蘋果首發(fā)ARM架構(gòu)電腦芯片，未來PC格局將會如何改變

Android、iOS、ARM，Windows、macOS、Intel、x86……

稍微關(guān)注數(shù)碼科技領(lǐng)域的人們，對上面這些名詞肯定不會陌生。眾所周知，ARM和x86這兩大計算架構(gòu)的底層差異，形成了移動端和PC（個人電腦）端兩大陣營。在移動端，因為谷歌開源的Android和蘋果自研自用的iOS這兩種操作系統(tǒng)，又劃分出了安卓和蘋果陣營。在PC端，微軟的Windows操作系統(tǒng)和Intel的x86芯片，組成了牢不可破的Wintel陣營，掌控著絕大部分的PC市場份額，而蘋果Mac系列雖然也采用Intel的x86處理器，卻仍堅持自研的macOS系統(tǒng)，占據(jù)了10%的PC市場，走專業(yè)辦公的高端路線。

這一陣營劃分至少從十年前就開始成型，到現(xiàn)在我們大都已經(jīng)習(xí)慣這一格局。買手機和平板，會在安卓或蘋果之間站隊，買電腦會Wintel聯(lián)盟和蘋果之間站隊。這一用戶習(xí)慣養(yǎng)成自然非一日之功，其實這些大廠在早期也做過努力掙扎，想用自己具有優(yōu)勢的架構(gòu)和操作系統(tǒng)來一統(tǒng)移動端和PC的江湖。

微軟早先就嘗試把Windows操作系統(tǒng)嫁接到ARM指令集上，推出了五彩斑斕的Windows Phone，也推出過需要運行在ARM架構(gòu)的電腦和平板上的Windows RT，結(jié)果都是以慘敗收場。而英特爾也嘗試過x86架構(gòu)的Atom處理器征戰(zhàn)移動芯片領(lǐng)域，同樣最后無疾而終。反過來，高通也嘗試把驍龍芯片用在PC上，但最終也沒有掀起波瀾。

而如今，這個“移動端用ARM，PC端用x86”的現(xiàn)世安穩(wěn)的架構(gòu)，終于又起波瀾。這次是蓄謀已久的蘋果，要把高效能低功耗的ARM架構(gòu)，真正用到的PC產(chǎn)品上了。就在國人紛紛搶貨的雙11凌晨，蘋果舉行了今年的第三場發(fā)布會“One More Thing”，重磅發(fā)布了首款基于ARM架構(gòu)的自研電腦芯片M1，以及搭載M1芯片的三款PC產(chǎn)品。這也是有著36年歷史的蘋果Mac電腦第一次用上了自家研發(fā)的芯片，而且還是采用了和iPhone、iPad所采用的A系列芯片相同的ARM架構(gòu)。

那么，在Mac系列上推出M1芯片的意義，就不僅僅是要開始和長期合作的Intel官宣“分手”這一層，還等于是要向x86統(tǒng)治下的PC市場“下戰(zhàn)書”了。那么，這次蘋果的ARM架構(gòu)芯片想要挑戰(zhàn)現(xiàn)有PC格局還有多遠(yuǎn)？這是本文重點關(guān)心的問題。

為Mac改換門庭，先來一顆特別能打的ARM“芯”

在介紹這款M1芯片之前，我們其實都很關(guān)心一個問題：為什么蘋果要在這個時候推出一款基于ARM架構(gòu)的PC芯片呢？我們知道，蘋果體系的封閉性是出了名的，從硬件到軟件，蘋果都選擇了自己研發(fā)自己用，硬生生打造了一個極致封閉但又體驗出眾的iOS生態(tài)。但在這個封閉生態(tài)下仍然留了下為數(shù)不多的幾個小缺口，在Mac系列電腦上使用的Intel處理器就是其中一個，而且到現(xiàn)在足足用了十五年。

