作者：阮一峰

　　日期：2020 年 6 月 16 日

　　三個(gè)月前，新款 iPad Pro 發(fā)布，支持觸摸板和鼠標(biāo)。

　　上圖的黑點(diǎn)就是鼠標(biāo)。蘋果公司顯然打算，平板電腦當(dāng)作筆記本使用。

　　我們知道，iPad 的操作系統(tǒng)跟 iPhone 是一樣的，都是基于 iOS。如果 iOS 可以用于筆記本，就意味著可以跟桌面系統(tǒng) MacOS 統(tǒng)一了。如果 MacBook 和 iPhone 都用同一個(gè)操作系統(tǒng)，App 就能通用了。

　　蘋果公司顯然也是這么打算的。幾天后的 6 月 22 日將舉行 WWDC（蘋果全球開發(fā)者大會(huì)）。媒體報(bào)道，蘋果公司將在那一天宣布，更換 Mac 電腦的 CPU，從 Intel 公司的 x86 架構(gòu)改成 ARM 架構(gòu)。

　　一旦 Mac 跟 iPhone 使用同樣架構(gòu)的 CPU，那就鋪平了統(tǒng)一操作系統(tǒng)的道路。操作系統(tǒng)無法通用的最主要原因，就是 CPU 架構(gòu)不同。

　　本文回顧蘋果公司的 CPU 架構(gòu)變化歷史，幫助大家理解這件事的技術(shù)含義，以及未來的影響。

　　一、CPU 架構(gòu)是什么

　　CPU 的全稱是"中央處理單元"，它是計(jì)算機(jī)的核心，計(jì)算都由它來完成。但是，CPU 本身只是一個(gè)概念，每家芯片公司都有自己的具體實(shí)現(xiàn)。

　　不同的 CPU 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，就稱為" CPU 架構(gòu)"（CPU architecture）。不同的 CPU 架構(gòu)有不同的指令集，彼此不通用，這導(dǎo)致運(yùn)行在上面的軟件也不兼容，必須重新編譯。如果沒有做適配，一個(gè)架構(gòu)下的軟件就無法移植到另一個(gè)架構(gòu)。

　　歷史上，有過多種CPU 架構(gòu)。目前最常見的架構(gòu)只剩下兩種：x86 架構(gòu)和 ARM 架構(gòu)。

　　x86 架構(gòu)性能好，但是耗電多、電壓高，主要用于桌面電腦和服務(wù)器，生產(chǎn)廠商為 Intel 公司和 AMD 公司。ARM 架構(gòu)耗電小、電壓低，但是單核性能不如 x86，主要用于移動(dòng)設(shè)備。

　　ARM 芯片的生產(chǎn)商有許多家，這是因?yàn)樗纳虡I(yè)模式是授權(quán)制。英國的 ARM 公司出售指令集的授權(quán)，購買授權(quán)的公司可以基于公版的設(shè)計(jì)，開發(fā)自己的 ARM 芯片。高通、三星、華為、蘋果等公司的芯片，都屬于這個(gè)模式。

　　蘋果公司同時(shí)使用這兩種架構(gòu)的芯片，iPhone 和 iPad 的芯片是 ARM 架構(gòu)，Mac 電腦的芯片是 x86 架構(gòu)，這導(dǎo)致 iPhone 的 App 無法在 Mac 電腦運(yùn)行。

　　近幾年，x86 架構(gòu)發(fā)展遲緩，ARM 架構(gòu)則進(jìn)步顯著，已經(jīng)從移動(dòng)設(shè)備向桌面電腦和服務(wù)器進(jìn)軍了。Mac 電腦這一次更換 CPU，就是準(zhǔn)備從 x86 架構(gòu)改為 ARM 架構(gòu)。

　　二、Mac 電腦的 CPU 架構(gòu)

　　歷史上，Mac 電腦發(fā)生過兩次 CPU 架構(gòu)更改。

　　1984 年，第一代 Macintosh 問世，CPU 是摩托羅拉公司的 68000 芯片。

　　1994 年，摩托羅拉將 68000 芯片升級(jí)為 PowerPC 芯片，Mac 電腦跟著升級(jí)，這是第一次 CPU 架構(gòu)更改。

　　2005 年，喬布斯宣布，Mac 電腦將放棄 PowerPC 芯片，改用 Intel 公司的 x86 CPU。這是第二次架構(gòu)更改。

　　那次架構(gòu)更改，主要有兩個(gè)原因。一是 Intel 的 CPU 比 PowerPC 性能強(qiáng)，并且由于產(chǎn)量大，價(jià)格也便宜。二是 Windows 電腦使用的是 x86 芯片，改了架構(gòu)以后，Mac 電腦就也能安裝 Windows，做到"一機(jī)雙系統(tǒng)"。這可以促進(jìn)當(dāng)時(shí)處于市場(chǎng)劣勢(shì)的 Mac 的銷售。

