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為何蘋果甘願冒險自主研發芯片?失敗了代價也可承受

騰訊科技訊 7月4日,據外媒報導,蘋果不久前宣布將把Mac上使用的處理器從英特爾芯片遷移到自己的Apple Silicon上,儘管這是意料之中的事,但蘋果為何甘願冒險甚至似乎相當渴望進行這種轉型的,仍然值得深究。毫無疑問,切換底層架構是有風險的,無論是硬體還是軟體都是如此。這是個充滿了無數不確定性的過程,很少有公司敢這樣做。

蘋果首席執行官蒂姆·庫克(Tim Cook)在宣布這一變化時說:“今天,我們宣布Mac將開始向使用我們自己的Apple Silicon過渡。當我們展望未來時,我們設想了許多令人驚歎的新產品,而過渡到我們自己的定製矽芯片將使我們能夠將它們變成現實。在蘋果,硬體和軟體的整合是我們做任何事情的基礎,這就是我們的產品如此偉大的原因。而矽是我們硬體的核心,所以擁有世界級的矽芯片設計團隊將是遊戲規則的改變者。”

計算機行業的大多數參與者都選擇了一條簡單得多的道路,即著眼於兼容性以進行更具進步性的升級。除了蘋果之外,其他台式機和筆電電腦基本上仍然運行在對英特爾x86架構和微軟作業系統的改進之上,而這些架構和系統最早曾於1981年應用在IBM PC上。

通往Windows的道路包括在DOS之上構建,然後整合它,而不是取代它。最成功的Windows版本往往都是人們最熟悉、最穩定的版本。而當轉向64位處理器的時候,取得成功的也是x86架構的擴展(由AMD首創),而不是進行徹底的改變。在市場上的大多數PC上,我們仍然可以打開DOS系統並運行1981年為IBM PC設計的VisiCalc版本。

要想擺脫這些,你要冒著巨大的風險。正如庫克指出的那樣,蘋果在過去三次承擔了這種風險,即分別在向PowerPC、OSX和英特爾處理器的過渡中。因此,看看這些過渡,看看哪些是正確的,哪些是錯誤的,這將具有重要的啟發意義。

遷移到PowerPC

蘋果Mac處理器的第一次轉型是在20世紀90年代初,從最初為Macintoshes提供動力的摩托羅拉CPU過渡到PowerPC。當時,就像現在一樣,英特爾的芯片主導了個人電腦領域,以至於摩托羅拉自主研發的、基於68000的芯片很難成功。

與此同時,IBM對有如此多的“Wintel”克隆運行其軟體的想法感到不安。因此,IBM在1991年創建了蘋果-IBM-摩托羅拉聯盟,也就是眾所周知的AIM,並推動了PowerPC的誕生,它於1994年首次發貨。當時的想法是,這將超過英特爾。不過,這總是有爭議的,儘管你可以在某段特定時間內找到各自佔優的時刻。

但對AIM來說,跟上英特爾的工藝流程變得越來越困難。由於IBM的PowerPC在主流市場上從未取得太大成功,為此設計和製造芯片的成本不得不分攤到比英特爾小得多的數量上。其結果是一系列機器比同等的英特爾機器更貴,但功能更弱,以至於這幾乎扼殺了蘋果。

當聯合創始人史蒂夫·賈伯斯(Steve Jobs)在2005年宣布蘋果將轉向英特爾處理器時,每個人都承認這是理所當然的。如今,PowerPC的遺產仍然存在於某些IBM處理器和Freescale(從摩托羅拉剝離出來的芯片公司)的嵌入式處理器中。

創建Mac OS X

蘋果Mac處理器的第二次過渡是從MacOS到OS X(最近又被重新命名為MacOS)轉型。

最初的Mac OS基本上從1984年推出Macintosh後持續到1999年Mac OS 9。但事情並沒有那麽簡單。在Mac OS 5之後,很明顯蘋果需要些更現代化的東西,就像最初的DOS作業系統最終被Windows NT內核取代一樣。蘋果開始開發名為Pink的作業系統,1992年,該作業系統被並入另一家蘋果/IBM合資企業Tilient,後來惠普也加入了其中。

