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苹果首发ARM架构电脑芯片,将对PC格局带来哪些影响?

脑极体 2020-11-20 阅读: 2,601 次

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

稍微关注数码科技领域的人们,对上面这些名词肯定不会陌生。众所周知,ARM和x86这两大计算架构的底层差异,形成了移动端和PC(个人电脑)端两大阵营。

在移动端,因为谷歌开源的Android和苹果自研自用的iOS这两种操作系统,又划分出了安卓和苹果阵营。在PC端,微软的Windows操作系统和Intel的x86芯片,组成了牢不可破的Wintel阵营,掌控着绝大部分的PC市场份额,而苹果Mac系列虽然也采用Intel的x86处理器,却仍坚持自研的macOS系统,占据了10%的PC市场,走专业办公的高端路线。

这一阵营划分至少从十年前就开始成型,到现在我们大都已经习惯这一格局。买手机和平板,会在安卓或苹果之间站队,买电脑会Wintel联盟和苹果之间站队。

这一用户习惯养成自然非一日之功,其实这些大厂在早期也做过努力挣扎,想用自己具有优势的架构和操作系统来一统移动端和PC的江湖。

微软早先就尝试把Windows操作系统嫁接到ARM指令集上,推出了五彩斑斓的Windows Phone,也推出过需要运行在ARM架构的电脑和平板上的Windows RT,结果都是以惨败收场。而英特尔也尝试过x86架构的Atom处理器征战移动芯片领域,同样最后无疾而终。反过来,高通也尝试把骁龙芯片用在PC上,但最终也没有掀起波澜。

而如今,这个“移动端用ARM,PC端用x86”的现世安稳的架构,终于又起波澜。这次是蓄谋已久的苹果,要把高效能低功耗的ARM架构,真正用到的PC产品上了。

就在国人纷纷抢货的双11凌晨,苹果举行了今年的第三场发布会“One More Thing”,重磅发布了首款基于ARM架构的自研电脑芯片M1,以及搭载M1芯片的三款PC产品。这也是有着36年历史的苹果Mac电脑第一次用上了自家研发的芯片,而且还是采用了和iPhone、iPad所采用的A系列芯片相同的ARM架构。

那么,在Mac系列上推出M1芯片的意义,就不仅仅是要开始和长期合作的Intel官宣“分手”这一层,还等于是要向x86统治下的PC市场“下战书”了。

那么,这次苹果的ARM架构芯片想要挑战现有PC格局还有多远?这是本文重点关心的问题。

为Mac改换门庭,先来一颗特别能打的ARM“芯”

在介绍这款M1芯片之前,我们其实都很关心一个问题:为什么苹果要在这个时候推出一款基于ARM架构的PC芯片呢?

我们知道,苹果体系的封闭性是出了名的,从硬件到软件,苹果都选择了自己研发自己用,硬生生打造了一个极致封闭但又体验出众的iOS生态。但在这个封闭生态下仍然留了下为数不多的几个小缺口,在Mac系列电脑上使用的Intel处理器就是其中一个,而且到现在足足用了十五年。

从2005年开始,苹果就将自己的Mac产品从基于ARM的PowerPC架构转向了Intel的x86架构,采用英特尔的奔腾系列让Mac产品的性能一路飙升,配合着自家的macOS系统,一路高歌猛进,占据了PC机的高端市场份额。

现在,Intel的处理器碰到了当年PowerPC架构芯片一样的困境,那就是性能挤牙膏一样的增长,导致苹果Mac系列一直也只能跟着Intel的14nm+++制程的迭代而缓慢推进。Intel的差劲表现早已让追求性能极致提升的苹果心怀不满,多次表示要用自研芯片取而代之。

与此同时,苹果在移动终端上的A系列芯片已经成功推进到了5nm制程,无论是多核的性能水平还是Soc整合能力,都有了超越当前英特尔的CPU内核的能力。

时机已到,这时候苹果也就不讲究什么“江湖武德”了。为了实现全系列硬件生态的统一闭环,苹果就必须把Mac上的Intel处理器踢出局,最终实现在iPhone、iPad和Mac系列上全部用上自研的芯片。

那么, M1芯片是否有这个实力呢?