　　喬布斯用特有的極具煽動(dòng)力的語言，這樣解釋："最重要的原因是，向前看時(shí)......我們想象了各種我們希望為你打造的驚人產(chǎn)品，但是我們不知道如何使用 PowerPC 來實(shí)現(xiàn)它們。"

　　三、第三次架構(gòu)更改的背景

　　15 年過去了，情況發(fā)生了很大的變化。

　　Mac 的 CPU 架構(gòu)跟 Windows 保持一致，已經(jīng)不構(gòu)成吸引力了。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010 年 15％ 的消費(fèi)者購買 Mac 電腦后，會(huì)安裝雙系統(tǒng)，今天只剩下了2％。大多數(shù)用戶購買 Mac 電腦，根本沒想過安裝 Windows，或者運(yùn)行 Windows 特有的軟件。此外，雖然 CPU 架構(gòu)一致，但是 Windows 的游戲軟件并沒有移植到 Mac 電腦，游戲開發(fā)商依然不支持 Mac。

　　更大的市場(chǎng)變化是，消費(fèi)者和技術(shù)投資的主流已經(jīng)轉(zhuǎn)向了移動(dòng)設(shè)備， 桌面設(shè)備已經(jīng)不那么重要了。

　　蘋果公司的主要業(yè)務(wù)和利潤來源，現(xiàn)在都來自移動(dòng)領(lǐng)域，iPhone 的市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 Mac。所有的移動(dòng)設(shè)備使用的都是 ARM 芯片，蘋果的投資和技術(shù)成果也主要在這個(gè)領(lǐng)域，而不是在 x86 相關(guān)領(lǐng)域。

　　蘋果正在圍繞移動(dòng)設(shè)備，重塑它的戰(zhàn)略。它的軟件工具（LLVM 編譯器、Swift 語言、Xcode 開發(fā)工具、App Store 商店）和硬件設(shè)備（Apple Watch、AirPods 等），都是圍繞 iPhone 開發(fā)的。桌面設(shè)備已經(jīng)不是這個(gè)戰(zhàn)略的重點(diǎn)了。

　　這就是 Mac 第三次更換 CPU 架構(gòu)的背景。

　　四、Intel 的失敗

　　Mac 電腦更換 CPU 架構(gòu)，也與 Intel 公司多年來創(chuàng)新乏力、產(chǎn)品沒有突破有關(guān)。

　　2007 年推出 iPhone 之前，蘋果曾希望使用 Intel 的 ARM 芯片 XScale 作為手機(jī)的 CPU。但是，英特爾當(dāng)時(shí)的 CEO 保羅·歐德寧，不看好蘋果的這個(gè)項(xiàng)目，而且也不愿意在 ARM 芯片上投資，最后不僅放過了 iPhone，還將 XScale 產(chǎn)品線賣給了 Marvell 公司。

　　后來的歷史證明，這是一個(gè)災(zāi)難級(jí)別的錯(cuò)誤，iPhone 取得了輝煌的成功。英特爾這下急了，又反過來開發(fā)基于 x86 架構(gòu)的移動(dòng)設(shè)備 CPU，就是 Atom 芯片。但是，蘋果沒有在手機(jī)上再給 Intel 機(jī)會(huì)，x86 架構(gòu)也被證明不適合手機(jī)，Atom 沒有成功。

　　Intel 在手機(jī)業(yè)務(wù)上失敗，在桌面業(yè)務(wù)上則陷入停滯。MacBook Pro 的 CPU， 2010 年是 2 核的 2.66 GHz 的 i7，2020 年是 8 核的 2.6 GHz 的 i9，過去 10 年基本上只是改進(jìn)了工藝，增加了核心數(shù)量，沒有實(shí)質(zhì)的重大突破。除了性能以外，蘋果最在意的兩點(diǎn)----功率和散熱---- Intel 也沒有解決。

　　對(duì)于蘋果來說，Intel 的 x86 CPU 早就不是 Mac 電腦的賣點(diǎn)了，反而成了拖慢創(chuàng)新的障礙，使蘋果在 CPU 這個(gè)核心設(shè)備上受制于 Intel。

　　五、蘋果自己的 ARM 芯片

　　iPhone 的前三代---- iPhone、iPhone 3G、iPhone 3GS-------- CPU 是三星的。但是，蘋果從一開始就打算推出自己的芯片，因?yàn)?ARM 采用授權(quán)模式，只要購買授權(quán)，就可以添加自己的設(shè)計(jì)，然后再讓三星代工生產(chǎn)。

　　2010 年發(fā)布的 iPhone 4，第一次采用蘋果自己設(shè)計(jì)的 CPU，名稱是 Apple A4。

　　大概從 A4 發(fā)布的這一天開始，蘋果就有用自己的芯片替換 Intel 的打算了。因?yàn)楫?dāng)年推出的 Apple TV 第二代，也用了 A4 芯片。但是，Apple TV 第一代用的是 Intel 的 x86 芯片，被做成縮小版的 Mac。到了第二代，CPU 改了以后，就變成 iOS 設(shè)備。