這是一個更大的失敗,因為沒有人能真正就作業系統應該是什麽樣子達成一致,所以也已失敗告終。最終,它成為IBM Workplace OS的基礎,而該作業系統甚至從未得到主流推薦。當這次嘗試失敗時,蘋果更新了現有的Mac OS(最終是System 7),並開始開發另一個雄心勃勃的作業系統,名為Copeland,但它也從未上市。

事實上,在20世紀90年代中期,蘋果就在考慮各種選擇,包括備受好評、專注於多媒體的BeOS,然後在1997年決定收購NeXT,這筆交易將賈伯斯帶回了蘋果。NeXT創建了一台機器,更重要的是,基於Mach內核和Unix實現創建了名為Next Step的作業系統。這最終包括了基於Objective C的面向對象框架。

蘋果最初的計劃是在Mac OS的基礎上開發全新的作業系統來運行。但考慮到蘋果的新作業系統計劃一開始就失敗了,許多開發者對此表示懷疑。因此,在賈伯斯再次成為CEO後,蘋果決定將Mac OS和下一代OS的元素結合起來,部分是通過使用名為Carbon的工具實現的,使Mac OS應用程序在新OS上運行變得更容易。這導致了2001年的Mac OS X誕生,這是個基於Unix的作業系統,仍然可以運行舊的Mac OS應用程序。

自那以後,Mac OS X進行了升級,並重新命名為Mac OS。它停留在“版本10”很長一段時間,基本的設計元素保持穩定,即使作業系統增加了新的功能。經過一些重大的設計變化,MacOS“Big Sur”也於上周發布,這是第一個被貼上“版本11”標簽的新作業系統版本。

所有與Mac OS X推出斷斷續續的相關行動都表明了這樣一個重大變化帶來的風險。蘋果在Pink、Talient和Copeland上的失敗讓它失去了很多開發者的支持。但歸根結底,這是值得的,它為Macintosh提供了一個現代作業系統,與蘋果將用來繼續收取溢價的差異化作業系統一樣。

向英特爾過渡

蘋果Mac處理器的第三次過渡是從PowerPC轉向英特爾。蘋果在2005年6月宣布採用英特爾處理器,並於2006年底完成過渡。

當時,PowerPC聯盟陷入了困境。雖然與IBM的聯盟仍在開發非常有競爭力的台式機芯片,如PowerPC G5,但它並沒有為筆電電腦提供具有競爭力的芯片,而筆電電腦的市場份額正在變得更大。

賈伯斯當時表示:“蘋果只是不知道如何用PowerPC製造我們未來想要交付的、令人驚歎的電腦。”他特別談到了原始性能和更高的能效(即每瓦的性能),這是製造更薄、更小筆電電腦所必需的。蘋果表示,自從完成Mac OS X的創建以來,該公司實際上一直在致力於這種過渡。

在這次過渡之後的幾年裡,蘋果在OSX中包含了一項名為Rosetta的技術,它可以將PowerPC應用程序轉換為英特爾應用程序。2011年,蘋果在Mac OS X的“Lion”版中將其作為作業系統的一部分。

第一款基於英特爾的Macintoshes於2006年1月發布,到那年年底,該系列中的所有型號都已更新為基於英特爾技術的版本。蘋果在2009年發布“Snow Leopard”版本之前,也一直支持PowerPC升級到OS X。15年來,英特爾處理器總體上為蘋果提供了良好的服務。

Apple Silicon轉型

那麽,蘋果現在為何又要再次轉型?在某些方面,這可以追溯到英特爾決定不為iPhone提供芯片,以及蘋果隨後決定自己製造芯片的年代。

與此同時,英特爾的大部分芯片仍採用14納米製程工藝,而蘋果使用的芯片代工企業台積電(TSMC)現在正在製造7納米芯片,並在今年晚些時候轉向5納米工藝。公平地說,英特爾確實有些10納米工藝芯片,大致相當於台積電的7納米工藝,但相當令人驚訝的是,英特爾在2014年推出首批14納米芯片時,幾乎領先台積電兩年。

在最新發布會上,蘋果硬體技術高級副總裁約翰尼·斯勞吉(Johny Srouji)說,十年來,蘋果始終在構建“為蘋果產品定製的可擴展架構”,重點是性能功耗比。他說,在過去10年裡,CPU的性能提高了100倍以上(從2010年的A4提高到A13)。而在iPad上,圖形性能提高了1000倍。他還說,包括iPhone、iPad和Apple Watch在內,蘋果已經售出了超過20億個SoC(片上系統,即現代處理器)。

