Apple首發的ARM架構電腦晶片,將對PC格局帶來哪些影響?

Apple首發的ARM架構電腦晶片,將對PC格局帶來哪些影響?

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

稍微關注3C科技領域的人們,對上面這些名詞肯定不會陌生。眾所周知,ARM和x86這兩大運算架構的底層差異,形成了行動端和PC(個人電腦)端兩大陣營。

在行動端,因為Google開源的Android和Apple自主研發自用的iOS這兩種作業系統,又劃分出了Android和Apple陣營。在PC端,微軟的Windows作業系統和Intel的x86晶片,組成了牢不可破的Wintel陣營,掌控著絕大部分的PC市場占有率,而Apple Mac系列雖然也採用Intel的x86處理器,卻仍堅持自己研發的macOS系統,佔據了10%的PC市場,走專業辦公的高階路線。

這一陣營劃分至少從十年前就開始成型,到現在我們大都已經習慣這一格局。買手機和平板,會在Android或Apple之間選邊站,買電腦會Wintel聯盟和Apple之間選邊站。

這一使用者習慣養成自然非一日之功,其實這些大廠在早期也做過努力掙扎,想用自己具有優勢的架構和作業系統來一統行動端和PC的江湖。

微軟先前就嘗試把Windows作業系統嫁接到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架構的電腦和平板上的Windows RT,結果都是以慘敗收場。而Intel也嘗試過x86架構的Atom處理器征戰行動晶片領域,同樣最後無疾而終。反過來,高通也嘗試把驍龍晶片用在PC上,但最終也沒有掀起波瀾。

而如今,這個「行動端用ARM,PC端用x86」的現世安穩的架構,終於又起波瀾。這次是蓄謀已久的Apple,要把高效能低功耗的ARM架構,真正用到的PC產品上了。

Apple今年的第三場發布會「One More Thing」,重磅發布了首款基於ARM架構的自主研發電腦晶片M1,以及搭載M1晶片的三款PC產品。這也是有著36年歷史的AppleMac電腦第一次使用了自家研發的晶片,而且還是採用了和iPhone、iPad所採用的A系列晶片相同的ARM架構。

那麼,在Mac系列上推出M1晶片的意義,就不僅僅是要開始和長期合作的Intel宣布「分手」這一層,還等於是要向x86統治下的PC市場「下戰書」了。

那麼,這次Apple的ARM架構晶片想要挑戰現有PC格局還有多遠?這是本文重點關心的問題。

為Mac改換門庭,先來一顆特別能打的ARM「芯」

在介紹這款M1晶片之前,我們其實都很關心一個問題:為什麼Apple要在這個時候推出一款基於ARM架構的PC晶片呢?

我們知道,Apple體系的封閉性是出了名的,從硬體到軟體,Apple都選擇了自己研發自己用,硬生生打造了一個極致封閉但又體驗出眾的iOS生態。但在這個封閉生態下仍然留了下為數不多的幾個小缺口,在Mac系列電腦上使用的Intel處理器就是其中一個,而且到現在足足用了十五年。

從2005年開始,Apple就將自己的Mac產品從基於ARM的PowerPC架構轉向了Intel的x86架構,採用Intel的奔騰系列讓Mac產品的性能一路飆升,配合著自家的macOS系統,一路高歌猛進,佔據了PC機的高階市場占有率。

現在,Intel的處理器碰到了當年PowerPC架構晶片一樣的困境,那就是性能擠牙膏一樣的增長,導致Apple Mac系列一直也只能跟著Intel的14nm+++製程的迭代而緩慢推進。Intel的差勁表現早已讓追求性能極致提升的Apple心懷不滿,多次表示要用自主研發晶片取而代之。

與此同時,Apple在行動終端上的A系列晶片已經成功推進到了5nm製程,無論是多核的性能水準還是Soc整合能力,都有了超越當前Intel的CPU核心的能力。

時機已到,這時候Apple也就不講究什麼「江湖武德」了。為了實現全系列硬體生態的統一閉環,Apple就必須把Mac上的Intel處理器踢出局,最終實現在iPhone、iPad和Mac系列上全部用上自主研發的晶片。

那麼, M1晶片是否有這個實力呢?

