深度丨蘋果電腦換芯簡史:從摩託6800到自研M1

2020-12-22 騰訊網

·聚焦:人工智慧、晶片等行業

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前言

蘋果歷史上的三次晶片架構調整,背後的深層次原因都和市場競爭有關。對蘋果來說,Mac對未來是至關重要的一環,因此需要將主動權緊緊掌握在自己手中。

作者| 方文

圖片來源 |網 絡

Apple I/II:基於摩託6800升級的MOS Technology 6502

1973年,佩德爾進入摩託羅拉,參與6800系列微處理器的研發,當時摩託羅拉希望把6800晶片放進面向企業的大型計算機中,非常注重這款晶片的全面性,在內部集成了包括ROM、RAM、各種接口,因此價格相當昂貴,售價高達300美元。

1974年,佩德爾和其他幾名工程師在鳳凰城的摩託羅拉公司設計一種新的矽晶片時,公司給他寫了一封信,要求他關閉這個項目。

佩德爾設想了一種超低成本的晶片,可以將數位技術引入到從收銀機到個人電腦等一系列新型消費設備中。

但他的老闆們認為,這和摩託羅拉當年推出6800晶片在搞內部競爭,所以要關閉。

因此,佩德爾帶著這個項目,轉投到了摩託羅拉競爭對手MOS Technology公司,他還帶走了摩託羅拉的其他七名工程師。

後來他們造出了6502的處理器。這款晶片當時售價25美元,很快為美國和英國的第一波個人電腦熱潮提供了動力,其中包括Apple II和Commodore PET。

6502處理器面世後,推動個人電腦的崛起。

1976年,沃茲尼亞克和賈伯斯一起,基於6502這顆晶片開發了Apple I。

1977年發布的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於6502相對較低的價格。

Apple II的後續改款產品一直賣到90年代,採用的晶片也一直都是6502的衍生產品。

Macintosh:摩託羅拉 68000晶片

摩託羅拉68000這塊晶片早在1979年就誕生了,但是到90年代中期仍然在主流街機和家用機市場上佔有一席之地。

作為一款16位處理器,英特爾著名的8086比它要早發布3年。

但是遲到也有遲到的好處,摩託羅拉的技術更加成熟,讓68k的電晶體數量達到了8086的兩倍,而且還搭載了32位寄存器,讓這個晶片具有了非常強悍的性能和兼容拓展潛力。

1984年,蘋果推出了Macintosh電腦,這是蘋果第一款搭載圖形界面,並配備滑鼠的個人電腦。

一切同樣要歸功於Macintosh所搭載的晶片摩託羅拉68000,它是歷史上最早一批使用32位指令集的處理器之一。

晶片的性能的指數增長,使圖形界面成為了可能。

而Macintosh計算機必須量產和價格合理,這導致蘋果選用了摩託羅拉的68000微處理器。

採用68000系的Macintosh雖然開創了個人電腦採用圖形界面的先河,但由於成本居高不下,加上性能落後,沒能成為個人電腦領域的主流。

Power Macintosh:Power PC架構

從摩託羅拉68000遷移至Power PC,背後是蘋果、IBM、摩託羅拉三個PC大戰失意者組成的AIM商業聯盟,其目的是遏制微軟和英特爾聯手的WintelPC發展。

隨著3D技術逐漸普及,68000系列已經無法跟上新時代的變化,從1991年開始,摩託羅拉就已經開始研究全新的Power PC架構。

1993年夏普X68000停產;

1994年Commodore倒閉;而同時期蘋果也逐漸滑向倒閉的邊緣。

Power PC誕生於1991年,這一次,蘋果直接參與了它的創立。Power PC架構由蘋果、IBM和摩託羅拉三家參與創立,最早的目的是縮減指令集,以提升晶片效率,降低成本。

1994年發布的Power Macintosh是第一臺搭載Power PC處理器的蘋果電腦,它追趕上了此前幾年裡,蘋果電腦在性能上和英特爾的差距,一經推出就備受歡迎。

之後,蘋果基於PowerPC處理器推出了一系列產品,包括多款Power Book筆記本。

1996年,賈伯斯回歸蘋果,回歸後不久,他就將Jony Ive提拔為設計部門的領導。

兩人在Power PC晶片的基礎上,開發了一系列具有劃時代意義的Mac產品:包括iMacG3、PowerBookG4和PowerMacG5。

MacBook Air:英特爾X86架構

放棄Power PC,選擇英特爾,背後是遏制Wintel失敗後聯盟內部的裂痕,以及賈伯斯希望爭奪更多PC市場份額的野心。

彼時蘋果的主力產品仍然需要和WindowsPC陣營廝殺。選用和對手相同的處理器架構,允許用戶安裝對手的作業系統,降低開發者跨平臺開發難度,無疑意味著蘋果多了一條滲透敵方的途徑。

