苹果自研电脑芯片来了：现场飙性能，首次展示秘密实验室
编者按：本文来自微信公众号“芯东西”（ID:aichip001），作者：心缘，36氪经授权发布。
这是Mac产品线历史性的一天！对于Mac和苹果公司来说，都是一次巨大的飞跃。
苹果Mac一度重新定义整个电脑行业，站在PC行业引领创新的最前端。
在历史长河中，Mac曾经历三次重大转折：搭载PowerPC处理器、采用MacOS系统、改用英特尔处理器。
今天，新的转折点出现，44岁的苹果带来了新的Mac革新——推出苹果自己的Mac硅芯片，并在所有Apple产品之间建立通用架构。
不仅如此，开发人员首次无需修改就可以在Mac上使用其iOS和iPadOS应用程序。
库克说，采用苹果自研芯片的Mac将于今年年底上市，预计从英特尔芯片到苹果自研芯片的过渡期为两年。
苹果也没有立即放弃老伙计英特尔，库克特意提到，苹果正在酝酿一些新的基于英特尔芯片的Mac，敬请期待。
说起来，苹果和英特尔从2005年公开宣布合作，至今已有15年。从种种迹象来看，苹果构建的自研芯片版图已初具规模，苹果似乎迟早要抛弃这个处理器芯片老伙计了。
01 苹果自研Mac芯片：现场跑Final Cut Pro超顺滑
在苹果神秘的芯片实验室里，苹果硬件技术高级副总裁Johny Srouji揭开了最新Mac芯片的神秘面纱。
▲Johny Srouji
苹果的Mac芯片计划是实现兼顾最高性能和最低能耗，在自研芯片上积累了很多先进技术，使应用程序开发人员可以编写功能更强大的专业应用程序和高端游戏。
其自研芯片整合了大量的子单元，包括CPU、GPU、神经引擎（Neural Engine）、先进电源控制模块、安全隔区Secure Enclave等等，这些技术与苹果的软件整合在一起时，会提供无与伦比的性能体验。
比如高性能GPU将为每一台Mac带来更上一层楼的图形性能。
再比如机器学习加速器、神经引擎和高性能GPU的搭配使用，使得Mac的机器学习加速效果更优秀。
还有视频显示与图形处理引擎以及其他定制技术，这些技术集成在一起，再与苹果的软件相整合，将Mac性能推上新台阶。
苹果正在设计针对Mac产品线的一系列系统级芯片（SoC），和iPhone、iPad、Apple Watch一样，苹果会将卓越的技术应用在Mac上。
最为关键的是，苹果设计的通用架构已经触达苹果全产品线，大大方便开发者为整个Apple生态系统编写和优化软件。
最新macOS Big Sur系统已平稳、无缝地过渡到苹果Mac芯片，发布会演示是基于此前iPad Pro上使用过的A12Z芯片，搭配16GB内存。
该芯片可协同适配所有苹果原生App。根据现场演示，无论是Final Cut Pro等苹果原生App，还是微软Office系列软件、Photoshop等Adobe Creative Cloud系统软件，都能十分顺畅、游刃有余地运行在苹果自研芯片上。
▲Final Cut Pro软件在苹果A12Z芯上运行顺畅
02 Mac首次能直接运行iPhone和iPad App
苹果还推出Universal 2、Rosetta 2以及全新虚拟性技术等迁移工具，组成了可运行各类App的技术组合。
这是前所未有地第一次，开发者能在Mac上直接运行iPhone和iPad App，同时无需进行任何修改。
（1）Xcode 12：借助Xcode 12中内置的所有内容（例如本机编译器、编辑器和调试工具），大多数开发人员将能够在几天之内使他们的应用程序运行。
（2）Universal 2：Universal 2是一种新型Universal二进制程序代码，开发人员将能够轻松创建单个应用程序，既能在基于英特尔芯片的Mac上运行，也能在基于苹果自研芯片的Mac上运行。
（3）Rosetta 2：Rosetta应用使得PowerPC的App在基于英特尔芯片的Mac上运行成为可能。而macOS Big Sur中包括一个新版本的Rosetta 2，比上一代更迅捷、更强大、更高兼容性，能自动转译现有Mac App，使用户将能够运行尚未更新的现有Mac应用程序。
（4）全新虚拟性技术：全新虚拟性技术可将如Linux这样的其他环境非常便捷地放到Mac上运行。
Johny Srouji夸赞说，苹果拥有全球最生机勃勃的App生态系统。
03 启动Quick Start计划：开发者可申请率先试用苹果Mac芯
为了帮助开发人员开始使用苹果芯片，苹果面向开发者启动了Quick Start计划，该计划总成本为500美元（约合人民币3534元）。
开发者可以从developer.apple.com的论坛上获取说明文档、示例代码和优先开发者技术支持（DTS）事件，并能接触到世界各地的实验室，还能获得类似于iMac Mini那样的开发平台——基于A12Z芯片的新Developer Transition Kit（DTK）硬件，用于练手。
