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科普人文一栏，聚焦现象中的本质，分享热点下的思考。最近几周最火爆的科技新闻，一个是我国成功发射最后一颗北斗全球组网卫星，另一个恐怕就是苹果给自家电脑更换处理器这件事了。简而言之，根据苹果官方发布的消息，苹果已经决定将会在未来的两年内，将自家电脑的处理器（即CPU）从目前的英特尔芯片更换为苹果自主研发的芯片。虽然外界对此已早有预期，但是消息一出，还是震动了整个科技界。对于一个拥有完整的电脑生态的科技巨头来说，做出这样的决定显然是经过多种考量和深思熟虑的。相信很多人在听到这个新闻后也不禁会怀有疑问：苹果为什么要自己研发处理器？英特尔为什么不再受到苹果的青睐？借这篇文章，笔者想就此事进行一个简单梳理，通过苹果电脑和自研芯片的发展历史，探究苹果做出这个惊天决策的背后动机。本文将会回答以下几个问题：1. 苹果电脑以前使用哪些品牌的处理器？2. 苹果是什么时候开始自己研发芯片的？3. 苹果为什么会决定在电脑上改用自研芯片？自研芯片有何优势？4. 芯片转换将会如何进行？需要多久？对苹果电脑会有什么影响？5. 苹果换芯对于消费者会有什么影响？一乔布斯的十字——苹果的电脑产品布局提到苹果电脑的芯片问题，笔者不得不讲一下苹果的电脑产品布局以及其发展的历史。2020年初的苹果电脑全家福（图片来源：苹果官网）目前我们见到的这几款苹果电脑，其实都源于1997年乔布斯回归苹果后所做的一次产品规划。根据《乔布斯传》的描述，当时乔布斯在白板上画了一个十字，将其分成了四格，顶端写着“笔记本”，“台式机”，侧面写“消费级”，“专业级”。四个格子，每个格子代表一款电脑产品。未来的苹果就靠这四款产品打天下。后来苹果按照这个规划开发了四款电脑来分别对应这四个格子。它们分别是：消费级笔记本：iBook专业级笔记本：PowerBook消费级台式机：iMac，后来增加一款迷你台式机Mac Mini专业级台式机：PowerMac（图片来源：ebay,维基百科）那时候，苹果的Mac电脑也没有采用我们熟知的英特尔处理器。虽然那时候的英特尔早已是业界巨头，但是苹果仍然采用了封闭生态的发展路线。苹果，摩托罗拉和IBM成立了AIM联盟，苹果电脑使用联盟开发的PowerPC芯片。一颗PowerPC芯片，由摩托罗拉制造（图片来源：ebay）早先的PowerPC芯片的确性能不俗，2003年推出的专业级台式机PowerMac G5一度是当时市面上最快的个人电脑，也是第一款支持64位的个人电脑。可惜好景不长，由于Power芯片的销量远不如英特尔的芯片，再加上IBM和摩托罗拉的下一代芯片“难产”，性能和良品率迟迟得不到提升，造成苹果电脑的处理器采购成本较高，性能提升缓慢。在此情况下，乔布斯开始考虑换芯。经过周密的准备，他于2005年对外宣布，决定弃用联盟的Power芯片，转而采用英特尔芯片作为处理器。2006年，苹果发布了一系列新品，将原来采用Power芯片的机器替换成了采用英特尔芯片的电脑。2005年，乔布斯宣布苹果电脑改用英特尔芯片（图片来源：雷锋网）自此，苹果电脑的产品线布局便成了我们大家今日所熟悉的样子：消费级笔记本：MacBook，后来被轻薄本MacBook Air取代专业级笔记本：MacBook Pro消费级台式机：iMac和Mac Mini专业级台式机：Mac Pro（图片来源：苹果官网）总结一下，苹果之所以抛弃Power选择英特尔芯片，原因无外乎以下几种：1. 英特尔芯片产量大，价格便宜2. 英特尔芯片性能更好3. 英特尔芯片是电脑业界主流，兼容性好二乔布斯的妥协——苹果自研芯片史AIM联盟瓦解后，一段时间内苹果没有打过自主研发芯片的主意。2006年苹果切换到英特尔芯片后，苹果电脑的性能稳步提升，价格进一步下探，英特尔芯片良好的兼容性（特别是支持安装Windows双系统）为苹果争到了不少市场份额。2001-2009的苹果笔记本销量，可见更换英特尔芯片后销量大幅升高（图片来源：维基百科）然而，2008年时，情况起了变化。当时，苹果正在紧锣密鼓的开发第一代平板电脑iPad。鉴于和英特尔良好的合作关系，以及英特尔芯片强大的性能，乔布斯起初打算在iPad上继续使用英特尔芯片。然而，这项计划遭到了乔布斯的心腹大将，时任iPod部门高级副总裁托尼.法德尔的强烈反对。法德尔认为，英特尔推出新品的速度还是太慢，而且英特尔芯片的功耗和成本对于平板来说太高，ARM架构的芯片才是iPad的选择。