進入21世紀,賈伯斯認為計算設備進化的趨勢在於輕量化,Power PC架構最新的G5 CPU太熱,筆記本電腦無法駕馭。

而同時期的英特爾奔騰晶片,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,賈伯斯宣布停止使用Power PC晶片,轉而使用英特爾的X86架構CPU。

從2006年開始,蘋果在電腦上一直採用英特爾處理器。

實際上,蘋果為了研發PC處理器,已經在研發上花費了10多年,至少斥資10億美元收購了6家以上的公司。

在過去14年中,蘋果的Mac產品一直依靠英特爾製造的晶片,幫助英特爾成為了全球最大的PC晶片製造商。

蘋果與IBM在之前的合作中充滿了不愉快,後者所生產的Power Mac G5處理器供貨不足,並且有著明顯的散熱與功耗問題。

而同時IBM又對蘋果所提出的苛刻要求也十分不滿,不願意給蘋果多備貨。

如此惡性循環,IBM已經無法滿足蘋果的要求,才讓蘋果最終選擇拋棄IBM,投向英特爾。

正式轉向英特爾晶片兩年後,2008年,賈伯斯從一個信封裡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元。

2015年,蘋果發布了一款極致輕薄,採用無風扇設計的the new MacBook,它採用英特爾的酷睿M處理器,是蘋果推出過最輕薄、便攜的電腦產品。

但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,轉而自研晶片的關鍵原因。

2020款MacBook Air:蘋果自研M1晶片

2019年,或許是因為晶片能效實在無法滿足需求,蘋果最終停止了12英寸Macbook產品線。

對於蘋果而言,這著實遺憾。因為這款產品在誕生時原本肩負重任,要為蘋果定義下一代桌面計算方向的。

蘋果決心向ARM架構轉變的時候,桌面計算在市場上早已不是最重要的部分。

蘋果今天絕大部分的營收和利潤,都來自於行動裝置和行動裝置周邊的生態系統。戰略重心因而也都集中到了iPhone和iPad上。

在這種環境下,Mac的生態和蘋果其他產品出現了巨大的割裂,也成為蘋果硬體生態中的體驗短板。儘快彌合裂痕,重新統一生態成了蘋果在戰略上的當務之急。

自研晶片這條路不好走,但蘋果要建成屬於Mac電腦的完整閉環,英特爾是必須趕出自己城池的那個人。

近期蘋果自研了專門為Mac產品線打造的M1晶片,其採用了臺積電的5nm工藝製程,封裝了160億個電晶體,8核心,其中4顆高性能核心、4顆高能效核心,同時集成了8核GPU和神經網絡引擎。

搭載M1的MacBook Air,基於ARM架構的M1晶片最大的亮點就是高能耗比優勢,

以至於採用了無風扇散熱的設計。

並且M1的誕生不僅僅是蘋果完成生態統一的標誌,也意味著在英特爾與AMD之外,桌面級處理器市場上一個全新的勢力和路線已經出現。

蘋果式軟硬結合拓展到電腦行業

蘋果推出自研晶片,是出於競爭的需要,Arm架構晶片具有功耗上的優勢,更適合未來尤其是5G上的競爭。

在macOSBigSur上可以直接運行iPhone和iPad上的各種App,這樣Mac就能藉助目前整個蘋果生態的優勢,讓蘋果真正建立起從硬體到軟體的壁壘。

Mac是蘋果最重要的產品線之一,即便是在全球電腦行業增長緩慢,成為「夕陽產業」的時候,Mac系列電腦仍舊跟iPhone一起,組成了蘋果公司的生態屏障。

隨著M1晶片的發布,將構建起屬於Mac電腦的完整閉環,也將利用ARM平臺快速打造一個無縫的跨平臺閉環生態圈。

所以,蘋果想要的,不單單是從英特爾手中拿回來自家電腦產品線的主動權,而是掌控整個電腦行業發展趨勢,甚至是整個世界的計算設備的未來發展趨勢。

結尾:

蘋果擁抱ARM並不完全代表著ARM與x86之爭塵埃落定,畢竟當下與其說是x86輸了,還不如說是英特爾輸了。

如今x86的大旗由AMD來扛,因此真正檢驗M系列晶片成色的時刻,其實還需要等到其蘋果Apple Silicon與同代AMD ZEN系列處理器正面對壘的時候。

END

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