李實(shí)

在2006年前，蘋果曾經(jīng)將旗下個(gè)人電腦等設(shè)備所使用的計(jì)算架構(gòu)從Power轉(zhuǎn)向至x86，這次改變使得蘋果的產(chǎn)品在性能方面追趕上了市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品，并擁有了更廣闊的發(fā)展空間。斗轉(zhuǎn)星移，14年后，蘋果在WWDC 2020上宣布旗下Mac產(chǎn)品線將會(huì)在兩年內(nèi)轉(zhuǎn)移至ARM架構(gòu)的Apple Silicon——Apple Silicon是蘋果對(duì)自家ARM架構(gòu)芯片系統(tǒng)和封裝體系的總稱。那么，蘋果為什么會(huì)再—次轉(zhuǎn)換“跑道”，它又將如何完成這一過(guò)程？

CCX模塊采用全新設(shè)計(jì)

2020年WWDC最大的新聞莫過(guò)于蘋果宣布要將整個(gè)Mac產(chǎn)品架構(gòu)從x86轉(zhuǎn)移至ARM。雖然在這個(gè)消息正式公布之前，蘋果曾經(jīng)在多個(gè)場(chǎng)合表示對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品架構(gòu)的異議，并且大量小道消息也顯示蘋果正在積極謀劃新的產(chǎn)品線，尤其是在蘋果iOS生態(tài)系統(tǒng)和相關(guān)A系列SoC大獲成功之后。但是只要靴子沒(méi)有落地，人們的議論和猜測(cè)就一天不會(huì)停止。

現(xiàn)在，消息已經(jīng)明朗。蘋果宣布大概需要兩年時(shí)間來(lái)完成這次架構(gòu)遷移過(guò)程。但是，就像蘋果之前發(fā)布的大量公告信息那樣，它所提供的消息有限，只有部分比較籠統(tǒng)的消息，這些消息吊起了開(kāi)發(fā)人員和消費(fèi)者的胃口，同時(shí)缺乏真正的細(xì)節(jié)。因此，本文的內(nèi)容在很大程度上也基于現(xiàn)有的消息和情況，更多的內(nèi)容可能要等到蘋果在2020年下半年真的推出了基于ARM的Mac產(chǎn)品之后才會(huì)進(jìn)一步明確。

從市場(chǎng)角度來(lái)看，蘋果公司的下一個(gè)目標(biāo)是垂直整合整個(gè)Mac產(chǎn)品線。從性能指標(biāo)和用戶體驗(yàn)來(lái)看，蘋果目前在iOS生態(tài)上成功的最核心原因之一就是垂直整合。蘋果的想法就是，既然在iOS上能夠取得成功，那么在Mac設(shè)備上也可以如法炮制。垂直整合的優(yōu)勢(shì)在于，即使從用戶界面看起來(lái)操作系統(tǒng)沒(méi)有什么大的變化，但是蘋果將底層硬件架構(gòu)和SoC有機(jī)融合后能夠使得操作系統(tǒng)更為充分地調(diào)用soc的所有設(shè)計(jì)和特殊功能，比如電源控制、ISP、視頻編解碼、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎等，這些都將是被重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

蘋果在Mac生態(tài)系統(tǒng)上的核心改變是向ARM架構(gòu)過(guò)渡，但奇怪的是，蘋果目前謹(jǐn)慎地避免在公告中的任何地方提及“ARM”一詞，只是在新的macOS開(kāi)發(fā)文檔中明確說(shuō)明了蘋果正在將自己芯片設(shè)計(jì)和ARH結(jié)合在一起，準(zhǔn)備推出一系列基于ARH架構(gòu)的SoC產(chǎn)品。在這個(gè)計(jì)劃的早期，用戶甚至可以看到其在iPad設(shè)備和Mac設(shè)備中使用幾乎一樣的soc。但是最終蘋果希望基于ARH重新設(shè)計(jì)的SoC能夠比肩目前Mac Pro中使用的高性能x86處理器產(chǎn)品。

