苹果电脑为什么要换 CPU：Intel 与 ARM 的战争
作者：阮一峰
日期：2020 年 6 月 16 日
三個月前，新款 iPad Pro 發布，支持觸摸板和鼠標。
上圖的黑點就是鼠標。蘋果公司顯然打算，平板電腦當作筆記本使用。
我們知道，iPad 的操作系統跟 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 MacOS 統一了。如果 MacBook 和 iPhone 都用同一個操作系統，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（蘋果全球開發者大會）。媒體報道，蘋果公司將在那一天宣布，更換 Mac 電腦的 CPU，從 Intel 公司的 x86 架構改成 ARM 架構。
一旦 Mac 跟 iPhone 使用同樣架構的 CPU，那就鋪平了統一操作系統的道路。操作系統無法通用的最主要原因，就是 CPU 架構不同。
本文回顧蘋果公司的 CPU 架構變化歷史，幫助大家理解這件事的技術含義，以及未來的影響。
一、CPU 架構是什么
CPU 的全稱是"中央處理單元"，它是計算機的核心，計算都由它來完成。但是，CPU 本身只是一個概念，每家芯片公司都有自己的具體實現。
不同的 CPU 設計實現，就稱為" CPU 架構"（CPU architecture）。不同的 CPU 架構有不同的指令集，彼此不通用，這導致運行在上面的軟件也不兼容，必須重新編譯。如果沒有做適配，一個架構下的軟件就無法移植到另一個架構。
歷史上，有過多種CPU 架構。目前最常見的架構只剩下兩種：x86 架構和 ARM 架構。
x86 架構性能好，但是耗電多、電壓高，主要用于桌面電腦和服務器，生產廠商為 Intel 公司和 AMD 公司。ARM 架構耗電小、電壓低，但是單核性能不如 x86，主要用于移動設備。
ARM 芯片的生產商有許多家，這是因為它的商業模式是授權制。英國的 ARM 公司出售指令集的授權，購買授權的公司可以基于公版的設計，開發自己的 ARM 芯片。高通、三星、華為、蘋果等公司的芯片，都屬于這個模式。
蘋果公司同時使用這兩種架構的芯片，iPhone 和 iPad 的芯片是 ARM 架構，Mac 電腦的芯片是 x86 架構，這導致 iPhone 的 App 無法在 Mac 電腦運行。
近幾年，x86 架構發展遲緩，ARM 架構則進步顯著，已經從移動設備向桌面電腦和服務器進軍了。Mac 電腦這一次更換 CPU，就是準備從 x86 架構改為 ARM 架構。
二、Mac 電腦的 CPU 架構
歷史上，Mac 電腦發生過兩次 CPU 架構更改。
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 芯片升級為 PowerPC 芯片，Mac 電腦跟著升級，這是第一次 CPU 架構更改。
2005 年，喬布斯宣布，Mac 電腦將放棄 PowerPC 芯片，改用 Intel 公司的 x86 CPU。這是第二次架構更改。
那次架構更改，主要有兩個原因。一是 Intel 的 CPU 比 PowerPC 性能強，并且由于產量大，價格也便宜。二是 Windows 電腦使用的是 x86 芯片，改了架構以后，Mac 電腦就也能安裝 Windows，做到"一機雙系統"。這可以促進當時處于市場劣勢的 Mac 的銷售。
喬布斯用特有的極具煽動力的語言，這樣解釋："最重要的原因是，向前看時......我們想象了各種我們希望為你打造的驚人產品，但是我們不知道如何使用 PowerPC 來實現它們。"
三、第三次架構更改的背景
15 年過去了，情況發生了很大的變化。
Mac 的 CPU 架構跟 Windows 保持一致，已經不構成吸引力了。據統計，2010 年 15％ 的消費者購買 Mac 電腦后，會安裝雙系統，今天只剩下了2％。大多數用戶購買 Mac 電腦，根本沒想過安裝 Windows，或者運行 Windows 特有的軟件。此外，雖然 CPU 架構一致，但是 Windows 的游戲軟件并沒有移植到 Mac 電腦，游戲開發商依然不支持 Mac。
更大的市場變化是，消費者和技術投資的主流已經轉向了移動設備， 桌面設備已經不那么重要了。
蘋果公司的主要業務和利潤來源，現在都來自移動領域，iPhone 的市場規模已經遠遠大于 Mac。所有的移動設備使用的都是 ARM 芯片，蘋果的投資和技術成果也主要在這個領域，而不是在 x86 相關領域。
蘋果正在圍繞移動設備，重塑它的戰略。它的軟件工具（LLVM 編譯器、Swift 語言、Xcode 開發工具、App Store 商店）和硬件設備（Apple Watch、AirPods 等），都是圍繞 iPhone 開發的。桌面設備已經不是這個戰略的重點了。
這就是 Mac 第三次更換 CPU 架構的背景。
四、Intel 的失敗
Mac 電腦更換 CPU 架構，也與 Intel 公司多年來創新乏力、產品沒有突破有關。
2007 年推出 iPhone 之前，蘋果曾希望使用 Intel 的 ARM 芯片 XScale 作為手機的 CPU。但是，英特爾當時的 CEO 保羅·歐德寧，不看好蘋果的這個項目，而且也不愿意在 ARM 芯片上投資，最后不僅放過了 iPhone，還將 XScale 產品線賣給了 Marvell 公司。
