使用 X86 架構(gòu)的英特爾處理器，轉(zhuǎn)而使用蘋果自研的 ARM 架構(gòu)芯片。在蘋果 34 年造電腦的歷史里，這樣的轉(zhuǎn)換發(fā)生過(guò)三次。每一次轉(zhuǎn)換，緊隨其后的都是一場(chǎng)計(jì)算機(jī)革命。

　　30 年后，蘋果不再滿足于其他廠商設(shè)計(jì)的芯片，開始自己為 Mac 打造 CPU。過(guò)去十幾年蘋果自研芯片的技術(shù)積累，終于在 Mac 上開花結(jié)果。

　　從 Apple II 到 Macintosh：性能飛躍

　　蘋果的誕生，和一款芯片的推出密不可分。

　　這款芯片脫胎于 1971 年摩托羅拉公司開發(fā)的 6800 芯片。當(dāng)時(shí)還沒(méi)有「?jìng)�(gè)人計(jì)算機(jī)」的概念，摩托羅拉希望把 6800 芯片放進(jìn)面向企業(yè)的大型計(jì)算機(jī)中。所以摩托羅拉非常注重這款芯片的全面性，在內(nèi)部集成了包括 ROM、RAM、各種接口，希望惠普等計(jì)算機(jī)制造商能夠更方便地利用 6800 設(shè)計(jì)電腦。

　　但 6800 太貴了，大部分客戶都望而卻步。而且，當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì) 6800 的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，大部分用戶對(duì)芯片性能、指令集的需求，只相當(dāng)于 6800 的一小部分。所以整個(gè)產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)開始嘗試對(duì)芯片進(jìn)行精簡(jiǎn)，縮小尺寸、改進(jìn)功能，以及最重要的，降低成本。

　　1975 年，MOS Technology 6502 處理器問(wèn)世。它的價(jià)格只相當(dāng)于 6800 的六分之一，遠(yuǎn)低于當(dāng)時(shí)英特爾的競(jìng)品。這款芯片因?yàn)闃O高的「性價(jià)比」，被用于各種知名產(chǎn)品，包括雅達(dá)利 2600 游戲機(jī)、任天堂紅白機(jī)，最終引爆了 80 年代的家用計(jì)算機(jī)革命。

　　蘋果成為了這場(chǎng)革命的「排頭兵」。1976 年，史蒂夫·沃茲尼亞克和喬布斯一起，基于 6502 這顆芯片開發(fā)了 Apple I，一年之后，他們又推出了經(jīng)過(guò)改進(jìn)的 Apple II，同樣搭載這顆 6502。

　　Apple II 成為了歷史上第一款大獲成功的「?jìng)�(gè)人電腦」，這很大程度上要?dú)w功于 6502 相對(duì)較低的價(jià)格。Apple II 的后續(xù)改款產(chǎn)品一直賣到 90 年代，采用的芯片也一直都是 6502 的衍生產(chǎn)品。

　　Apple II 是歷史上第一款取得廣泛成功的個(gè)人電腦，圖中展示的是其后續(xù)改款 Apple II plus|Wikipedia

　　如果說(shuō) 6502 開啟了「?jìng)�(gè)人電腦」時(shí)代，蘋果的第一次芯片架構(gòu)轉(zhuǎn)換，則開啟了「圖形界面」的時(shí)代。

　　1984 年，蘋果推出了 Macintosh 電腦。這是蘋果第一款搭載圖形界面，并配備鼠標(biāo)的個(gè)人電腦。它開創(chuàng)了很多歷史，搭載了第一版的 macOS(當(dāng)時(shí)叫 System 1.0)，和文件管理應(yīng)用「訪達(dá)」(Finder)。

　　一切同樣要?dú)w功于 Macintosh 所搭載的芯片，Motorola 68000。它是歷史上最早一批使用 32 位指令集的處理器之一。相比 Apple II 上 6502 的 8 位，改變可不是翻四倍那么簡(jiǎn)單。位元提升四倍，意味著處理器一次能處理的最大數(shù)，從 2 的 8 次方變成了 32 次方。