從性能和現(xiàn)有產(chǎn)品的角度來(lái)說(shuō)，蘋果已經(jīng)在芯片設(shè)計(jì)上取得了極為輝煌的成功。蘋果從早期在A4 SoC中使用類似Cortex-A9的架構(gòu)開(kāi)始，通過(guò)年復(fù)一年的迭代和升級(jí)，帶來(lái)了整個(gè)架構(gòu)和性能的巨大提升。相比之下，英特爾在x86上卻陷入了多年的停滯不前，甚至現(xiàn)在蘋果的Lighting內(nèi)核在IPC方面已經(jīng)非常接近英特爾使用多年的Skylake架構(gòu)。根據(jù)anandtech的測(cè)試，A13在SPEC CPU 2006中能拿下65.27的分?jǐn)?shù)，相對(duì)應(yīng)的Core i9-10900K為77.42分，其差距縮小至大約15%左右。

不過(guò)，現(xiàn)在就說(shuō)蘋果在芯片設(shè)計(jì)能力上超越英特爾還略微早了一點(diǎn)，尤其是考慮到其在Mac Pro中使用的仍是Xeon芯片。蘋果宣稱一個(gè)擁有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程師團(tuán)隊(duì)正在完成這項(xiàng)工作，有消息稱蘋果這個(gè)團(tuán)隊(duì)正在將手機(jī)或者平板上那些優(yōu)秀的設(shè)計(jì)和思想移植到新的高性能處理器上，這也是人們所期待的。蘋果認(rèn)為，自行設(shè)計(jì)的芯片能夠在更低的功耗下提供更高的性能。

從另一個(gè)角度來(lái)看，蘋果宣布整個(gè)產(chǎn)品架構(gòu)過(guò)渡的時(shí)間有點(diǎn)奇怪。實(shí)際上，目前ARM正在準(zhǔn)備發(fā)布ARH v9 ISA（現(xiàn)在是ARH v8.2 ISA），新的ISA帶來(lái)了一些提高性能的功能，比如可伸縮矢量擴(kuò)展（SVE2，類似于英特爾的AVX指令集）。因此，要么ARH很快就會(huì)發(fā)布ARH v9 ISA，這樣一來(lái)蘋果就能順理成章地宣布支持新的ISA。要么就是蘋果依舊將新的SoC停留在ARH v8.2階段，并將NENO擴(kuò)展推遲到今后再去解決，這是非常值得關(guān)注的事情。

過(guò)渡期的策略：x86和ARM的并行時(shí)光

另外一個(gè)值得關(guān)注的內(nèi)容是在兩年過(guò)渡期內(nèi)，蘋果應(yīng)該如何面對(duì)x86和ARM，是戛然而止還是緩慢過(guò)渡？現(xiàn)在蘋果已經(jīng)確認(rèn)，過(guò)渡期間ARM和x86架構(gòu)將會(huì)并存，并且蘋果還在準(zhǔn)備推出全新的x86設(shè)備（據(jù)稱可能是基于AMD Ryzen 5000系列的新Mac產(chǎn)品）。

這樣的過(guò)渡策略要求蘋果需要一段時(shí)間和足夠的人手來(lái)圍繞新的SoC進(jìn)行準(zhǔn)備。另外一個(gè)要點(diǎn)是，即使蘋果在未來(lái)2年內(nèi)不發(fā)布任何新系列產(chǎn)品，基于現(xiàn)有產(chǎn)品，蘋果依舊需要不斷更新英特爾處理器以跟上市場(chǎng)的前進(jìn)速度，直到基于ARM架構(gòu)的產(chǎn)品準(zhǔn)備完成為止。在這種情況下，雖然蘋果目前沒(méi)有提及自己可能會(huì)先更換或者替代哪個(gè)產(chǎn)品線，但是看起來(lái)定位低端的筆記本電腦或者對(duì)性能要求較低的產(chǎn)品可能會(huì)先被更換到ARM架構(gòu)，隨后才是高性能的Mac或者M(jìn)ac Pro系列產(chǎn)品。

