苹果的野心路人皆知-MACOS运行平台转ARM架构说起

Posted 2021-04-30 手机技术资讯

据外媒报道，最近许多观察家惊讶地发现，苹果公司宣布放弃Mac电脑英特尔处理器、改用自主研发芯片的重大新闻中，并没有提到这一举措是向ARM迁移。相反，该公司首席执行官蒂姆·库克(Tim Cook)介绍说，这是向Apple Silicon迈出的一步，从而引发许多猜测。

站在ARM肩膀上的Apple Silicon

苹果目前在其最新LiDAR iPad Pro中使用的A12Z芯片，以及Mac mini开发者过渡套件中的第一代Apple Silicon芯片确实包含ARM CPU内核，但ARM架构的CPU并不是苹果放弃英特尔Mac芯片的最重要原因。

苹果在将自家定制硅芯片称为“SoC”或“片上系统”(System On A Chip)时提到了这一点。在过去的十年里，苹果已经开发了一系列SoC，基本上将典型PC所需的整个芯片逻辑板整合到一个芯片中，可以批量生产，并在从iPhone到iPad再到Apple TV甚至HomePod的多种设备上使用。

这种集成的主要优势是降低功耗。ARM提供授权的CPU参考设计核心提供领先的计算性能功耗比，导致苹果将ARM作为其SoC设计的核心内核。ARM内核也是苹果M系列组件的基础，这些组件可以监控来自加速计、陀螺仪和气压计的数据，从而有效地跟踪设备随时间的移动情况。

Apple Silicon功耗对芯片性能的影响

高通提供的用于处理移动网络连接的基带调制解调器也集成了ARM处理器核心，但这些芯片的大部分价值来自于组件和专有软件的整体包装，而不仅仅是其中心服务中基于标准的CPU核心。

在某些方面，苹果在其SoCs中使用ARM内核，类似于在操作系统中使用Unix。两者都是对低级技术层操作进行标准化的有效规范。就像Macs不仅仅是Unix系统一样，苹果的soc也不仅仅是ARM处理器。

就像高通的调制解调器一样，苹果在其A系列SoC上增加的定制、优化和额外的专有工作层导致了一个明显比其基本组件更有价值的封装。

这一现实反映在苹果的定制硅芯片上，而不仅仅是“ARM芯片”，这也有助于解释为什么苹果的SoC性能越来越好于高通、英伟达、三星等公司开发的、其他基于ARM架构的SoC。

Apple Silicon为Mac带来的不仅仅是ARM

苹果强调了其定制SoC的一系列功能，这些功能将增强未来的Mac，简单地转移到ARM CPU内核本身甚至并未被囊括其中。苹果在转向自主研发硅芯片时强调的大部分优势都是指其SoC的独特、定制开发的功能。

这些功能包括高效率音频处理、低功耗视频播放、高级电源管理、高性能存储控制器、机器学习加速器、Secure Enclave固件、性能控制器、高质量摄像头处理器、密码加速、神经引擎、Apple GPU和统一内存架构等。

苹果特别强调了使用自家Apple Silicon带来的好处，并举了一些例子，比如使用神经引擎加速Final Cut Pro任务。与Alogoriddim的新Djay Pro AI类似，它同样依靠神经引擎来实现全新的复杂音频处理。展望未来，开发者将越来越复杂地使用苹果的定制推理引擎来处理机器学习和AI任务，这些任务不仅仅是ARM提供的功能。

此外，现代Mac电脑最受诟病的问题之一是其不合格的网络摄像头，其拍摄的图像质量很差。现代的ios设备利用苹果复杂的图像信号处理器，在计算摄影方面实现了令人难以置信的壮举，而这在很大程度上是由定制的ISP硅芯片驱动的。在SoC相同的情况下，苹果可以将这些图像改进带到Mac电脑上。

Apple GPU独特的TBDR设计也首次为Mac带来了低内存图形架构，该架构经过优化，使iOS游戏能够提供令人印象深刻的性能。这与为Sega Dreamcast提供动力的GPU方法相同，并被索尼用来为其手持PS Vita提供动力。

有些人怀疑“移动GPU”能否与现有的Mac GPU竞争，但近10年来，苹果的宽屏图形架构始终在驱动高分辨率Retina屏幕的iPad。针对Metal进行了优化，各种Apple Arade游戏在iOS设备上的表现同样令人印象深刻，同时也让高端英特尔Mac电脑的粉丝们疲于追赶。这可能部分是因为游戏正在针对iOS进行优化，但这表明，新的Apple Silicon Mac电脑在图形处理方面不会难以跟上英特尔版Mac电脑的速度。