我們來看下Apple給出的M1的性能介紹。簡單來說,M1是Apple第一款基於ARM架構的5nm工藝的電腦晶片,由於採用了目前最先進製程,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%,同時也高於麒麟9000的153億個晶體管。M1還是一款高度整合的SoC晶片,將CPU、GPU、NPU和各種連接功能及零件統統集合在一起。

在CPU上,擁有4個高性能大核心和4個高效能小核心,可混合運行以協助處理多線程任務,跑分上已經高於Intel 的Core i9處理器。這得益於Apple在魔改ARM架構上的領先能力,大核心性能突出,小核心能耗極低,大小核心的協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整合了8核心的GPU,兼顧了性能和能效,相比A14的GPU核心數量提升了一倍,無論是剪輯還是播放多個全畫質4K視訊串流等重負載也沒有什麼壓力。根據Apple公佈的數據,在同等功耗下,M1的GPU性能是其他最新推出的筆記型電腦晶片的GPU性能的兩倍,而在同等性下,M1的功耗只有其他筆記型電腦晶片的1/3。

此外,還有等同於A14晶片的16核NPU,滿足人工智慧算力;同時支持了高達16GB的具有高頻寬、低延遲特性的統一DRAM記憶體體系架構,加快幾個處理器直接的數據共享速度。

落實到產品上,搭配了M1的新款Macbook Air的CPU性能是上一代基於Intel處理的Macbook Air的3.5倍,GPU則提升了5倍,機器學習性能也提升了9倍。Apple稱其整體性能超過了98%的PC筆電。

有了M1晶片的加持,Apple的MacBook在輕量化之路上又能繼續升級了,性能提升的同時,ARM架構的低功耗優勢盡顯,續航時長又大幅提升。這等於說既超越了x86架構晶片的高性能優勢,又保持了ARM架構的低功耗優勢,無怪外界說AppleMac進入了一個新的紀元。

我們知道,為PC更換架構,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。

現在,Apple用ARM架構的CPU Soc,只是完成x86架構的硬體替代的第一步步驟。而原有PC 架構上的作業系統和軟體,才是Apple換掉ARM架構晶片之後主要面臨的問題。

軟體先行,Apple做了軟體系統遷移的準備

為一個作業系統更換硬體架構,或者讓新的架構匹配舊的軟體系統,相容性始終是繞不開的一個難題。

當年微軟的敗績還歷歷在目。2012年,微軟推出了基於ARM架構的Windows RT作業系統,只能預裝在採用ARM架構處理器的PC和平板電腦中,只能跑32位元的軟體。

但這一努力操之過急又過於超前,當時既沒有好的硬體產品支持,也沒有除微軟自有軟體之外的軟體生態支持。同時還將PC端作業系統移植到平板電腦上。Windows RT幾經掙扎後,最終還是黯然退場。

Apple雖然同樣面臨軟硬體協同的這一挑戰,但在處理這一問題上卻早有準備。這個科技圈的「異類」把軟硬體生態都牢牢掌握在自己手中,在策劃著這次架構轉型之前,就已經把系統和軟體的遷移的準備工作做好了。

這一次,Apple為macOS配備了最新的Big Sur系統。Big Sur系統不僅可以流暢運行在ARM架構的展示機上面,就連Photoshop、Lightroom、Final Cut Pro、Office、Maya這些偏向生產力的專業領域軟體都已經能夠完美適配運行。Big Sur的基礎架構也經過優化,以解鎖M1晶片的實力,包括用於圖形處理任務的Metal和用於機器學習的Core ML等開發者技術。

而為了讓開發者能將原來運行在X86架構晶片之上的Mac應用程式,更輕鬆地搭配Apple自主研發的M1處理器,Apple還提供了一系列的工具。比如,可幫助開發者構建同時能在x86和Arm架構晶片上運行的應用程式的Universal 2,可以自動將為Intel處理器編寫的指令轉譯AppleArm晶片可以理解的指令,使得AppleArm晶片直接能運行原x86平台應用程式Rosetta 2。

透過這些套件,開發者可以在短時間內將目前x86架構軟體遷移到ARM架構的macOS上面。解決了macOS開發者的後顧之憂,又能讓iOS、iPadOS上面的開發者輕鬆將軟體遷移到macOS上,Apple的統一軟體生態將最終實現。

