北京時間6月23日凌晨1點,蘋果公司召開了2020 WWDC(蘋果全球開發者大會),會上宣布,蘋果將在新版Mac上采用基于Arm架構的自研芯片。

蘋果CEO Tim Cook表示,Mac在歷史上有三次重要的轉折。一是從最初的架構轉向PowerPC芯片,二是過渡到Mac OS X操作系統,三是遷移到英特爾x86計算架構。如今,Mac將從英特爾芯片轉向蘋果自研芯片,使Mac的性能有新跨越。

蘋果沿用SoC研發經驗

“自研芯片+自研OS”的軟硬件集成生態,是蘋果最大的底氣。從2010年隨iPhone4面世的蘋果A4處理器開始,蘋果在芯片領域已經有了十年的自研歷史。蘋果硬件技術高級副總裁Johny Srouji透露,蘋果的SoC出貨量已經超過20億顆,并設計和交付了數十億顆配套芯片。

針對不同產品系列的功能要求,蘋果基于可擴展的計算架構,開發了高度定制化的SoC,并持續優化芯片的性能功耗比。在iPhone產品線,蘋果的A系列處理器保持著一年一代的開發節奏,2019年推出的A13處理器相比2010年的A4處理器,性能已經提升了100倍以上。在iPad產品線,蘋果研發了6款SoC,最新款的iPad Pro的顯卡性能在十年間有了1000倍的提升。同樣,在Apple Watch系列,蘋果擴展了SoC架構并進行優化,以滿足低功耗設備的性能需求。

在iPhone系列、iPad系列和Watch產品的芯片研發履歷,讓蘋果對于Mac架構的研發充滿信心。Srouji表示,蘋果最關注的兩個產品指標是性能和功耗。蘋果會構建Mac SoC產品系列,并配置電源管理、安全隔區、GPU、神經引擎、機器學習加速器、視頻顯示和圖像顯示引擎等一系列定制技術, 在實現性能提升的同時進一步降低能耗。

“ARM構架比x86架構更注重低功耗,蘋果的新芯片追求能耗更低、發熱更少,并順應PC終端產品的輕薄化趨勢。更重要的是,采用自研的ARM架構芯片,會大大降低成本。”行業分析師呂芃浩向《中國電子報》記者表示。

打通iPhone、iPad、Mac應用生態

對于不同產品線的應用生態,蘋果采取了“分化”和“聯動”的雙重策略。一方面,為了最大程度優化軟硬件耦合,蘋果為每一個產品系列開發了獨立的操作系統。另一方面,蘋果持續增強不同操作系統的聯動性,以提升開發者工作效率并優化用戶體驗。在2019年的WWDC,蘋果宣布增強了Mac OS與iPad的屏幕聯動,通過Sidecar功能將iPad變成Mac的擴展屏,并通過軟件工具包增強iOS與Mac OS的聯動性,讓針對iPhone開發的應用可以方便地擴展到Mac系統。

在使用自研芯片的Mac上,iPhone、iPad、Mac操作系統將進一步打通——iPhone和iPad應用可以直接在Mac運行。

“從生態構建上講,Arm架構可以幫助蘋果打通不同形態設備之間的壁壘,實現交互模式和工作場景無縫銜接,使用戶在不同終端設備上有相同的體驗。移動端是蘋果的主戰場,使用ARM架構CPU芯片的蘋果電腦與iPad、iPhone底層技術一致,可以直接運行iOS上的軟件,方便各類軟件的開發升級。”呂芃浩表示。

為了幫助開發人員更輕松地編寫適用于整個蘋果生態的應用程序,蘋果推出了一系列的編譯和遷移工具。例如在用Intel芯片的Mac和蘋果自研芯片的Mac上都能使用的二進制程序代碼Universal 2,開發者可以用同一套代碼在兩個平臺進行開發。目前微軟正在基于Universal 2開發用于新版Mac的Office,Adobe也在開發Mac版的應用軟件。在Mac從Power PC向x86架構過渡時,Rosetta能夠對應用進行轉譯,使它們在新的平臺運行。在蘋果最新的Mac操作系統Big Sur中,配置了性能更優、兼容性更強的Rosetta 2,幫助用戶在新的平臺運行現有的Mac應用程序。同時,蘋果運用虛擬性技術,支持Linux等多種開發環境在Mac運行。

“采用蘋果自研芯片的Mac能夠直接運行iPhone和iPad應用,用戶可以直接從Mac App Store下載這些應用,大多數應用無需開發人員改動就可以正常運行。這意味著用戶在新款Mac上能夠運行的應用范圍非常廣,堪稱前所未有。” 蘋果高級軟件副總裁Craig Frederighi表示。

Arm進一步滲透PC市場

長期以來,Arm架構和英特爾x86分別在移動處理器市場和PC處理器市場保持著壓倒性優勢。然而,隨著5G商用部署加速,注重移動性和始終在線的PC產品,讓Arm有了進一步向PC市場滲透的可能。

在2018年COMPUTEX臺北電腦展上,高通發布了面向Windows 10 Arm筆記本電腦的驍龍850處理器,聯想、三星、華為等OEM先后推出了搭載驍龍850的輕薄本、商務本和平板電腦。2019年,微軟推出的Surface Pro X搭載了基于Arm架構的SQ1處理器。

功耗低、易于與基帶芯片整合、采用臺積電最新制程,形成了Arm架構在PC市場的獨特優勢。呂芃浩表示,在喬布斯時代,蘋果就提出計算機架構有10年的壽命期限,架構達到其性能極限,就會被取代,蘋果PC再次更換架構也遵循這個節奏。從本質上來講,現有的英特爾x86架構芯片逐漸無法滿足蘋果電腦的性能和客戶體驗的需求,也不利于蘋果產品生態的融合。

“英特爾的芯片制造水平剛達到10納米工藝,已經落后于為蘋果代工芯片的臺積電。蘋果公司采用自研芯片更有利于產品的更新換代,減少對英特爾芯片研發進度的依賴。”呂芃浩表示。

雖然有了蘋果Mac加持,但英特爾在PC市場有著長期的積累,尤其在軟件、應用、端口適配方面,已經形成了生態優勢。Arm架構要從英特爾手里搶下更多的市場份額,仍需要繼續彌補在算力和生態上的差距。

“英特爾在PC端仍是絕對的巨頭,Arm構架的滲透率依然較低。高通和微軟都進行過基于Arm的PC嘗試,效果有待進一步優化。同時,在游戲領域,Arm架構與X86架構性能差距較大,短時間內是難以滲透的。但是,長期來看,Arm在辦公PC市場將會崛起,并占據相當一部分市場份額。”呂芃浩表示。