　　芯片的性能的指數(shù)增長(zhǎng)，使「圖形界面」成為了可能。盡管初代 Macintosh 因?yàn)槌杀揪痈卟幌碌雀鞣N原因，并沒(méi)有取得成功，但它打開了未來(lái)的大門。直到今天，macOS 里仍然沿用著很多初代 Macintosh 的設(shè)計(jì)。

　　70、80 年代芯片性能的突飛猛進(jìn)，讓蘋果的很多產(chǎn)品構(gòu)想，變成了現(xiàn)實(shí)。

　　PowerPC 和英特爾：效率提升

　　進(jìn)入 90 年代，蘋果開始走入低谷。

　　采用 68000 系的 Macintosh 雖然開創(chuàng)了個(gè)人電腦采用圖形界面的先河，但由于成本居高不下，加上性能落后，沒(méi)能成為個(gè)人電腦領(lǐng)域的主流。IBM 68000 系列芯片相比同時(shí)期英特爾的 80386 CPU 大幅落后，逐漸成為 Macintosh 向前發(fā)展的障礙。

　　1994 年，正值 Macintosh 誕生十周年之際，蘋果決定轉(zhuǎn)向，下一站，PowerPC。

　　PowerPC 誕生于 1991 年，這一次，蘋果直接參與了它的創(chuàng)立。PowerPC 架構(gòu)由蘋果、IBM 和摩托羅拉三家參與創(chuàng)立，最早的目的是縮減指令集，以提升芯片效率，降低成本。

　　PowerPC 架構(gòu) CPU 因?yàn)榫��?jiǎn)的結(jié)構(gòu)和指令集，使它擁有極佳的能效比。PowerPC 架構(gòu)芯片后來(lái)被用在多款游戲主機(jī)上，包括任天堂的 GameCube 和 Wii、索尼 PS3 以及微軟的 Xbox 360。

　　1994 年發(fā)布的 Power Macintosh 是第一臺(tái)搭載 PowerPC 處理器的蘋果電腦，它追趕上了此前幾年里，蘋果電腦在性能上和英特爾的差距，一經(jīng)推出就備受歡迎。僅一年后，PowerMac 就幾乎完全取代了此前的老 Macintosh。

　　之后，蘋果基于 PowerPC 處理器推出了一系列產(chǎn)品，包括多款 PowerBook 筆記本。盡管這些蘋果電腦在技術(shù)和商業(yè)上都獲得了一定成功，但整個(gè)個(gè)人電腦市場(chǎng)卻在迅速「下沉」。越來(lái)越多的電腦制造商開始推出價(jià)格極低的電腦產(chǎn)品，加上當(dāng)時(shí)微軟剛剛推出了 Windows 95，極大增強(qiáng)了兼容機(jī)的軟件功能，縮小了與 Mac 之間的體驗(yàn)差距。

　　再次陷入困局的蘋果，召回了喬布斯。1996 年，喬布斯回歸蘋果，回歸后不久，他就將 Jony Ive 提拔為設(shè)計(jì)部門的領(lǐng)導(dǎo)。兩人在 PowerPC 芯片的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一系列具有劃時(shí)代意義的 Mac 產(chǎn)品：包括 iMac G3、PowerBook G4 和 PowerMac G5。

　　多彩機(jī)身的 iMac G3 被視為蘋果第一款「強(qiáng)調(diào)工業(yè)設(shè)計(jì)」的硬件產(chǎn)品，幫助蘋果扭虧為盈。PowerBook G4 則第一次在筆記本電腦上采用了金屬機(jī)身，視覺(jué)上已經(jīng)與今天的 MacBook 有很多相似之處。至于 PowerMac G5，則確立了蘋果做高性能電腦的思路，今天的 Mac Pro，很大程度上就是脫胎于 PowerMac G5。

　　出于對(duì)「能效比」的考量，蘋果選擇了 PowerPC，也是因?yàn)橥瑯拥脑�因，蘋果拋棄了 PowerPC，它的功耗太高了。進(jìn)入 21 世紀(jì)，喬布斯認(rèn)為計(jì)算設(shè)備進(jìn)化的趨勢(shì)在于「輕量化」。PowerPC 架構(gòu)最新的 G5 CPU 太熱，筆記本電腦無(wú)法駕馭。而同時(shí)期的英特爾奔騰芯片，可以搭載更多核心，能效比更高，可以滿足 MacBook 的需要。