這一變革帶來的體驗幾乎是革命性的。原本移動場景下的應用程式和PC場景下的應用程式是始終割裂的,比如,我們使用的很多軟體,總是要分成Android版、iOS版、windows版和Mac版,每一個應用程式都要配置至少3個版本,這樣不僅讓行動端和電腦端的使用場景隔成體系,嚴重影響使用體驗,也徒增了各大應用程式平台的開發工作量。

而現在,隨著在iPhone、iPad、Mac等產品上都採用了相同的Arm架構的晶片,Apple軟體應用生態將徹底打通,在Mac上也可以直接運行iPhone和iPad的軟體,Mac上的軟體也可以在iPhone和iPad上運行。未來,PC端和行動端的邊界將變得更為模糊,最終直至統一,使用者的體驗將更為一致。一旦Apple實現全平台的統一作業系統之後,Apple的使用者黏著度將更高,而那些使用了iPhone的使用者在需要一台辦公設備之後將更願意選擇一台能無縫互聯互通的MacBook。

不過從最近回饋的情況來看,macOS Big Sur的首次開放更新,仍然遇到了一些相容性問題,比如對於一些開發者工具,大多還在開發中,早先的MacBook版本在升級這一系統時遇到崩潰和無法使用等問題。而這些問題都是Mac要在此後的系統更新中著手解決的問題。

不管怎樣,Mac晶片的架構變革和軟體系統的相容升級,給Apple帶來又一輪增長的可能,也對以x86架構處理器為主導的PC市場帶來諸多挑戰。

除了挑戰現有PC格局,AppleM1的影響還有哪些?

我們先來說下AppleM1晶片以及新款Mac的推出,對於現有PC市場格局帶來哪些挑戰?

據推斷,搭載自主研發M1晶片的Mac產品,隨著其產品迭代和軟體系統的完善,自然會獲得更大的PC電腦的市場占有率。

但客觀來說,x86為主導的PC仍然將長期佔據主要市場。一方面,現在x86的優勢仍然非常牢固,Intel的x86晶片在高性能電腦或者運行PC端大型遊戲中仍然有非常強的性能優勢,而Intel一旦突破了14nm製程工藝的瓶頸之後,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架構所構建的PC端的豐富軟體生態,不是macOS生態短時間內能夠超越的。

不過,AppleM1晶片的推出,對於ARM架構本身有著更大的激勵和示範影響。

第一個影響是,Apple所要構建的基於ARM架構的統一軟硬體生態,對於Apple生態內的開發者,具有很強的虹吸效應。不僅是基於原有x86架構的macOS的軟體要快速進化到新的架構版本,而且行動終端當中的軟體應用也會主動去尋求在Mac上相容的版本。這將使得Apple帶來多場景下的設備融合和體驗的一致性,也許未來iPad真正成為相容移動便利性和專業生產工具的最佳形態。

第二個影響是,Apple如果在Mac上的架構革命的成功,將帶給Android陣營的晶片廠商和PC作業系統霸主的微軟以巨大的刺激和激勵。比如,高通曾經嘗試和微軟一起開發的基於驍龍處理器的PC筆記型電腦,可能會重新啟動;微軟也有可能再次動了採用ARM架構晶片開發windows系統的想法。也印證華為的HarmonyOS鴻蒙系統,未來在手機、PC以及更多設備上得到應用的可行性。

第三個也是更深一層的影響是,Apple的選擇,也證明了在面向萬物互聯、呼喚全新融合互動IoT時代,相比較於x86架構,ARM可能才是更好的選擇。

萬物互聯場景下,對於大量設備之間除了快速通訊的要求之外,必然要求向高數據並發、智慧運算和低功耗方向進化。而ARM由於其基於簡單指令集的特點,不僅設計更簡單、迭代效率更高、還具有高效能低功耗的特點,特別適用於未來人們數位生活的需要。

而x86架構基於複雜指令集,晶片設計複雜,功耗相對較高,開發困難,技術路線相對緩慢,越來越展現出應用前景的專業性和侷限性。PC作為與萬物互動同樣重要的操作界面,從笨重的x86架構走向更廣泛融合的ARM架構,就成為一種必然。

不過,x86架構和ARM架構在PC上的角力,未來還將持續很長一段時間,即使這次Intel倒下的話,AMD也可以頂上。而ARM這邊,現在只是Apple的一場獨角戲。

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