從2005年開始，蘋果就將自己的Mac產(chǎn)品從基于ARM的PowerPC架構(gòu)轉(zhuǎn)向了Intel的x86架構(gòu)，采用英特爾的奔騰系列讓Mac產(chǎn)品的性能一路飆升，配合著自家的macOS系統(tǒng)，一路高歌猛進，占據(jù)了PC機的高端市場份額。現(xiàn)在，Intel的處理器碰到了當(dāng)年P(guān)owerPC架構(gòu)芯片一樣的困境，那就是性能擠牙膏一樣的增長，導(dǎo)致蘋果Mac系列一直也只能跟著Intel的14nm+++制程的迭代而緩慢推進。Intel的差勁表現(xiàn)早已讓追求性能極致提升的蘋果心懷不滿，多次表示要用自研芯片取而代之。

與此同時，蘋果在移動終端上的A系列芯片已經(jīng)成功推進到了5nm制程，無論是多核的性能水平還是Soc整合能力，都有了超越當(dāng)前英特爾的CPU內(nèi)核的能力。時機已到，這時候蘋果也就不講究什么“江湖武德”了。為了實現(xiàn)全系列硬件生態(tài)的統(tǒng)一閉環(huán)，蘋果就必須把Mac上的Intel處理器踢出局，最終實現(xiàn)在iPhone、iPad和Mac系列上全部用上自研的芯片。

那么， M1芯片是否有這個實力呢？

我們來看下蘋果給出的M1的性能介紹。簡單來說，M1是蘋果第一款基于ARM架構(gòu)的5nm工藝的電腦芯片，由于采用了目前最先進制程，擁有高達160億個晶體管，相比新款iPhone所用的A14的118億個晶體管提升了約35.6%，同時也高于麒麟9000的153億個晶體管。M1還是一款高度集成的SoC芯片，將CPU、GPU、NPU和各種連接功能及組件統(tǒng)統(tǒng)集合在一起。

在CPU上，擁有4個高性能大核心和4個高效能小核心，可混合運行以協(xié)助處理多線程任務(wù)，跑分上已經(jīng)高于Intel 的Core i9處理器。這得益于蘋果在魔改ARM架構(gòu)上的領(lǐng)先能力，大核心性能突出，小核心能耗極低，大小核心的協(xié)同工作使得其能效比比2012年時候Mac的處理器提升了3倍。

在GPU上，M1集成了8核心的GPU，兼顧了性能和能效，相比A14的GPU核心數(shù)量提升了一倍，無論是剪輯還是播放多個全畫質(zhì)4K視頻流等重負(fù)載也沒有什么壓力。根據(jù)蘋果公布的數(shù)據(jù)，在同等功耗下，M1的GPU性能是其他最新推出的筆記本芯片的GPU性能的兩倍，而在同等性下，M1的功耗只有其他筆記本電腦芯片的1/3。此外，還有等同于A14芯片的16核NPU，滿足人工智能算力；同時支持了高達16GB的具有高帶寬、低延遲特性的統(tǒng)一DRAM內(nèi)存體系架構(gòu)，加快幾個處理器直接的數(shù)據(jù)共享速度。

具體到產(chǎn)品上，搭配了M1的新款Macbook Air的CPU性能是上一代基于英特爾處理的Macbook Air的3.5倍，GPU則提升了5倍，機器學(xué)習(xí)性能也提升了9倍。蘋果稱其整體性能超過了98%的PC筆記本。有了M1芯片的加持，蘋果的MacBook在輕量化之路上又能繼續(xù)升級了，性能提升的同時，ARM架構(gòu)的低功耗優(yōu)勢盡顯，續(xù)航時長又大幅提升。這等于說既超越了x86架構(gòu)芯片的高性能優(yōu)勢，又保持了ARM架構(gòu)的低功耗優(yōu)勢，無怪外界說蘋果Mac進入了一個新的紀(jì)元。

我們知道，為PC更換架構(gòu)，不可能是在一座新地基上新建大樓，而是要在建好的大廈上面換地基，換掉地基還要在不拆掉大樓的前提下讓大樓煥然一新。現(xiàn)在，蘋果用ARM架構(gòu)的CPU Soc，只是完成x86架構(gòu)的硬件替代的第一步步驟。而原有PC 架構(gòu)上的操作系統(tǒng)和軟件，才是蘋果換掉ARM架構(gòu)芯片之后主要面臨的問題。