后來的歷史證明，這是一個災難級別的錯誤，iPhone 取得了輝煌的成功。英特爾這下急了，又反過來開發基于 x86 架構的移動設備 CPU，就是 Atom 芯片。但是，蘋果沒有在手機上再給 Intel 機會，x86 架構也被證明不適合手機，Atom 沒有成功。
Intel 在手機業務上失敗，在桌面業務上則陷入停滯。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 年基本上只是改進了工藝，增加了核心數量，沒有實質的重大突破。除了性能以外，蘋果最在意的兩點----功率和散熱---- Intel 也沒有解決。
對于蘋果來說，Intel 的 x86 CPU 早就不是 Mac 電腦的賣點了，反而成了拖慢創新的障礙，使蘋果在 CPU 這個核心設備上受制于 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，因為 ARM 采用授權模式，只要購買授權，就可以添加自己的設計，然后再讓三星代工生產。
2010 年發布的 iPhone 4，第一次采用蘋果自己設計的 CPU，名稱是 Apple A4。
大概從 A4 發布的這一天開始，蘋果就有用自己的芯片替換 Intel 的打算了。因為當年推出的 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 設備。
Apple TV 這種設備使用 x86 芯片，根本沒有獲得任何好處。因為它不需要考慮 Windows 兼容性，也不需要很強的性能。另一方面，使用 ARM 芯片以后，功耗和散熱都變小了，價格也降下來，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比。
此后，蘋果一直在加強芯片研究，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。現在的蘋果芯片在效能、功耗和功能各方面，都屬于世界頂尖級別的 ARM 芯片。
目前，Mac 電腦是唯一使用 x86 芯片的蘋果設備，其他的所有設備（iPhone、iPad、Apple TV、Apple Watch、Airpods）用的都是蘋果自己設計的 ARM 芯片。
六、更換 CPU 架構的好處
幾天后的 WWDC 2020，可能就會宣布采用 A14 芯片的 MacBook 筆記本。這個轉變不是突如其來，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 的技術積累引入 Mac。
2016 年，蘋果在 MacBook Pro 里面加了一塊自己設計的 Apple T1 芯片，把 TouchID、FaceTime、TouchBar 等功都做進去了，讓這塊 ARM 芯片分擔一些 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，比上一代有更強的運算能力，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 CPU 都由蘋果自己設計，一定會有更多的功能集成進來，蘋果手機的安全特性、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桌面設備。蘋果也能對它進行更好的優化，批量生產，降低成本。
一旦蘋果可以控制芯片、硬件、軟件整個堆棧，就能讓它們更好的協同，創造出更多多令人激動的新功能。
Mac 電腦采用 ARM 架構后，還能實現統一的 Apple 生態，而不是現在分隔開來的 Mac 生態和 iPhone/iPad 生態。不同設備都有同樣的架構，運行同樣的程序，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項目，可以將 iPhone 和 iPad 應用自動轉為 Mac 應用，反之則不行。現在看來，這個項目就是為移動應用移植到桌面電腦做準備。蘋果的目標就是，同一個 App 最終可以在 iPhone、iPad 和 Mac 上運行。
蘋果應該不可能把現在的桌面型號，一下子就升級為 ARM 架構。很多人猜測，它會先推出一款 12 吋的、采用 ARM CPU 的 MacBook。這樣比較保險，因為筆記本不需要特別強勁的性能，也不需要擴充卡，不會影響到那些需要高性能、大量外圍設備、或依賴舊軟件的用戶。而且，降低功耗對筆記本特別重要，因為可以延長電池壽命。
回顧歷史，Mac 電腦從 PowerPC 轉為 x86 架構，整整花了 6 年。2005 年的 Mac OS X 10.4 版（Tiger）同時有 PowerPC 和 Intel 兩個版本，2011 年的 Mac OS X 10.7 （Lion）才不再支持 PowerPC。這次從 x86 轉為 ARM 架構，估計也需要同樣長的時間，即將面世的 Mac OS X 10.16 可能也有 x86 和 ARM 兩個版本。現有桌面設備（MacBook Pro 和 Mac Pro）的 ARM 升級版，可能要等到 2022 年才會問世。
（完）
總結
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 的战争的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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