DTK硬件采用Mac mini的外型，不过里面装的是一颗A12Z SoC。
它拥有台式机的规格，包括16GB内存、512GB固态硬盘以及Mac I/O端口，内置macOS Big Sur开发者beta版系统和Xcode工具。
开发者今日即可申请参加这一计划，DTK硬件将于本周开始发货，不过该DTK必须在计划结束时返还给苹果。
这项计划使得在苹果量产系统面市前，开发者就可以着手开始自己的工作了。
而根据此前传播的消息，苹果将首先提供基于Arm架构芯片的Mac产品，包括一款轻量级的13.3英寸MacBook Pro和具有全新外形的iMac。
04 苹果的换“芯”计划：Mac芯只是中间站
苹果，这个市值超过1.5万亿美元的超级科技巨头，还是一个低调混迹于芯片界的造芯王者。
库克在今天WWDC上的发言再度验证苹果对造芯的看重。
库克说，硬件和软件的集成是苹果一切工作的基础，而芯片是硬件的核心，拥有世界一流的芯片团队是革新的关键。
在主题演讲中，Johny Srouji也为我们追溯了苹果造芯的过去。
十几年来，苹果持续创造和优化研究芯片。短短十年间，苹果已交付了20亿个系统级芯片（SoC），还设计并交付了数十亿其他芯片。
在实现Mac芯片自研后，它的芯片帝国，已逐步从面向iPhone智能手机的A系列芯片，扩展到面向iPad平板电脑的A系列X/Z芯片、面向Apple Watch智能可穿戴手表的S系列芯片、面向AirPods无线耳机的W1/H1芯片，以及面向Mac电脑的Arm芯片。
在每一类、每一代芯片的研发中，苹果的研发焦点都在优化性能和能效上，并未将电池寿命和芯片大小作为主要考虑因素。
▲苹果造芯重要节点
（1）iPhone-A系列芯片
苹果自研芯片的历史始于iPhone，2010年推出的iPhone 4是启用苹果自研芯片的第一个试点设备。
搭载于iPhone的A系列芯片包含苹果自研CPU和GPU内核，从A12 Bionic开始加入面向AI加速的神经引擎（Nerual Engine），主攻性能功耗比，一代又一代地改善性能和能效。
迄今，苹果团队已研发十代面向iPhone的A系列芯片产品，将iPhoneCPU提升100倍。
（2）iPad-A系列X/Z芯片
iPad产品出现后，其视网膜显示屏需要更高性能的芯片，为此，苹果开始打造一系列专为iPad设计的系统芯片，设计更大的图形处理器和更高的存储系统。
迄今苹果已研发7代iPad芯片，主要面向iPad产品线，也曾搭载于苹果高清电视机顶盒Apple TV中。
最新iPad芯片比第一代iPad的GPU性能提升1000倍。
（3）Apple Watch-S系列芯片
Apple Watch系列芯片重点满足独特低功耗需求。
第一代Apple Watch即开始搭载苹果S1芯片，目前S系列芯片已迭代到S5芯片，每颗S系列芯片模组的中心为旧版A系列芯片的简化版本，但CPU并非采用当年台积电最新的制造工艺。
（4）AirPods-W1/H1芯片
第一代AirPods用的便是W1芯片，但第二代W2芯片没出现在AirPods上，而是在Apple Watch Series 3手表上，新款AirPods则采用全新H1芯片，相较之前的W1加强了无线连接表现和续航能力。
（5）Mac-T系列协处理器
T系列不是做计算的，而是负责控制，2016款全新MacBook Pro首次采用T系列，用于控制新增的Touch Bar触控条、Touch ID安全加密等，第二代T2接管了Mac电脑上大部分硬件的控制。
（6）Mac-Arm架构芯片
除了今日发布的讯息外，此前据外媒报道，苹果正在开发5nm Mac处理器，具有12个CPU内核。未来，苹果将进一步研发包含超12个内核的Mac芯片。
根据外媒预测，未来苹果的芯片系列将会扩展到4-5种，并逐渐向苹果智能眼镜产品布局。
根据外媒VentureBeat的预测，接下来五年，iPhone芯片将升级至2nm制程，Mac将从2021年开始搭载苹果自研芯片，而Apple smart glasses智能眼镜预计将从2022年开始搭载苹果自研芯片。
▲苹果芯片路线图预测（2020-2025年，来源：VentureBeat）
iPhone芯片未来还会出现新的变动，如今苹果已经买下了英特尔移动基带芯片团队，未来iPhone里的基带芯片也有望换成苹果自研产品。
05 Mac换芯后，英特尔损伤几何？
Mac换成苹果自研Arm芯片，会给英特尔造成多少损失？
答案是，目前还好。
从英特尔财报来看，今年第一季度PC业务为英特尔贡献了将近一半的营收。