我们来看下苹果给出的M1的性能介绍。简单来说,M1是苹果第一款基于ARM架构的5nm工艺的电脑芯片,由于采用了目前最先进制程,拥有高达160亿个晶体管,相比新款iPhone所用的A14的118亿个晶体管提升了约35.6%,同时也高于麒麟9000的153亿个晶体管。M1还是一款高度集成的SoC芯片,将CPU、GPU、NPU和各种连接功能及组件统统集合在一起。

在CPU上,拥有4个高性能大核心和4个高效能小核心,可混合运行以协助处理多线程任务,跑分上已经高于Intel 的Core i9处理器。这得益于苹果在魔改ARM架构上的领先能力,大核心性能突出,小核心能耗极低,大小核心的协同工作使得其能效比比2012年时候Mac的处理器提升了3倍。

在GPU上,M1集成了8核心的GPU,兼顾了性能和能效,相比A14的GPU核心数量提升了一倍,无论是剪辑还是播放多个全画质4K视频流等重负载也没有什么压力。根据苹果公布的数据,在同等功耗下,M1的GPU性能是其他最新推出的笔记本芯片的GPU性能的两倍,而在同等性下,M1的功耗只有其他笔记本电脑芯片的1/3。

此外,还有等同于A14芯片的16核NPU,满足人工智能算力;同时支持了高达16GB的具有高带宽、低延迟特性的统一DRAM内存体系架构,加快几个处理器直接的数据共享速度。

具体到产品上,搭配了M1的新款Macbook Air的CPU性能是上一代基于英特尔处理的Macbook Air的3.5倍,GPU则提升了5倍,机器学习性能也提升了9倍。苹果称其整体性能超过了98%的PC笔记本。

有了M1芯片的加持,苹果的MacBook在轻量化之路上又能继续升级了,性能提升的同时,ARM架构的低功耗优势尽显,续航时长又大幅提升。这等于说既超越了x86架构芯片的高性能优势,又保持了ARM架构的低功耗优势,无怪外界说苹果Mac进入了一个新的纪元。

我们知道,为PC更换架构,不可能是在一座新地基上新建大楼,而是要在建好的大厦上面换地基,换掉地基还要在不拆掉大楼的前提下让大楼焕然一新。

现在,苹果用ARM架构的CPU Soc,只是完成x86架构的硬件替代的第一步步骤。而原有PC 架构上的操作系统和软件,才是苹果换掉ARM架构芯片之后主要面临的问题。

软件先行,苹果做了软件系统迁移的准备

为一个操作系统更换硬件架构,或者让新的架构匹配旧的软件系统,兼容性始终是绕不开的一个难题。

当年微软的败绩还历历在目。2012年,微软推出了基于ARM架构的Windows RT操作系统,只能预装在采用ARM架构处理器的PC和平板电脑中,只能跑32位的软件。

但这一努力操之过急又过于超前,当时既没有好的硬件产品支持,也没有除微软自有软件之外的软件生态支持。同时还将PC端操作系统移植到平板电脑上。Windows RT几经挣扎后,最终还是尝试一个“寂寞”。

苹果虽然同样面临软硬件协同的这一挑战,但在处理这一问题上却早有准备。

我们说过,苹果这个科技圈的“异类”把软硬件生态都牢牢掌握在自己手中,在谋划着这次架构转型之前,就已经把系统和软件的迁移的准备工作做好了。

这一次,苹果为macOS配备了最新的Big Sur系统。Big Sur系统不仅可以流畅运行在ARM架构的展示机上面,就连Photoshop、Lightroom、Final Cut Pro、Office、Maya这些偏向生产力的专业领域软件都已经能够完美适配运行。Big Sur的基础架构也经过优化,以解锁M1芯片的实力,包括用于图形处理任务的Metal和用于机器学习的Core ML等开发者技术。

而为了让开发者能将原来运行在X86架构芯片之上的Mac应用,更轻松地适配苹果自研的M1处理器,苹果还提供了一系列的工具。比如,可帮助开发者构建同时能在x86和Arm架构芯片上运行的应用的Universal 2,可以自动将为英特尔处理器编写的指令转译苹果Arm芯片可以理解的指令,使得苹果Arm芯片直接能运行原x86平台应用程序Rosetta 2。

通过这些套件,开发者可以在短时间内将目前x86架构软件迁移到ARM架构的macOS上面。解决了macOS开发者的后顾之忧,又能让iOS、iPadOS上面的开发者轻松将软件迁移到macOS上,苹果的统一软件生态将最终实现。