　　2005 年的 WWDC 上，喬布斯宣布停止使用 PowerPC 芯片，轉(zhuǎn)而使用英特爾的 X86 架構(gòu) CPU。

　　轉(zhuǎn)變的過(guò)程并不輕松。2005 年，蘋果的用戶和開發(fā)者技術(shù)已經(jīng)比 80 年代、90 年代擴(kuò)大了太多倍，如何協(xié)調(diào)好轉(zhuǎn)變的過(guò)程就至關(guān)重要。所以蘋果推出了一個(gè)模擬器系統(tǒng)「羅賽塔」(Rosetta)，用于模擬運(yùn)行 PowerPC 架構(gòu)下的軟件。

　　過(guò)程雖然艱難，但蘋果很快收獲了它想要的結(jié)果。正式轉(zhuǎn)向英特爾芯片兩年后，2008 年，喬布斯從一個(gè)信封里抽出了那臺(tái)令世界為之震驚的 MacBook Air，將筆記本電腦的輕薄性帶入了新的紀(jì)元。此后數(shù)年里，MacBook 一直是「輕薄」和「長(zhǎng)續(xù)航」的代名詞。

　　2015 年，蘋果發(fā)布了一款極致輕薄，采用無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)的「the new MacBook」。它采用英特爾的酷睿 M 處理器，是蘋果推出過(guò)最輕薄、便攜的電腦產(chǎn)品。但因?yàn)樯�熱、續(xù)航表現(xiàn)不佳，the new MacBook 在推出三代后就不再更新，并于 2019 年 7 月下架。

　　不少人認(rèn)為，the new MacBook 在輕量化道路上探索受阻，是蘋果最終決定拋棄英特爾，轉(zhuǎn)而自研芯片的關(guān)鍵原因。

　　自研芯片時(shí)代

　　在追求「高性能，低功耗」的道路上，蘋果完成了一次又一次跨越。最后，它決定「自己動(dòng)手，豐衣足食。」

　　基于 ARM 架構(gòu)，5nm 制程工藝，M1 芯片幾乎碾壓了之前 Mac 上搭載的英特爾處理器。

　　搭載 M1 的 MacBook Air，采用了無(wú)風(fēng)扇散熱的設(shè)計(jì)。因?yàn)?M1 只需要四分之一的功耗，就能實(shí)現(xiàn) PC 筆記本的峰值性能。相比前一代 MacBook Air 搭載的英特爾處理器，M1 的峰值性能提升了 3.5 倍。

　　在產(chǎn)品宣傳片里，蘋果強(qiáng)調(diào)這款產(chǎn)品非�！咐潇o」，運(yùn)行起來(lái)幾乎不燙。同時(shí)，更低的功耗也讓新款 MacBook 的續(xù)航得到了大幅提升。

　　過(guò)去 10 幾年，蘋果將 iPhone 上的 A 系列芯片，做成了同代性能最好的移動(dòng)處理器。所以當(dāng)蘋果開始為 Mac 打造芯片，除了性能和功耗的領(lǐng)先，蘋果還能將它過(guò)去積累的諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，整合進(jìn)新的 Mac。M1 搭載了的神經(jīng)引擎，讓 Mac 也能擁有強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)性能。同時(shí)，M1 還能配合最新的 macOS Big Sur，提供更好的安全、加密功能。

　　以往蘋果每一次切換芯片架構(gòu)，緊接著而來(lái)的就是硬件設(shè)計(jì)的顛覆。切換芯片架構(gòu)是一件非常麻煩、非常困難、代價(jià)非常大的事情，很少有哪個(gè)電腦廠商，會(huì)像蘋果這樣頻繁切換。但蘋果的每一次切換，都相當(dāng)于一次「解封」，更強(qiáng)的芯片，能解放產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的想象力，推動(dòng) Mac 朝著更遠(yuǎn)的地方進(jìn)化。

　　在這場(chǎng)發(fā)布會(huì)的末尾，庫(kù)克說(shuō)：「我們對(duì) 2021 年充滿期待，將會(huì)給用戶帶來(lái)更多驚喜體驗(yàn)。」

　　畢竟，這只是 Mac 自研芯片時(shí)代的第一天。