蘋(píng)果發(fā)布了使用了ARM架構(gòu)M1處理器的MacBook，其驚人的能效表現(xiàn)，以及深度和移動(dòng)平臺(tái)融合的生態(tài)，給人留下了深刻的印象。M1處理器打破了很多人ARM性能羸弱的固有印象，而macOS和M1的契合度，更是令人驚嘆連連——M1這顆ARM處理器，通過(guò)macOS 11中Rosetta 2轉(zhuǎn)譯層運(yùn)行X86軟件，很多時(shí)候竟然比Intel高端處理器原生運(yùn)行X86軟件更快！

macOS 11兼容ARM芯片，從另一維度挑戰(zhàn)Windows

蘋(píng)果M1的出彩，是出乎很多人的意料的。特別是對(duì)比微軟在ARM領(lǐng)域的步履蹣跚，更凸顯出蘋(píng)果新產(chǎn)品的不可思議。要知道，微軟早在2012年，就推出了使用ARM處理器的Surface平板，并為之配備了轉(zhuǎn)制的Windows RT系統(tǒng)；最近，微軟更是力推使用驍龍ARM處理器的Surface Pro X平板，其上搭載的是兼容X86軟件的Windows 10 on ARM。

微軟早已經(jīng)涉足ARM領(lǐng)域，推出了基于ARM的Windows平板，但表現(xiàn)不盡如人意。

然而，微軟的ARM產(chǎn)品實(shí)際表現(xiàn)卻令人失望。初代Surface上的Windows RT無(wú)法兼容X86軟件，而Windows 10 on ARM則無(wú)法運(yùn)行64位軟件，且使用X86軟件時(shí)性能極其低下。和M1以及macOS 11相比，表現(xiàn)有云泥之別。

微軟借助Wintel聯(lián)盟，統(tǒng)治了桌面市場(chǎng)三十年。蘋(píng)果macOS憑借M1這顆表現(xiàn)驚人的ARM芯片，能否挑戰(zhàn)Windows？今天一起來(lái)談?wù)勥@個(gè)話題吧。

M1芯片為何能有如此高性能？

Windows的成功，和X86處理器在性能上的強(qiáng)勢(shì)是密不可分的。業(yè)界有一個(gè)很著名的說(shuō)法，叫“安迪-比爾”定律，安迪指的是Intel前CEO安迪·格魯夫，比爾則是大家都熟悉的微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨。這個(gè)定律的主要內(nèi)容，就是安迪提供什么，比爾就會(huì)拿走什么，意思是Intel為代表的X86處理器提供的性能，都會(huì)被Windows為代表的軟件吃掉。

雖然這個(gè)定律很有吐槽軟件吃性能的意味，但也肯定了X86處理器的性能表現(xiàn)。而現(xiàn)在，M1這顆ARM處理器，在輕薄筆記本的使用環(huán)境下，性能大大壓過(guò)了X86處理器一頭，這到底是怎么做到的呢？這和M1處理器的諸多特性是密不可分的。

·工藝。得益于多年和臺(tái)積電的密切合作，蘋(píng)果M1處理器得以用上了最先進(jìn)的5nm工藝，先進(jìn)的工藝帶來(lái)了能效方面的先天優(yōu)勢(shì)。而M1的設(shè)計(jì)也是和臺(tái)積電的工藝特點(diǎn)相契合的，對(duì)比Intel，臺(tái)積電的工藝并不追求高頻率，而M1的架構(gòu)則主攻高IPC，并不需要高頻，雙方共同鑄造出了M1芯片的極高能效。

·規(guī)模。受益于5nm工藝，M1芯片得以在有限的面積中，集成不亞于X86處理器規(guī)模的晶體管。M1處理器包含8個(gè)CPU核心，芯片面積為119mm2，集成了160億個(gè)晶體管；作為對(duì)比，當(dāng)前桌面頂級(jí)處理器AMD Zen 3中的一個(gè)CCD同樣包含8個(gè)CPU核心，面積為80.7mm2，集成41.5個(gè)晶體管。考慮到M1還封裝了GPU、RAM等其他模塊，事實(shí)上雙方在CPU單元部分，規(guī)模已經(jīng)是并駕齊驅(qū)。