经过一番争论，乔布斯最终让步了（作风一向强硬的乔布斯关键时刻听取了下属的“忠言”，值得敬佩）。2010年，苹果第一款自主研发的芯片A4伴随着第一代iPad和iPhone 4横空出世，从此以后，历代A系列芯片就成了苹果手机和平板的标配。2019年，苹果卖出了超过2亿部iPhone手机和1950万台iPad，A系列芯片的产量十分可观。苹果A4芯片，苹果自研芯片的开山之作（图片来源：AppleInsider）三为何换芯？俗话说无利不起早，如果不能带来实实在在的好处，苹果绝不会贸然更换用了15年的英特尔芯片。此次换芯的原因，其实是多方面的，既有技术的考量，也有商业的考量。既有苹果的原因，也有英特尔的原因。且听笔者一一分解。1. 苹果自研芯片性能不俗最近几年，苹果着力于提高自研芯片的性能。在手机领域，苹果的A系列芯片与高通的骁龙、华为的麒麟、三星的猎户座并列为主流旗舰芯片。而与英特尔相比，苹果A系列芯片的性能也毫不逊色。苹果芯片（右一、右二）与英特尔芯片（左一、左二）的跑分对比（图片来源：PCMag）由上图我们可以看出，同MacBook Pro笔记本电脑上装备的i5-1038NG7（左起第二款）相比，苹果的A12Z芯片（右起第二款）不管是单核（红色柱状图）还是多核（蓝色柱状图）性能均接近甚至是超过了英特尔芯片。要知道，i5-1038NG7可是英特尔最新的10代i5芯片。更不用说苹果的A12Z是安装在iPad Pro平板电脑上的，而平板的功耗远远小于笔记本电脑。如果苹果把A12Z移植到笔记本电脑上，放大功耗的话，跑分定会远超i5芯片。这一切都得益于ARM架构芯片高能效比的“先天”优势，以及台积电（苹果芯片的代工商）最先进的7nm工艺。2. 苹果自研芯片价格便宜和采购英特尔芯片相比，虽然苹果需要自己投入巨资研发，但是苹果的自研芯片成本，其实已经远低于英特尔。在iPhone和iPad以亿为单位计算的销量之下，研制芯片所付出的成本已经被分摊的非常非常薄了。根据研究机构HIS的估计，一枚苹果最新A12芯片的成本，已经只有区区30美元（约合212元人民币）。相比之下，一枚英特尔i5-1035G7芯片的采购价高达320美元（约合2261元人民币）！英特尔芯片的性能没什么优势，价格却是苹果芯片的10倍有余。我们不妨算笔经济账，如果换成苹果把英特尔芯片换成自己的，一台电脑就可以省下近300美元。而Mac电脑在2019年出货1835万台，仅仅是更换芯片一年就可以为苹果省下53亿美元，这绝对是一笔相当可观的利润。3. 英特尔“挤牙膏”不得人心苹果换芯，如果只有自己一家的主观意愿，还是不够的。外部因素同样不可忽视。近几年，英特尔在先进芯片制造工艺上遇到了一系列麻烦。由于下一代10nm工艺“难产”，英特尔在2015年推出5代i7芯片后，便一直卡在14nm工艺上。虽然英特尔不断改进14nm工艺（也就是所谓的14nm+++…，每改进一版加一个+,天知道最后能加几个），但是终究被不断进步的台积电和三星甩开。目前，这两家的工艺均进步到了7nm，领先于英特尔。再者，英特尔取得了电脑处理器业界的垄断地位，孤独求败之下，也变得越来越保守，越来越“懒散”，越来越不愿再做大的技术革新以大幅提高芯片性能。两方面因素共同作用的结果，就是最近几代英特尔的处理器性能提升缓慢，每前进一代的性能提升甚至连10%都到不了(相比之下苹果A12芯片比上一代提升15%)。英特尔从此得到了“牙膏厂”的绰号。我们可以想象，当消费者发现所谓的“新一代芯片”和老芯片差不了多少之后，会有多么的失望。苹果作为芯片买家，肯定也会这么想。总的来说，苹果这么做，确实是因为换芯在技术上和商业上拥有巨大的吸引力。而现在的英特尔，像极了当年的power芯片，性能止步不前，价格却依然高企。苹果换芯，既是主动抉择，也是时势造就。四怎样换芯？苹果向来喜欢闷声憋大招，一旦搞大动作，必先是早有准备早有规划。这次换芯也不例外。苹果在发布会上同时也宣布了一系列的过渡计划。对于苹果这样的大公司来说，一个平稳，顺畅，低成本的过渡计划十分关键。让用户感受不到换芯对自己使用新电脑造成的影响，这正是苹果所努力追求的。首先，硬件层面上，苹果宣布整个芯片的替换过程将花费两年多的时间，不会一下子把所有机器上的英特尔芯片都换掉，会循序渐进。如果一下子全换了芯片， 新芯片性能大幅提升必然导致现款装有英特尔芯片的电脑大幅贬值，这样对用户的伤害无疑是巨大的。其次，为了照顾老用户，苹果宣布下一代的系统仍将支持英特尔芯片的电脑。这无疑为老用户吃了一颗定心丸，不用担心因换芯用不上新系统了。