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蘋果Mac芯片 跨入一個性能飛躍的新紀(jì)元

lhl545545 ? 來源:極客公園 ? 作者:Jeese ? 2020-11-12 10:54 ? 次閱讀

Mac 走入了一個新的紀(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 個月前的 WWDC 上,蘋果宣布 Mac 未來將不再使用 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)生過三次。每一次轉(zhuǎn)換,緊隨其后的都是一場計算機革命。

30 年后,蘋果不再滿足于其他廠商設(shè)計的芯片,開始自己為 Mac 打造 CPU。過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)時還沒有“個人計算機”的概念,摩托羅拉希望把 6800 芯片放進(jìn)面向企業(yè)的大型計算機中。

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 ROMRAM、各種接口,希望惠普等計算機制造商能夠更方便地利用 6800 設(shè)計電腦。

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

1975 年,MOS Technology 6502 處理器問世。它的價格只相當(dāng)于 6800 的六分之一,遠(yuǎn)低于當(dāng)時英特爾的競品。這款芯片因為極高的“性價比”,被用于各種知名產(chǎn)品,包括雅達(dá)利 2600 游戲機、任天堂紅白機,最終引爆了 80 年代的家用計算機革命。

蘋果成為了這場革命的“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“個人電腦”,這很大程度上要歸功于 6502 相對較低的價格。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人電腦,圖中展示的是其后續(xù)改款 Apple II plus|Wikipedia

如果說 6502 開啟了“個人電腦”時代,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)的個人電腦。它開創(chuàng)了很多歷史,搭載了第一版的 macOS(當(dāng)時叫 System 1.0),和文件管理應(yīng)用“訪達(dá)”(Finder)。

Macintosh 電腦|Apple

一切同樣要歸功于 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,使“圖形界面”成為了可能。盡管初代 Macintosh 因為成本居高不下等各種原因,并沒有取得成功,但它打開了未來的大門。直到今天,macOS 里仍然沿用著很多初代 Macintosh 的設(shè)計。

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。

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,沒能成為個人電腦領(lǐng)域的主流。IBM 68000 系列芯片相比同時期英特爾的 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 因為精簡的結(jié)構(gòu)和指令集,使它擁有極佳的能效比。PowerPC 架構(gòu)芯片后來被用在多款游戲主機上,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,但整個個人電腦市場卻在迅速“下沉”。

越來越多的電腦制造商開始推出價格極低的電腦產(chǎn)品,加上當(dāng)時微軟剛剛推出了 Windows 95,極大增強了兼容機的軟件功能,縮小了與 Mac 之間的體驗差距。

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)了一系列具有劃時代意義的 Mac 產(chǎn)品:包括 iMac G3、PowerBook G4 和 PowerMac G5。

多彩機身的 iMac G3 被視為蘋果第一款“強調(diào)工業(yè)設(shè)計”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身,視覺上已經(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。

iMac G3 成為喬布斯重新主導(dǎo)蘋果產(chǎn)品設(shè)計的一個標(biāo)志|Apple

出于對“能效比”的考量,蘋果選擇了 PowerPC,也是因為同樣的原因,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)為計算設(shè)備進(jìn)化的趨勢在于“輕量化”。PowerPC 架構(gòu)最新的 G5 CPU 太熱,筆記本電腦無法駕馭。而同時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 年代擴大了太多倍,如何協(xié)調(diào)好轉(zhuǎn)變的過程就至關(guān)重要。所以蘋果推出了一個模擬器系統(tǒng)“羅賽塔”(Rosetta),用于模擬運行 PowerPC 架構(gòu)下的軟件。

過程雖然艱難,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,喬布斯從一個信封里抽出了那臺令世界為之震驚的 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“長續(xù)航”的代名詞。

將輕薄帶向極致的 MacBook|Apple

2015 年,蘋果發(fā)布了一款極致輕薄,采用無風(fēng)扇設(shè)計的“the new MacBook”。它采用英特爾的酷睿 M 處理器,是蘋果推出過最輕薄、便攜的電腦產(chǎn)品。但因為散熱、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,采用了無風(fēng)扇散熱的設(shè)計。因為 M1 只需要四分之一的功耗,就能實現(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,蘋果強調(diào)這款產(chǎn)品非常“冷靜”,運行起來幾乎不燙。同時,更低的功耗也讓新款 MacBook 的續(xù)航得到了大幅提升。

M1 芯片標(biāo)志著一個新時代的開始|Apple

過去 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,蘋果還能將它過去積累的諸多技術(shù)優(yōu)勢,整合進(jìn)新的 Mac。

M1 搭載了神經(jīng)引擎,讓 Mac 也能擁有強大的機器學(xué)習(xí)性能。同時,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),緊接著而來的就是硬件設(shè)計的顛覆。切換芯片架構(gòu)是一件非常麻煩、非常困難、代價非常大的事情,很少有哪個電腦廠商,會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”,更強的芯片,能解放產(chǎn)品設(shè)計師的想象力,推動 Mac 朝著更遠(yuǎn)的地方進(jìn)化。

在這場發(fā)布會的末尾,庫克說:“我們對 2021 年充滿期待,將會給用戶帶來更多驚喜體驗。”

畢竟,這只是 Mac 自研芯片時代的第一天。
責(zé)任編輯:pj

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