這給了蘋果以高性價比大規模生產獨特處理器的能力,這在PowerPC時代是不可想象的。此外,蘋果正在委託台積電生產這些芯片,採用的是尖端工藝,可以說比英特爾領先了幾年。時代已經變得多麽的不同了。

斯勞吉表示,蘋果正在開發一系列專門針對Mac的SoC。他說:“我們的計劃是讓Mac有更高的性能,同時又消耗更少的電力。“他說,這已經是非常充分的理由,更不用說蘋果的可伸縮架構還包括其他東西,如高級電源管理、安全飛地(出於隱私和安全考慮)、高性能GPU、用於機器學習的神經引擎和圖像處理引擎等。但斯勞吉也稱,蘋果的關鍵優勢是“我們的矽芯片和軟體的緊密結合”。

當然,直到最終的軟體發布,我們才能真正知道這一切有多好,我們可以真正對其進行測試。與此同時,PCMag運行了一些基準測試,將英特爾與蘋果目前的處理器進行了比較,得到了一些相當不錯的結果。

在軟體方面,蘋果軟體工程高級副總裁克雷格·費德裡吉(Craig Federighi)表示,MacOS新的Big Sur版本中內置的技術“將使消費者和開發者順利、無縫地過渡到Apple silicon”。他說,大多數使用蘋果Xcode庫的開發者將能夠在“幾天內”啟動並運行他們的代碼。然後,他們可以將這些代碼與Universal 2一起分發,這使得他們可以創建同時支持英特爾和新處理器的單一應用程序(二進製)。

費德裡吉說,蘋果的所有應用程序,包括Mac Pro應用程序,都將是Apple silicon的原生應用程序,微軟和Adobe都在移植他們的應用程序的道路上走得很遠。演示包括微軟Word、Excel和PowerPoint,Adobe Lightroom和Photoshop,以及蘋果的Final Cut Pro,所有這些應用都運行在基於當前iPad Pro使用的A12Z芯片開發系統上。

對於那些在Apple發布系統後沒有立即生成本地應用程序的開發者,蘋果提供了Rosetta 2,它可以在安裝時轉換現有的應用程序,甚至可以為使用Java等即時編譯器的軟體動態翻譯。蘋果展示了《Maya》和《Tomb Raider》的版本,兩者都在新的Rosetta下運行。

它還將支持虛擬化,允許你在MacOS Big Sur(主要由軟體開發者使用的功能)上運行其他作業系統,但不支持BootCamp,這是蘋果的一個程序,可以讓你在Windows上啟動Macintosh。目前還不清楚你將如何獲得Windows,因為微軟隻將Windows授權給系統製造商,而不是個人。儘管如此,Parallels等第三方開發商仍在努力尋找替代方案。

因為它運行的是iPhone和iPad中使用的矽芯片變體,所以新的Mac應該能夠運行所有這些應用程序。

費德裡吉宣布,蘋果已經啟動了一個面向開發者的快速入門計劃,包括一款開發者過渡工具包機器,它使用的是Mac迷你機箱,配備Apple A12Z SoC、16 GB記憶體、512 GB固態硬碟,以及MacOS Big Sur開發者測試版和Xcode工具,現在都可以使用了。庫克說,第一批使用Apple silicon的消費者系統應該會在今年年底推出,並表示向所有Apple silicon產品的過渡應該需要大約兩年的時間。儘管在此期間,蘋果仍將推出新的英特爾機器,並在“未來幾年”支持英特爾的MacOS。

庫克說:“我們對Mac的願景一直是擁抱突破性的創新,並勇於做出大膽的改變。每次我們這樣做,Mac都會變得更強大、更有能力,我從未像今天這樣對Mac的未來充滿信心。”

當然,這可能要到幾年後我們才能知道結果。蘋果似乎很有可能成功地將其開發者轉移到新平台上,但新的MacBooks是否能像基於英特爾或基於AMD架構的筆電電腦一樣快或更快,或者在很長一段時間內像英特爾或AMD筆電電腦那樣節能,這仍是個懸而未決的問題。考慮到蘋果對Mac的依賴遠不及之前采取過渡行動時的水準,雖然此舉仍有風險,但該公司承擔得起失敗的代價。 (騰訊科技審校/金鹿)

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