·架構(gòu)。M1的CPU架構(gòu)設(shè)計(jì)是非常激進(jìn)的。舉個(gè)例子，根據(jù)外媒Anandtech推測(cè)出來(lái)的架構(gòu)圖，M1擁有8解碼超寬架構(gòu)的大核心，這是一個(gè)非常夸張的規(guī)模——頂級(jí)X86處理器只做到了4解碼。而在ALU單元、FPU單元的數(shù)量配置上，M1對(duì)比當(dāng)前的X86處理器也有優(yōu)勢(shì)。盡管受限于工藝以及架構(gòu)特點(diǎn)（超寬架構(gòu)、短流水線），M1的頻率并不高，但I(xiàn)PC卻超過(guò)了許多頂級(jí)的X86處理器。

M1的大核心架構(gòu)設(shè)計(jì)非常激進(jìn)，X86處理器沒(méi)有這么多路前端解碼

·專(zhuān)用電路。很多朋友都看過(guò)M1版MacBook的剪片演示，新MacBook在視頻剪輯的速度上，居然遠(yuǎn)勝于售價(jià)高好幾倍iMac Pro，小小的甚至不需要風(fēng)扇散熱的M1芯片，表現(xiàn)更勝于i9處理器。這其實(shí)在很大程度上，得益于M1芯片集成的專(zhuān)用電路。

專(zhuān)用電路這個(gè)名詞聽(tīng)起來(lái)，似乎有點(diǎn)陌生，但其實(shí)如果你關(guān)注挖礦，就知道這是什么意思了。在挖礦領(lǐng)域，CPU速度遠(yuǎn)不如GPU，而GPU又遠(yuǎn)不如ASIC礦機(jī)，這是因?yàn)锳SIC芯片是專(zhuān)為挖礦算法定制的專(zhuān)用電路。在M1芯片中，也存在諸多這樣的專(zhuān)用電路，它們能為視頻編碼解碼、機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像處理、數(shù)據(jù)加密等計(jì)算提供硬件加速，結(jié)合macOS 11專(zhuān)為其打造的API，一些生產(chǎn)力任務(wù)能夠前所未有地高效運(yùn)行。

·片上互聯(lián)。這又是M1芯片的一大殺手锏。在傳統(tǒng)的PC硬件架構(gòu)中，內(nèi)存、GPU、CPU等部件，需要經(jīng)由主板相關(guān)總線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，而M1芯片則將這些部件進(jìn)行了SoC化，將其集成到了同一塊芯片當(dāng)中。相比傳統(tǒng)做法，M1芯片能極大程度地提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋阅艿玫搅讼到y(tǒng)性的提升。

macOS可以憑借M1芯片挑戰(zhàn)Windows嗎

macOS可以憑借M1芯片挑戰(zhàn)Windows嗎

M1芯片結(jié)合macOS 11，表現(xiàn)令很多人眼前一亮。對(duì)比Windows在ARM領(lǐng)域的坎坷進(jìn)軍，蘋(píng)果這套組合拳更顯得出類(lèi)拔萃。那么問(wèn)題來(lái)了，在這個(gè)ARM愈發(fā)強(qiáng)勢(shì)的時(shí)代，macOS能否憑借M1這顆頂級(jí)的ARM芯片，挑戰(zhàn)Windows以及X86體系？恐怕依然是不行的。

首先來(lái)說(shuō)說(shuō)硬件方面。

上文提到了M1芯片性能強(qiáng)大的秘密，但這是否意味著它就可以挑戰(zhàn)X86處理器？X86處理器之所以沒(méi)有使用M1這樣的激進(jìn)架構(gòu)設(shè)計(jì)，是有很多現(xiàn)實(shí)方面的原因的。

首先，和ARM相比，X86背負(fù)著更沉重的歷史兼容問(wèn)題。雖然當(dāng)前的X86處理器本質(zhì)上也是將復(fù)雜指令拆分為簡(jiǎn)單指令進(jìn)行解碼，但X86指令的長(zhǎng)度并不固定（變長(zhǎng)指令），不像ARM處理器那樣，只解碼長(zhǎng)度固定的定長(zhǎng)指令，這意味著X86處理器很難通過(guò)堆砌指令解碼器，來(lái)大幅提升性能。如今的X86處理器仍兼容多年前的MMX等古老指令，這些又需要耗費(fèi)額外的晶體管。這些現(xiàn)狀，令X86無(wú)法像ARM那樣輕裝上陣。