根据IDC数据，苹果在全球PC市场的市占率从去年的6.6%到今年第一季度跌至5.8%，苹果电脑的出货量过去五年持续下滑。
而如果苹果电脑全线更换处理器，大约给英特尔造成年度30亿美元左右的营收损失。
去年英特尔全年营收接近720亿美元，相当于苹果电脑贡献给英特尔的营收占比不到5%，压力也不算难以承受。
更长远的压力在于，如果苹果“换芯”之举顺利推进，可能会带动大批开发者从x86架构转向Arm架构生态。
这对于高通等专注于为PC提供Arm芯片的公司来说，将是意外之喜。
但对英特尔来说，这只是小小的“割肉”。
毕竟英特尔的目光早就不局限于PC市场，而是瞄准更广阔的以数据为中心的市场，产品线也早已从CPU扩展到覆盖多类计算架构以及存储、网络等软硬件产品。
数据中心，那才是未来有无限可能的大蛋糕。
06 苹果英特尔15年合作关系走到尽头？
就像苹果不是一开始就用自研芯片，苹果电脑也不是一开始就用英特尔处理器的。
苹果在最初成立的十多年间，用的是MOS和摩托罗拉架构。
1991年，苹果和IBM、摩托罗拉组成AIM联盟，共同研发PowerPC架构处理器。
但慢慢地，乔布斯开始对IBM PowerPC架构的研发进度感到不满。
2003年推出搭载PowerPC处理器的Mac时，乔布斯曾放言12个月内处理器的频率就会达到3GHz，然而24个月过去了，3GHz的处理器依然不见踪影。
这个锅是IBM的，但被放鸽子的却是苹果的消费者。
▲曾在苹果Mac电脑中使用的IBM PowerPC 970处理器
就在乔布斯动摇之时，2005年，英特尔前CEO欧德宁Paul Otellini上任，头件大事就是说服乔布斯把苹果电脑拉进x86阵营。
总之两家达成了“牵手”共识，但当时很多苹果粉丝并不乐意，他们爱的是苹果的与众不同，不想换成和Windows电脑一样架构的处理器。
但果粉的反对意见显然没对乔布斯造成干扰。2005年的WWDC大会上，乔布斯和欧德宁同台宣布换芯，欧德宁还穿上了英特尔标志性的兔子服（Bunny Suit）。
▲乔布斯和欧德宁在WWDC2005大会上同台
那一年，苹果电脑销量还很少，年总销量只有453万部，但苹果带来的品牌效应却是难以估量的。
从2005年至今，苹果电脑一直采用英特尔x86架构处理器。只不过，在近几年，英特尔似乎在制程开始“挤牙膏”，还时不时玩缺货，低功耗的i3、i5处理器性能甚至已经被苹果A系芯片赶超。
▲搭载i5处理器的MacBook Air 2020款与搭载A12X的iPad Pro 2018款基准测试对比，数据来源：Geekbench
或许是因为曾在IBM那儿栽过跟头，早在几年前就一直在为自研Mac芯片做准备。
2019年5月，为苹果工作9年的高级芯片设计师Gerard Williams III刚刚离职1个月，苹果又挖来Arm公司的架构师Mike Filippo，当时就被外界猜测是要增强苹果自研Arm架构Mac处理器的能力。
不知道苹果下定决心自己做芯片，是否也有对英特尔芯片研发进度产生不满的关系？
除了Mac处理器外，苹果和英特尔的合作还有另外一条线——基带芯片。为了减轻对高通基带芯片的依赖，2015年，苹果采用双供应商策略，向英特尔伸出了橄榄枝。
两年后，苹果高通矛盾爆发，英特尔成iPhone唯一的基带芯片供应商，一直到2019年4月苹果高通宣布和解。
2019年7月，苹果宣布将以10亿美元的价格收购英特尔智能手机调制解调器业务的“大多数” ，从英特尔买走2200名英特尔员工、相关IP和设备。
这一收购案为苹果和英特尔的移动基带芯片合作画上句号，但对苹果和英特尔双方而言，分别都相当于新的开始。
苹果可以加快5G基带芯片研发进程，有机会摆脱对第三方提供基带芯片的依赖，英特尔则可以更好地聚焦于自己擅长且能盈利的业务。
而今天苹果发布自研Arm架构Mac芯片，又预示了苹果和英特尔在电脑方面长达15年的合作即将走向终结。
07 结语：芯片，苹果完整生态帝国的重要分支
从苹果的角度，自研芯片是为了实现与自家设备适配度更好的软硬件优化与成本控制，同时苹果可以更好的掌握芯片研发节奏，而不必受制于第三方芯片厂商的芯片研发进度。
苹果从未停下创新的脚步，更从未停下完善生态的脚步。
芯片只是苹果构建完整封闭生态帝国的一个重要分支，苹果的野心也不止于此，基于Arm架构的Mac芯片不是苹果自研芯片的第一站，显然亦不会是最后一站。
尽管库克现场说苹果还会发布一些基于英特尔芯片的新Mac，但两年过渡期后，苹果仍启用英特尔处理器的概率微乎其微。
随着苹果陆续把英特尔处理器换成自研Arm芯片，接下来的悬念就是，这只“友谊的小船”还能维持多久不翻？
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