在軟件支持方面，蘋果目前依舊在x86架構(gòu)的軟件上持續(xù)投入以維持其優(yōu)勢(shì)，并且這個(gè)優(yōu)勢(shì)還會(huì)持續(xù)保持。另外蘋果也公開(kāi)證實(shí)，他們將繼續(xù)在未來(lái)數(shù)年內(nèi)支持x86架構(gòu)的Mac電腦，這樣做也是為了避免目前基于x86的設(shè)備被過(guò)快淘汰。當(dāng)然，這個(gè)“數(shù)年”是多久還需要持續(xù)觀察，除非蘋果特別加速了x86設(shè)備的退出時(shí)間，否則蘋果會(huì)在ARM設(shè)備推出后數(shù)年內(nèi)繼續(xù)對(duì)x86設(shè)備提供支持。

x86的兼容性問(wèn)題：Rosetta 2和虛擬化

同時(shí)，為了彌合蘋果當(dāng)前的軟件生態(tài)系統(tǒng)與未來(lái)幾年內(nèi)所需實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的差距，蘋果會(huì)將重金投資在軟件兼容層上，以便在未來(lái)的ARM Mac設(shè)備上能夠流暢和穩(wěn)定地運(yùn)行現(xiàn)有的x86應(yīng)用程序?？梢钥隙ǖ氖牵O果將催促開(kāi)發(fā)人員將其應(yīng)用程序重新編譯本地版本，并且蘋果正在為此投入更多的資金到Xcode基礎(chǔ)架構(gòu)中，但是目前還是需要保持一定程度的x86兼容性。

蘋果手中的武器是回歸的“Rosetta”，Rosetta是蘋果從Power架構(gòu)轉(zhuǎn)換到x86架構(gòu)時(shí)使用的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換層，在2006年推出。現(xiàn)在，蘋果又帶來(lái)了Rosetta 2，并且希望將x86 macOS的二進(jìn)制文件轉(zhuǎn)換為可以在ARM Mac上運(yùn)行的文件，同時(shí)保持相同的功能和近似的性能。

Rosetta 2的工作模式是在應(yīng)用程序安裝時(shí)轉(zhuǎn)換二進(jìn)制文件至新的ISA。但是有人懷疑蘋果公司希望通過(guò)App Store分發(fā)預(yù)先翻譯好的二進(jìn)制文件，而不是讓每臺(tái)ARM Mac自行翻譯。同時(shí)，Rosetta 2還能夠支持動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換功能，這對(duì)于在執(zhí)行中的x86應(yīng)用進(jìn)行高性能的快速即時(shí)編譯來(lái)說(shuō)是必須的。

總體而言，蘋果宣稱Rosetta 2具有“快速的性能”，也就是極為出色的二進(jìn)制文件轉(zhuǎn)換能力，尤其是在發(fā)布會(huì)上演示的Maya編譯過(guò)程，但是這種二進(jìn)制編譯過(guò)程的效果還有待觀察。從高通和微軟的努力來(lái)看，從x86到ARM的編譯過(guò)程實(shí)際上好壞參半，不過(guò)過(guò)去的所有嘗試都從未涉及到蘋果目前所追求的那種高性能芯片，而僅僅是在移動(dòng)設(shè)備上完成，因此這里還需要更多的實(shí)驗(yàn)和觀察?；仡櫄v史來(lái)看的話，蘋果之前在Power架構(gòu)轉(zhuǎn)移至x86架構(gòu)時(shí)，即使當(dāng)時(shí)的x86架構(gòu)處理器展現(xiàn)出相對(duì)同期Power處理器巨大的性能優(yōu)勢(shì)，但是在x86處理器上實(shí)時(shí)啟用Rosetta編譯并運(yùn)行Power架構(gòu)的軟件時(shí)，雖然能夠正常使用軟件，不過(guò)性能仍舊受到了影響。

因此在這種情況下，Rosetta 2應(yīng)該被視作開(kāi)發(fā)人員在構(gòu)建ARM架構(gòu)程序時(shí)確保兼容性的后盾，而不是將其視作x86程序運(yùn)行在ARM Mac上的路徑。特別是Rosetta 2還不能夠支持AVX之類的高性能x86指令集，這意味著在使用密集的高性能計(jì)算以及對(duì)性能有嚴(yán)格要求的代碼中，蘋果可能將改用更慢的方法來(lái)完成類似的工作。

目前尚不清楚蘋果準(zhǔn)備為macOS提供Rosetta 2多長(zhǎng)的使用時(shí)間。之前的Rosetta發(fā)布后沒(méi)多久就下線了，因?yàn)樘O果更希望開(kāi)發(fā)人員直接基于新架構(gòu)來(lái)重構(gòu)軟件而不是依靠Rosetta。因此，基于同樣的理由和市場(chǎng)行為，Rosetta 2的壽命可能不會(huì)太長(zhǎng)。