而蘋(píng)果從來(lái)對(duì)向后兼容不上心。為了追求性能，蘋(píng)果的兼容可以爛到什么程度呢？例如你買(mǎi)了最新版的使用M1處理器的MacBook，想要打開(kāi)幾年前剪視頻的項(xiàng)目文件，發(fā)現(xiàn)新版Final Cut已經(jīng)不支持這個(gè)舊版文件，而現(xiàn)在的MacBook，又安裝不了舊版的Final Cut（不再支持32位）……你幾年前拍攝的素材，就這么廢掉了。

幾年前的文件，用新Mac打不開(kāi)，蘋(píng)果可不考慮舊軟件的兼容

蘋(píng)果主攻消費(fèi)市場(chǎng)，它可以讓M1芯片徹底拋棄ARMv7指令集、放棄32位支持，讓晶體管用在刀刃上；但X86廣泛用于企業(yè)、工控等領(lǐng)域，它敢這樣做嗎？想想Intel安騰IA-64的慘淡下場(chǎng)，答案不言而喻。

X86當(dāng)前對(duì)比M1有能效劣勢(shì)，那它能不能像M1那樣，使用8解碼的超寬架構(gòu)？由于變長(zhǎng)指令等限制，X86處理器要實(shí)現(xiàn)超寬架構(gòu)，設(shè)計(jì)難度太大，因此當(dāng)前X86處理器選擇了多核心超線程、超寬SIMD（例如AVX512）作為性能路線。

這又帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題。和ARM處理器相比，想要發(fā)揮出應(yīng)有的性能，代碼需要專(zhuān)門(mén)為這些特性進(jìn)行優(yōu)化。X86并不像M1芯片那樣，運(yùn)行蘋(píng)果為其高度優(yōu)化定制的macOS系統(tǒng)，這進(jìn)一步削弱了X86處理器在性能上的優(yōu)勢(shì)——最近的一個(gè)典型例子，就是Windows并不能很好地調(diào)度Zen 2處理器的CCX模塊，需要為其制作補(bǔ)丁。

Win10 1903對(duì)Zen架構(gòu)的優(yōu)化：優(yōu)先調(diào)用同一CCX內(nèi)的核心、縮短響應(yīng)時(shí)間，但如果沒(méi)有這補(bǔ)丁呢？

而不得不提的是，M1的激進(jìn)設(shè)計(jì)，以及macOS的優(yōu)化，令Mac表現(xiàn)出匪夷所思的性能，但這些性能優(yōu)勢(shì)，是否將一直持續(xù)？前面提到，M1的強(qiáng)勁性能很多是通過(guò)專(zhuān)用電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，蘋(píng)果系統(tǒng)通過(guò)API活用這些電路，讓Mac擁有了出色的能效比。然而專(zhuān)用電路的軟肋也在于“專(zhuān)用”，M1今天能夠?qū)崿F(xiàn)高規(guī)格HEVC視頻的硬件加速，當(dāng)新的視頻編碼面世，它還能有如此大的性能優(yōu)勢(shì)嗎？恐怕無(wú)法做到。

最關(guān)鍵的一點(diǎn)在于，M1芯片是蘋(píng)果專(zhuān)屬，它不會(huì)外賣(mài)給其他廠商。這意味著，除了Mac電腦對(duì)應(yīng)的消費(fèi)市場(chǎng)，它沒(méi)法在更多領(lǐng)域上，向X86發(fā)起沖擊。與之相比，X86以及Windows的分布更加廣泛，或許搭載M1的macOS能夠在某些領(lǐng)域刺到消費(fèi)者的痛點(diǎn)，但蘋(píng)果仍無(wú)力打破X86和Windows筑起的壁壘。

M1芯片是Apple Silicon，它不會(huì)外賣(mài)給他人，無(wú)法在更多領(lǐng)域?qū)86和Windows發(fā)起挑戰(zhàn)

簡(jiǎn)而言之，和M1芯片相比，X86處理器的設(shè)計(jì)沒(méi)有那么激進(jìn)，也沒(méi)有這么多專(zhuān)屬優(yōu)化，因此在不少情況下性能會(huì)落于下風(fēng)。但X86處理器的向后兼容、多線程并發(fā)等優(yōu)勢(shì)，也是M1芯片無(wú)法企及的。X86芯片在商用、工控、消費(fèi)市場(chǎng)都能獨(dú)挑大梁，ARM陣營(yíng)并不能憑借M1芯片，就挑翻盤(pán)根錯(cuò)節(jié)的X86體系。