同时，由于英特尔的X86架构与苹果自研芯片的ARM架构不同，因此苹果必须想办法把以前英特尔芯片运行的系统和软件移植到自家芯片上。为此，他们特别推出了一个特别的编译软件——罗塞塔2，借助于罗塞塔2，原先在英特尔芯片下运行的程序今后可以在苹果芯片的电脑中运行。这样一来就不用担心老程序在换新电脑后不能正常使用了。罗塞塔2，苹果完成过渡的大杀器（图片来源：The Verge）五与我何干——换芯的影响这一部分主要是针对有意购买或正在准备购买苹果电脑的朋友们。苹果换芯，无疑会对苹果电脑产品线乃至整个苹果产品生态造成巨大影响。在这个特殊的过渡期，应该如何考虑购买苹果产品呢？笔者将会在下文分析换芯对苹果电脑产品线所造成的影响。首先是积极影响：1. 降价。众所周知，苹果电脑质优但价高，昂贵的售价使得许多预算有限的朋友们望而却步。然而，这一局面很有可能会随着苹果换芯而改变。前面的部分咱们也算过了经济账，换芯可以为苹果节省300美元（约合2121元人民币）左右的成本。而大多数苹果电脑的价格处在10000-15000人民币之间，两千多块的降幅不可谓不大。因此，苹果极有可能在换芯之后对电脑产品进行降价，而且降价幅度相当可观。2. 减重。在之前的处理器性能对比测试中，我们看到，iPad Pro上的A12Z芯片，性能可以和英特尔10代i5打个五五开。这就意味着，苹果的自家芯片，可以用更小的能耗和更少的发热实现与英特尔芯片相同的性能。这样一来，换芯之后的苹果笔记本可以做的更轻，更薄，甚至在块头上接近iPad也不再是梦想。iPad Pro的重量体积比笔记本小得多（图片来源：Prism Legal）3. 提速。除了减重之外，苹果另一个可能采取的路线就是提高性能。A12Z芯片已经证明了它不俗的性能。苹果在此基础上完全可以设计一款功耗更高，同时性能也大幅超越A12Z的高性能芯片来替换英特尔芯片。这样，在重量和体积变化不大的情况下，换芯后的苹果电脑将会拥有比目前英特尔芯片强得多的性能。当然，凡事皆有两面，不利影响也是有很多的：1. 兼容性问题。当年苹果从Power芯片转换到英特尔芯片之后，带来的一大好处就是可以在苹果电脑上安装Windows双系统（之前的不支持）。而换芯后的苹果电脑，将不再支持Windows双系统。虽然目前Mac的普及程度越来越高，但不可否认的是，仍然有相当多的专业软件（如政务、网银等）需要在Windows系统下运行。不支持Windows系统将会使未来购买新电脑的苹果用户遭遇严重的兼容性问题。目前唯一的解决方法是在苹果系统下运行Windows虚拟机，但目前换芯后的新电脑是否仍然支持Windows虚拟机尚不明确。如果 不能安装，将会极大的伤害新电脑的兼容性。英特尔芯片使得苹果电脑可以运行Windows双系统，极大的改善了苹果电脑的兼容性（图片来源：PCMag）2. 老软件运行速度问题。虽然罗塞塔2可以保证老软件在换新后的新电脑上运行，但是这种编译器是有性能损失的。目前在ARM架构芯片上模拟运行英特尔X86架构程序，有高达50%的性能损失。好在苹果目前正在积极和主流软件厂商合作，新版本软件将会很快推出。说到这里，得失利弊就比较明朗了。有意买苹果电脑的朋友们可以根据自己平常的使用习惯以及所列举的这些可能带来的影响，来决定是否购买苹果电脑。六写在最后笔者是苹果产品多年的老用户（本文初稿就是在一台MacBook Pro上写完的），见证了苹果从乔布斯时代到库克时代的转变，也见识了最近十几年历代苹果产品的成败得失。可以说苹果是一个非常“特立独行”的公司，拥有一个封闭的系统生态，从而同时掌握了软件和硬件的制造。而苹果换芯，也是基于对自家生态的信心，对自身对软硬件掌控能力的信心。这一步棋无疑是一步险棋，如果走得好，苹果未来5年乃至10年的业界霸主地位将会进一步巩固。笔者衷心希望苹果这一步可以走好走顺。毕竟，天下苦英特尔久矣！作者简介李云皓本科毕业于西安交通大学电信学院信息工程专业，现在美国西北大学（Northwestern University）计算机工程专业攻读硕士。本科和硕士阶段从事3D视觉，3D重构算法，点云配准有关研究。骨灰级果粉苹果全家桶资深用户12年iPhone用户初代iPhone与初代iPad双料用户9年苹果Mac电脑用户编辑简介唐子淳本科毕业于浙江大学信息与电子工程学院，美国密歇根大学电子计算机工程硕士在读，超大规模集成电路方向。现在英伟达silicon solution group实习，参与下一代图形处理器的系统级验证工作。作者 / 李云皓编辑 / 唐子淳排版 / 侯伊明}