这一变革带来的体验几乎是革命性的。要知道原本移动场景下的应用和PC场景下的应用是始终割裂的,比如,我们使用的微信,总是要区分出Android、iOS、windows和Mac版,每一个应用都要配置至少3个版本,这样不仅让移动端和电脑端的使用场景隔成体系,严重影响使用体验,也徒增了各大应用平台的开发工作量。

而现在,随着在iPhone、iPad、Mac等产品上都采用了相同的Arm架构的芯片,苹果软件应用生态将彻底打通,在Mac上也可以直接运行iPhone和iPad的软件,Mac上的软件也可以在iPhone和iPad上运行。未来,PC端和移动端的边界将变得更为模糊,最终直至统一,用户的体验将更为一致。一旦苹果实现全平台的统一操作系统之后,苹果的用户粘性将更高,而那些使用了iPhone的用户在需要一台办公设备之后将更愿意选择一台能无缝互联互通的MacBook。

不过从最近反馈的情况来看,macOS Big Sur的首次开放更新,仍然遇到了一些兼容性问题,比如对于一些开发者工具,大多还在开发中,早先的MacBook版本在升级这一系统时遇到崩溃和无法使用等问题。而这些问题都是Mac要在此后的系统更新中着手解决的问题。

不管怎样,Mac芯片的架构变革和软件系统的兼容升级,给苹果带来又一轮增长的可能,也对以x86架构处理器为主导的PC市场带来诸多挑战。

除了挑战现有PC格局,苹果M1的影响还有哪些?

我们先来说下苹果M1芯片以及新款Mac的推出,对于现有PC市场格局带来哪些挑战?

据我们推断,搭载自研M1芯片的Mac产品,随着其产品迭代和软件系统的完善,自然会获得更大的PC电脑的市场份额。

但客观来说,x86为主导的PC仍然将长期占据主要市场。一方面,现在x86的优势仍然非常牢固,Intel的x86芯片在高性能计算机或者运行PC端大型游戏中仍然有非常强的性能优势,而Intel一旦突破了14nm制程工艺的瓶颈之后,可能会摆脱“挤牙膏”的尴尬境遇,还会迎来新一轮的增长。另一方面,x86架构所构建的PC端的丰富软件生态,不是macOS生态短时间内能够超越的。

不过,苹果M1芯片的推出,对于ARM架构本身有着更大的激励和示范影响。

第一个影响是,苹果所要构建的基于ARM架构的统一软硬件生态,对于苹果生态内的开发者,具有很强的虹吸效应。不仅是基于原有x86架构的macOS的软件要快速进化到新的架构版本,而且移动终端当中的软件应用也会主动去寻求在Mac上兼容的版本。这将使得苹果带来多场景下的设备融合和体验的一致性,也许未来iPad真正成为兼容移动便利性和专业生产工具的最佳形态。

第二个影响是,苹果如果在Mac上的架构革命的成功,将带给安卓阵营的芯片厂商和PC操作系统霸主的微软以巨大的刺激和激励。比如,高通曾经尝试和微软一起开发的基于骁龙处理器的PC笔记本电脑,可能会重新启动;微软也有可能再次动了采用ARM架构芯片开发windows系统的心思。而这也更加印证了华为的HarmonyOS鸿蒙系统,未来在手机、PC以及更多设备上得到应用的可行性。

第三个也是更深一层的影响是,苹果的选择,也证明了在面向万物互联、呼唤全新融合交互IoT时代,相比较于x86架构,ARM可能才是更好的选择。

万物互联场景下,对于大量设备之间除了快速通信的要求之外,必然要求向高数据并发、智能计算和低功耗方向进化。而ARM由于其基于简单指令集的特点,不仅设计更简单、迭代效率更高、还具有高效能低功耗的特点,特别适用于未来人们数字生活的需要。

而x86架构基于复杂指令集,芯片设计复杂,功耗相对较高,开发困难,技术路线相对缓慢,越来越展现出应用前景的专业性和局限性。PC作为与万物交互同样重要的操作界面,从笨重的x86架构走向更广泛融合的ARM架构,就成为一种必然。

不过,x86架构和ARM架构在PC上的角力,未来还将持续很长一段时间,即使这次Intel倒下的话,AMD也可以顶上。而ARM这边,现在只是苹果的一场独角戏。

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