與此同時(shí)，蘋果在為ARM Mac的啟動(dòng)操作系統(tǒng)macOS Big Sur（11.0）上引入了一種被稱為universal 2的新二進(jìn)制格式。這個(gè)新的二進(jìn)制格式適用于新編譯的過(guò)渡期應(yīng)用程序，開(kāi)發(fā)者需要多編譯一個(gè)被稱為Universal（Fat）Binary的文件（也就是Universal 2），用于同時(shí)支持ARM和x86架構(gòu)。蘋果在發(fā)布會(huì)上也演示了Final Cut Pro X通過(guò)Universal 2運(yùn)行在ARM架構(gòu)MacBook上的情況，整體表現(xiàn)還不錯(cuò)。對(duì)第三方軟件來(lái)說(shuō)，如果只依賴AppKit，升級(jí)Xcode后編譯為新的Universal 2就可以了，非常方便。

最后，兼容性軟件包還包括蘋果的虛擬化技術(shù)，用于處理諸如Linux Docker應(yīng)用程序容器等內(nèi)容。關(guān)于這個(gè)功能的信息目前非常少，蘋果在發(fā)布會(huì)幻燈片中將其作為運(yùn)行Linux的Parallels的一部分進(jìn)行了簡(jiǎn)短展示，但是這個(gè)技術(shù)的功能還尚待觀察。至少對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，他們現(xiàn)在為L(zhǎng)inux和Docker找到了非常合適的解決方案，這對(duì)于參加WWDC的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)非常重要。

但是，這個(gè)虛擬化功能沒(méi)有解決運(yùn)行Windows的問(wèn)題。因?yàn)樵谥暗脑O(shè)備上，由于x86架構(gòu)的存在，蘋果可以通過(guò)Boot Camp實(shí)現(xiàn)對(duì)Windows的支持，并且提供了大部分硬件的驅(qū)動(dòng)程序，但是切換至ARM平臺(tái)后，如何在ARM平臺(tái)上運(yùn)行Windows就成為了一個(gè)巨大的難題。有小道消息稱蘋果將放棄對(duì)BootCamp和Mac運(yùn)行Windows的支持。顯然一旦如此，將使得一部分需要雙啟動(dòng)系統(tǒng)的用戶不得不做二選一的選擇題。不過(guò)目前蘋果尚未對(duì)這個(gè)問(wèn)題做進(jìn)一步的表態(tài)。

開(kāi)發(fā)人員設(shè)備：A12Z的Mac mini

為了讓開(kāi)發(fā)人員在年底發(fā)布新的ARM Mac之前就做好準(zhǔn)備，蘋果還推出了一臺(tái)專門面向開(kāi)發(fā)人員的過(guò)渡設(shè)備，只提供給注冊(cè)的開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行實(shí)際的硬件測(cè)試和軟件優(yōu)化。蘋果在發(fā)布會(huì)上也用它進(jìn)行了演示，包括macoOS Big Sur系統(tǒng)的功能等。當(dāng)然，從架構(gòu)角度來(lái)看，這個(gè)開(kāi)發(fā)人員設(shè)備實(shí)際上就是一個(gè)Mac mini外觀的iPad Pro，還不帶顯示屏。

目前的開(kāi)發(fā)設(shè)備基于A12Z SoC，包括16GB的內(nèi)存和512GB SSD。一開(kāi)始人們預(yù)想的是這款設(shè)備的尺寸和散熱空間相比iPad大了不少，因此處理器的運(yùn)行頻率和性能應(yīng)該更為出色。但實(shí)際—臥目比iPhone 11，這款開(kāi)發(fā)設(shè)備雖然使用了A12Z，但實(shí)際性能可能比不過(guò)使用A13的新設(shè)備。這樣設(shè)計(jì)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是，為未來(lái)即將到來(lái)的ARM Mac設(shè)量了一個(gè)較低的性能下限并鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)人員努力開(kāi)發(fā)更高效率運(yùn)行的軟件。因此，如果開(kāi)發(fā)人員的軟件能夠在這款設(shè)備上流暢運(yùn)行，那么肯定能夠在未來(lái)ARM Mac所使用的A14衍生芯片上流暢運(yùn)行。