軟件先行，蘋果做了軟件系統(tǒng)遷移的準(zhǔn)備

為一個操作系統(tǒng)更換硬件架構(gòu)，或者讓新的架構(gòu)匹配舊的軟件系統(tǒng)，兼容性始終是繞不開的一個難題。當(dāng)年微軟的敗績還歷歷在目。2012年，微軟推出了基于ARM架構(gòu)的Windows RT操作系統(tǒng)，只能預(yù)裝在采用ARM架構(gòu)處理器的PC和平板電腦中，只能跑32位的軟件。但這一努力操之過急又過于超前，當(dāng)時既沒有好的硬件產(chǎn)品支持，也沒有除微軟自有軟件之外的軟件生態(tài)支持。同時還將PC端操作系統(tǒng)移植到平板電腦上。Windows RT幾經(jīng)掙扎后，最終還是嘗試一個“寂寞”。

蘋果雖然同樣面臨軟硬件協(xié)同的這一挑戰(zhàn)，但在處理這一問題上卻早有準(zhǔn)備。我們說過，蘋果這個科技圈的“異類”把軟硬件生態(tài)都牢牢掌握在自己手中，在謀劃著這次架構(gòu)轉(zhuǎn)型之前，就已經(jīng)把系統(tǒng)和軟件的遷移的準(zhǔn)備工作做好了。

這一次，蘋果為macOS配備了最新的Big Sur系統(tǒng)。Big Sur系統(tǒng)不僅可以流暢運行在ARM架構(gòu)的展示機上面，就連Photoshop、Lightroom、Final Cut Pro、Office、Maya這些偏向生產(chǎn)力的專業(yè)領(lǐng)域軟件都已經(jīng)能夠完美適配運行。Big Sur的基礎(chǔ)架構(gòu)也經(jīng)過優(yōu)化，以解鎖M1芯片的實力，包括用于圖形處理任務(wù)的Metal和用于機器學(xué)習(xí)的Core ML等開發(fā)者技術(shù)。

而為了讓開發(fā)者能將原來運行在X86架構(gòu)芯片之上的Mac應(yīng)用，更輕松地適配蘋果自研的M1處理器，蘋果還提供了一系列的工具。比如，可幫助開發(fā)者構(gòu)建同時能在x86和Arm架構(gòu)芯片上運行的應(yīng)用的Universal 2，可以自動將為英特爾處理器編寫的指令轉(zhuǎn)譯蘋果Arm芯片可以理解的指令，使得蘋果Arm芯片直接能運行原x86平臺應(yīng)用程序Rosetta 2。

通過這些套件，開發(fā)者可以在短時間內(nèi)將目前x86架構(gòu)軟件遷移到ARM架構(gòu)的macOS上面。解決了macOS開發(fā)者的后顧之憂，又能讓iOS、iPadOS上面的開發(fā)者輕松將軟件遷移到macOS上，蘋果的統(tǒng)一軟件生態(tài)將最終實現(xiàn)。這一變革帶來的體驗幾乎是革命性的。要知道原本移動場景下的應(yīng)用和PC場景下的應(yīng)用是始終割裂的，比如，我們使用的微信，總是要區(qū)分出Android、iOS、windows和Mac版，每一個應(yīng)用都要配置至少3個版本，這樣不僅讓移動端和電腦端的使用場景隔成體系，嚴(yán)重影響使用體驗，也徒增了各大應(yīng)用平臺的開發(fā)工作量。

而現(xiàn)在，隨著在iPhone、iPad、Mac等產(chǎn)品上都采用了相同的Arm架構(gòu)的芯片，蘋果軟件應(yīng)用生態(tài)將徹底打通，在Mac上也可以直接運行iPhone和iPad的軟件，Mac上的軟件也可以在iPhone和iPad上運行。未來，PC端和移動端的邊界將變得更為模糊，最終直至統(tǒng)一，用戶的體驗將更為一致。一旦蘋果實現(xiàn)全平臺的統(tǒng)一操作系統(tǒng)之后，蘋果的用戶粘性將更高，而那些使用了iPhone的用戶在需要一臺辦公設(shè)備之后將更愿意選擇一臺能無縫互聯(lián)互通的MacBook。