　　Apple TV 這種設(shè)備使用 x86 芯片，根本沒有獲得任何好處。因?yàn)樗恍枰紤] Windows 兼容性，也不需要很強(qiáng)的性能。另一方面，使用 ARM 芯片以后，功耗和散熱都變小了，價(jià)格也降下來，從 229 美元變成了 99 美元。下圖是 Apple TV 第一代和第二代的大小對(duì)比。

　　此后，蘋果一直在加強(qiáng)芯片研究，每一代 iPhone 用的都是蘋果自己的 CPU，從 iPhone 4S 的 A5 到最新 iPhone 11 的 A13?，F(xiàn)在的蘋果芯片在效能、功耗和功能各方面，都屬于世界頂尖級(jí)別的 ARM 芯片。

　　目前，Mac 電腦是唯一使用 x86 芯片的蘋果設(shè)備，其他的所有設(shè)備（iPhone、iPad、Apple TV、Apple Watch、Airpods）用的都是蘋果自己設(shè)計(jì)的 ARM 芯片。

　　六、更換 CPU 架構(gòu)的好處

　　幾天后的 WWDC 2020，可能就會(huì)宣布采用 A14 芯片的 MacBook 筆記本。這個(gè)轉(zhuǎn)變不是突如其來，而是很久之前就開始了，蘋果早就嘗試在 MacBook 里面加入 ARM 芯片，把自己在 iPhone 的技術(shù)積累引入 Mac。

　　2016 年，蘋果在 MacBook Pro 里面加了一塊自己設(shè)計(jì)的 Apple T1 芯片，把 TouchID、FaceTime、TouchBar 等功都做進(jìn)去了，讓這塊 ARM 芯片分擔(dān)一些 Intel CPU 的工作。

　　2018 年，蘋果又推出了 Apple T2。這塊芯片跟 iPhone 7 的 A10 基本一致，比上一代有更強(qiáng)的運(yùn)算能力，加入了更多的功能，比如硬件加速、媒體編解碼、Siri 支持等。

　　可以想象，如果筆記本的整個(gè) CPU 都由蘋果自己設(shè)計(jì)，一定會(huì)有更多的功能集成進(jìn)來，蘋果手機(jī)的安全特性、圖形支持、視頻處理、音頻處理、加密解密、人工智能都可以放進(jìn)桌面設(shè)備。蘋果也能對(duì)它進(jìn)行更好的優(yōu)化，批量生產(chǎn)，降低成本。

　　一旦蘋果可以控制芯片、硬件、軟件整個(gè)堆棧，就能讓它們更好的協(xié)同，創(chuàng)造出更多多令人激動(dòng)的新功能。

　　Mac 電腦采用 ARM 架構(gòu)后，還能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的 Apple 生態(tài)，而不是現(xiàn)在分隔開來的 Mac 生態(tài)和 iPhone/iPad 生態(tài)。不同設(shè)備都有同樣的架構(gòu)，運(yùn)行同樣的程序，差別只是外形尺寸與性能。

　　七、過渡安排

　　2018 年，蘋果宣布了Project Catalyst項(xiàng)目，可以將 iPhone 和 iPad 應(yīng)用自動(dòng)轉(zhuǎn)為 Mac 應(yīng)用，反之則不行。現(xiàn)在看來，這個(gè)項(xiàng)目就是為移動(dòng)應(yīng)用移植到桌面電腦做準(zhǔn)備。蘋果的目標(biāo)就是，同一個(gè) App 最終可以在 iPhone、iPad 和 Mac 上運(yùn)行。

　　蘋果應(yīng)該不可能把現(xiàn)在的桌面型號(hào)，一下子就升級(jí)為 ARM 架構(gòu)。很多人猜測(cè)，它會(huì)先推出一款 12 吋的、采用 ARM CPU 的 MacBook。這樣比較保險(xiǎn)，因?yàn)楣P記本不需要特別強(qiáng)勁的性能，也不需要擴(kuò)充卡，不會(huì)影響到那些需要高性能、大量外圍設(shè)備、或依賴舊軟件的用戶。而且，降低功耗對(duì)筆記本特別重要，因?yàn)榭梢匝娱L電池壽命。

　　回顧歷史，Mac 電腦從 PowerPC 轉(zhuǎn)為 x86 架構(gòu)，整整花了 6 年。2005 年的 Mac OS X 10.4 版（Tiger）同時(shí)有 PowerPC 和 Intel 兩個(gè)版本，2011 年的 Mac OS X 10.7 （Lion）才不再支持 PowerPC。這次從 x86 轉(zhuǎn)為 ARM 架構(gòu)，估計(jì)也需要同樣長的時(shí)間，即將面世的 Mac OS X 10.16 可能也有 x86 和 ARM 兩個(gè)版本。現(xiàn)有桌面設(shè)備（MacBook Pro 和 Mac Pro）的 ARM 升級(jí)版，可能要等到 2022 年才會(huì)問世。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的苹果电脑为什么要换 CPU：Intel 与 ARM 的战争的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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