再來(lái)說(shuō)說(shuō)軟件。

macOS 11非常驚艷，通過(guò)SwiftUI以及Mac Catalyst，融合了蘋(píng)果移動(dòng)平臺(tái)的生態(tài)。加之使用Rosetta 2轉(zhuǎn)換層兼容已有的X86軟件，這讓它能夠在保有大部分X86生態(tài)的同時(shí)，在ARM生態(tài)中活用M1的性能長(zhǎng)處。很多朋友可以觀察到，macOS 11并不缺軟件，而很多跨平臺(tái)同時(shí)支持Windows和macOS 11的軟件，在macOS 11中性能表現(xiàn)會(huì)更好。例如微軟家的Office、Visual Studio Code，就是其中例子。

M1為macOS提供了澎湃的性能，macOS能否藉此挑戰(zhàn)Windows？在輕薄本領(lǐng)域，新的M1版MacBook已經(jīng)鶴立雞群，但macOS所面對(duì)的局限，和M1芯片是如出一轍的——它并不對(duì)外開(kāi)放授權(quán)。

如果說(shuō)X86時(shí)代，macOS還可以通過(guò)黑蘋(píng)果的方式，安裝在其他機(jī)器上，那么進(jìn)入到ARM時(shí)代后，macOS必然會(huì)漸漸成為Mac電腦的獨(dú)占。當(dāng)蘋(píng)果未來(lái)進(jìn)一步在Mac電腦中普及ARM處理器，Mac和PC沒(méi)有了共通的硬件基礎(chǔ)，macOS自然也就無(wú)法通過(guò)偽裝硬件型號(hào)等手段，安裝到其他PC中。

也就是說(shuō)，ARM處理器的應(yīng)用，反而減少了macOS的適用范圍。macOS只能在蘋(píng)果的既定硬件產(chǎn)品上，和對(duì)應(yīng)的Windows PC競(jìng)爭(zhēng)；而Windows開(kāi)放的系統(tǒng)授權(quán)，必然能覆蓋遠(yuǎn)多于蘋(píng)果產(chǎn)品線的PC產(chǎn)品。從這個(gè)層面來(lái)看，macOS只能憑借少數(shù)的尖端產(chǎn)品、吸引少部分PC用戶，不可能在整體上和Windows產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。

反觀Win10 ARM，可以安裝在其他ARM設(shè)備上，這是否會(huì)重演X86時(shí)代PC圍攻Mac的故事？

在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，這一情況不會(huì)改變。蘋(píng)果從誕生起，一直秉持著制作小而精產(chǎn)品的理念，蘋(píng)果從來(lái)就沒(méi)打算讓macOS像Windows那樣，成為大眾之選。對(duì)于蘋(píng)果而言，無(wú)論是M1芯片還是macOS 11系統(tǒng)，都只不過(guò)是構(gòu)造心目中某款理想產(chǎn)品的部件，它們不需要攻城略地占下大片市場(chǎng)份額，只需站上某個(gè)高聳的小山頭即可。

M1芯片是macOS的一把尖刀，但它們顯然是無(wú)法撬動(dòng)Windows和X86處理器筑成的這堵龐大城墻的。

后話

總的來(lái)說(shuō)，macOS不太可能憑借M1芯片，來(lái)挑動(dòng)Windows和X86的市場(chǎng)地位。

·M1芯片和macOS的高性能，當(dāng)然是受益于先進(jìn)的工藝、激進(jìn)的架構(gòu)以及專(zhuān)門(mén)的優(yōu)化，但也很大程度上也是以犧牲向后兼容性為代價(jià)的，需要長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的環(huán)境無(wú)法接受這樣的產(chǎn)品；

·M1芯片和macOS都只服務(wù)于品類(lèi)稀少的蘋(píng)果產(chǎn)品，無(wú)法與Windows、X86在更多的細(xì)分領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)。

無(wú)論如何，M1芯片的橫空出世，的確刷新了很多人的觀念。ARM也可以用于高性能計(jì)算，在特定的環(huán)境下，它能比X86做得更好，這足以支撐Mac這樣的小眾產(chǎn)品成為爆品。Windows 10 on ARM以及Windows 10X也正在緊鑼密鼓地開(kāi)發(fā)中，微軟在ARM時(shí)代能再創(chuàng)輝煌嗎？除了macOS，Windows是否會(huì)遇到新的挑戰(zhàn)者？我們拭目以待吧。
責(zé)編AJX