同样，由苹果最新SoC驱动的iOS设备可以快速完成加密和解码任务，而这些任务在英特尔Mac上可能会慢得令人尴尬。苹果特别指出，其配备现代芯片的Mac电脑将实现比目前更高质量的SideCar与iPad连接。

这些例子不是ARM授权给苹果的通用功能，而是苹果开发的定制硅芯片功能。高通等其他SoC供应商已经开发了其中某些功能，但它们不是简单的通用ARM授权设计的组件。

英特尔自己的x86酷睿处理器还集成了他们自己诸多功能的专有版本，包括该公司自己的集成GPU和媒体处理逻辑。苹果希望从英特尔的核心封装转向自己的SoC设计，这表明苹果认为自己的硅芯片更好。

此外，许多已经为iOS开发的定制软件优化，比如Metal显卡，现在都可以直接带到Mac上，因为两者都可以同样访问苹果自己的复杂硅芯片。目前，苹果不得不开发两个版本的Metal，一个用于iOS，另一个用于Mac上的GPU。

因此，苹果并不是武断地从“x86迁移到ARM”，而是利用其定制的硅芯片工作来增强其Mac的性能、功能和深度集成。转向ARM在某种程度上是苹果想要使用自己定制硅芯片的副作用。到目前为止，苹果始终被限制在其英特尔Mac电脑上添加像T2这样的辅助芯片，以处理Touch ID和Touch Bar等自定义功能。

因此，说苹果正在“转向ARM”是不准确和有误导性的，因为苹果通过将Mac转移到自己的SoC上进行的真正转变涉及利用它已经在进行的工作，让自己的Apple Silicon成为行业领先者。

苹果的动机与微软不同

此外，MacOS不会转向一般意义上的ARM，因为它不会在Raspberry PI或高通8cx“Always On”PC上运行，而PC的设计是“在ARM上运行Windows10”。

微软已经多次尝试在ARM架构上交付Windows，首先是Windows RT，最近又是ARM架构的Windows 10。苹果没有理由将自己的工作与这些努力联系起来，部分原因是它的动机完全不同。

微软似乎将ARM支持添加到Windows中，主要是为了受益于ARM移动芯片的低功耗特性，以及集成到高通骁龙处理器中的移动数据调制解调器。请注意，微软并没有放弃英特尔芯片，而是增加了对ARM硬件的支持。

因此，与苹果在自己的Apple Silicon上进行整合，使其能够更多地重用现有代码，并在新Mac电脑上原生运行iOS应用程序不同，微软追求的是截然不同的目标，即增加开发努力，而不是统一它们。

利用更好的合作伙伴实现规模经济

苹果在2006年转向英特尔版Mac，是为了利用个人电脑行业有利于Windows和英特尔的规模经济，而不是开发新的PowerPC芯片的小得多的生态系统。几乎所有与个人电脑相关的经济活动都在推动英特尔芯片的创新和投资。

但个人电脑销量自那以来始终停滞不前，没有可预见的增长推动着x86处理器的快速投资和进步。其中一个原因是智能手机和平板电脑向移动方面转变，其中很大一部分价值转变是由苹果推动的。

与此同时，苹果对iOS和iPad用户的大规模移动平台的开发带动了规模经济，有利于苹果自己的定制SoC。苹果的移动收入不仅帮助资助了定制硅芯片领域的尖端进展，还帮助苹果的操作系统、开发工具、第一方应用程序和第三方应用商店生态系统快速发展。

此外，与英特尔相比，还有另一个有利于Apple Silicon的重要发展，即台积电的先进芯片制造能力。虽然英特尔一直在努力大幅改进其处理器设计和芯片制造工艺，但苹果的芯片制造合作伙伴台积电在芯片生产方面取得了持续的进展，取得了重大的、复杂的进步。

其结果是，苹果的SoC设计受益于生产效率的提高，使其更小、更快、更高效，而且生产成本更低。这也以与ARM本身无关的方式提升了Apple Silicon的实力。

苹果可能会追求与参照ARM设计保持一定距离的独立性，就像它在Imagination Technologies公司所展示的那样。苹果最终开发了一款定制GPU，减少了对Imagination公司的授权依赖。如果它对ARM做同样的事情，我们最终可能会在未来的Apple Silicon中看到定制的“苹果CPU”出现。所有这些都有助于苹果从英特尔转向自己的技术，而不是像微软那样与ARM合作以对冲风险。（转至腾讯科技审校/金鹿）

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