不僅如此，雖然大家都知道了開(kāi)發(fā)設(shè)備上使用的是A12Z SoC，但是就像蘋果其他的開(kāi)發(fā)中設(shè)備一樣，蘋果嚴(yán)格禁止對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試。開(kāi)發(fā)設(shè)備在購(gòu)買時(shí)簽署的有關(guān)協(xié)議就嚴(yán)禁公開(kāi)基準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)，即使開(kāi)發(fā)人員花了500美元才獲得這個(gè)開(kāi)發(fā)設(shè)備，但是其在法律意義上仍屬于，并且將在未來(lái)歸還蘋果公司，開(kāi)發(fā)人員付費(fèi)只是獲得了一段時(shí)間的使用權(quán)而已。因此，在這種重重約束之下，消費(fèi)者短期內(nèi)是沒(méi)有希望獲得新ARM Mac設(shè)備的相關(guān)性能數(shù)據(jù)了，全面的測(cè)試數(shù)據(jù)只有等待產(chǎn)品正式發(fā)布后才可能合法曝光。

靜候發(fā)布

蘋果在發(fā)布會(huì)上帶來(lái)了很多的消息，但是正如前文所說(shuō)，還缺乏細(xì)節(jié)，一切秘密只有等到新的ARM架構(gòu)的Mac發(fā)布才能揭開(kāi)了，現(xiàn)在距離2020年年底也不算太久，就讓我們靜候新品的發(fā)布。

回顧蘋果的發(fā)展歷程，它向來(lái)擅長(zhǎng)進(jìn)行垂直整合，特別是通過(guò)一個(gè)尖端產(chǎn)品來(lái)掌握整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的方方面面。對(duì)蘋果來(lái)說(shuō)，能夠全面掌控Mac的硬件和軟件，將成為它在下一個(gè)發(fā)展階段追求的重要目標(biāo)。尤其是將macOS轉(zhuǎn)變?yōu)楹蚷OS生態(tài)一樣的軟件架構(gòu)，并進(jìn)一步整合蘋果的軟件生態(tài)，如果成功的話，將為其帶來(lái)巨大的產(chǎn)業(yè)影響力。為了實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，蘋果需要在硬件和軟件層面上做出很多改變和創(chuàng)新，可想而知，蘋果公司內(nèi)部和Mac相關(guān)的部分接下來(lái)都將進(jìn)入極為緊張的工作狀態(tài)。

好消息是，蘋果對(duì)這樣的ISA級(jí)別的遷移已經(jīng)有了豐富的經(jīng)驗(yàn)。2006年的決定讓蘋果從Power架構(gòu)成功轉(zhuǎn)型至x86架構(gòu)，并獲得了長(zhǎng)達(dá)十多年的成長(zhǎng)期，而在x86轉(zhuǎn)向ARM的過(guò)程中，蘋果又將迎來(lái)一個(gè)新的發(fā)展階段。蘋果看起來(lái)將之前的所有經(jīng)驗(yàn)都用在這次ISA轉(zhuǎn)換上，包括之前軟件的兼容性問(wèn)題、催促開(kāi)發(fā)人員跟上新的架構(gòu)以及在短期內(nèi)提供實(shí)驗(yàn)設(shè)備等，一切都做得有條不紊，值得我們進(jìn)一步期待。

從另外一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，人們也很期待在使用了ARM架構(gòu)后，蘋果能為Mac帶來(lái)怎樣的改變，不光是MacBook或者iMac這樣的產(chǎn)品，人們更期待看到ARM架構(gòu)的Mac Pro，看它是否真能挑戰(zhàn)x86的王者地位。當(dāng)然，由于蘋果徹底轉(zhuǎn)向ARM架構(gòu)，個(gè)人電腦市場(chǎng)也將不可避免地迎來(lái)又一次分裂，之前由于蘋果轉(zhuǎn)向x86而帶來(lái)的十余年“虛假”的融合時(shí)光徹底結(jié)束了，可以運(yùn)行Windows的Mac或者一些玩家口中津津樂(lè)道的“黑蘋果”很可能不復(fù)存在，市場(chǎng)又一次選擇了分道揚(yáng)鑣，各奔東西。