不過從最近反饋的情況來看，macOS Big Sur的首次開放更新，仍然遇到了一些兼容性問題，比如對于一些開發(fā)者工具，大多還在開發(fā)中，早先的MacBook版本在升級這一系統(tǒng)時遇到崩潰和無法使用等問題。而這些問題都是Mac要在此后的系統(tǒng)更新中著手解決的問題。不管怎樣，Mac芯片的架構(gòu)變革和軟件系統(tǒng)的兼容升級，給蘋果帶來又一輪增長的可能，也對以x86架構(gòu)處理器為主導(dǎo)的PC市場帶來諸多挑戰(zhàn)。

除了挑戰(zhàn)現(xiàn)有PC格局，蘋果M1的影響還有哪些？我們先來說下蘋果M1芯片以及新款Mac的推出，對于現(xiàn)有PC市場格局帶來哪些挑戰(zhàn)？據(jù)我們推斷，搭載自研M1芯片的Mac產(chǎn)品，隨著其產(chǎn)品迭代和軟件系統(tǒng)的完善，自然會獲得更大的PC電腦的市場份額。

但客觀來說，x86為主導(dǎo)的PC仍然將長期占據(jù)主要市場。一方面，現(xiàn)在x86的優(yōu)勢仍然非常牢固，Intel的x86芯片在高性能計算機或者運行PC端大型游戲中仍然有非常強的性能優(yōu)勢，而Intel一旦突破了14nm制程工藝的瓶頸之后，可能會擺脫“擠牙膏”的尷尬境遇，還會迎來新一輪的增長。另一方面，x86架構(gòu)所構(gòu)建的PC端的豐富軟件生態(tài)，不是macOS生態(tài)短時間內(nèi)能夠超越的。

不過，蘋果M1芯片的推出，對于ARM架構(gòu)本身有著更大的激勵和示范影響。第一個影響是，蘋果所要構(gòu)建的基于ARM架構(gòu)的統(tǒng)一軟硬件生態(tài)，對于蘋果生態(tài)內(nèi)的開發(fā)者，具有很強的虹吸效應(yīng)。不僅是基于原有x86架構(gòu)的macOS的軟件要快速進化到新的架構(gòu)版本，而且移動終端當(dāng)中的軟件應(yīng)用也會主動去尋求在Mac上兼容的版本。這將使得蘋果帶來多場景下的設(shè)備融合和體驗的一致性，也許未來iPad真正成為兼容移動便利性和專業(yè)生產(chǎn)工具的最佳形態(tài)。

第二個影響是，蘋果如果在Mac上的架構(gòu)革命的成功，將帶給安卓陣營的芯片廠商和PC操作系統(tǒng)霸主的微軟以巨大的刺激和激勵。比如，高通曾經(jīng)嘗試和微軟一起開發(fā)的基于驍龍?zhí)幚砥鞯腜C筆記本電腦，可能會重新啟動；微軟也有可能再次動了采用ARM架構(gòu)芯片開發(fā)windows系統(tǒng)的心思。而這也更加印證了華為的HarmonyOS鴻蒙系統(tǒng)，未來在手機、PC以及更多設(shè)備上得到應(yīng)用的可行性。

第三個也是更深一層的影響是，蘋果的選擇，也證明了在面向萬物互聯(lián)、呼喚全新融合交互IoT時代，相比較于x86架構(gòu)，ARM可能才是更好的選擇。萬物互聯(lián)場景下，對于大量設(shè)備之間除了快速通信的要求之外，必然要求向高數(shù)據(jù)并發(fā)、智能計算和低功耗方向進化。而ARM由于其基于簡單指令集的特點，不僅設(shè)計更簡單、迭代效率更高、還具有高效能低功耗的特點，特別適用于未來人們數(shù)字生活的需要。

而x86架構(gòu)基于復(fù)雜指令集，芯片設(shè)計復(fù)雜，功耗相對較高，開發(fā)困難，技術(shù)路線相對緩慢，越來越展現(xiàn)出應(yīng)用前景的專業(yè)性和局限性。PC作為與萬物交互同樣重要的操作界面，從笨重的x86架構(gòu)走向更廣泛融合的ARM架構(gòu)，就成為一種必然。不過，x86架構(gòu)和ARM架構(gòu)在PC上的角力，未來還將持續(xù)很長一段時間，即使這次Intel倒下的話，AMD也可以頂上。而ARM這邊，現(xiàn)在只是蘋果的一場獨角戲。

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