此时的乔布斯没有直接拍板上马 iPhone 项目,而是让公司的研发部门与摩托罗拉进行合作。摩托罗拉与 IBM 合作研发的 Power 系列 CPU 一直是 Mac 电脑的引擎核心,两家公司之间的合作并不少,2004年摩托罗拉的“Razer”刀锋系列翻盖手机风靡全球,摩托罗拉也想借助 iPod 与 iTunes 庞大的数字歌曲库来进一步扩大自己的市场份额与影响力。
在乔布斯离开苹果的那段时间里,苹果公司将 Mac OS 系统授权给第三方电脑生产商,让他们可以在自己的产品上使用 Mac OS 系统,但这些第三方厂商生产的产品良莠不齐,Mac OS 的表现往往非常一般。乔布斯回归苹果之后,他立马终止了所有的第三方授权协议,为此甚至不惜付出一亿美金的违约金。由于这段历史,他对第三方厂商能否理解苹果的产品有了深深的怀疑,他不相信苹果公司以外的人可以为 iPhone 开发出高标准的应用。
软件作为一种没有实体的产品,由于其复制成本近乎于零,所以流通速度非常快。在计算机产业发展的初期阶段,硬件厂商不仅负责制造计算机的硬件,还需要编写配套的使用软件,如最基本的操作系统(Operating System)。IBM 与微软签订的 DOS 系统外包协议彻底地改变了这一模式,比尔·盖茨认识到了不仅是有形的计算机硬件可以卖钱,软件做好了也是有人会买单的,他将这种模式不断践行,最终建成了微软帝国。
iPhone 所引领的智能手机革命,让越来越多的用户抛弃自己手中老旧、过时的手机,选择全新设计的 iPhone / Android 手机,而 App Store 的出现让原本为电脑开发软件的公司、自由开发者看到了全新的机会。2008年7月11日 App Store 首发时仅有500款应用,仅仅三天App Store的下载量就超过了1000万次,到了同年9月份,整个应用商店的应用数量就达到了3000款。
现代生活里,几乎没有人能离开手机,原本电脑软件市场上一直无法有效获取到的个人用户,可以通过手机应用商店直接覆盖到所有人,而且不同于电脑软件的高定价模式,App Store 对于商店内应用的指导定价为1美元 - 10美元之间,这是一个非常低廉的价格。整个 App Store 的下载量与销售额飞速提升,越来越多的开发者加入到了为iPhone开发软件的行列中去。
乔布斯毕竟还是保留了一点自己的戒心,正是谨慎让 App Store 没有在飞速发展中迷失了方向。
在 App Store 内应用数量快速提升时,它们对于提交应用的审核一点没有放松,苹果制定了非常细致、严格的审核标准,所有开发者都必须在审核标准下进行自己的开发工作,从什么样的功能可以做,到整个 UI 布局,甚至是文字使用都有具体的规范。严格的标准让 App Store 内的应用不管是功能上,还是代码质量上,甚至是界面美观程度都比同时期的 Android 应用要强上一大截。加上 iOS 系统对于应用权限苛刻的限制,iPhone 上很多第三方应用有着不输苹果官方出品的品质。
更好更多的应用吸引了更多的新用户选择 iPhone,而更多的装机量又使更多的开发者选择为 iPhone 开发应用,App Store 的良性循环不仅让应用数量快速提高,每年的营业收入与开发者分红也越来越多。大部分用户在使用了几年 iPhone 之后,已经形成了使用惯性,降低了用户选择其他手机的意愿,保持了用户粘性。
App Store 重塑了整个软件行业的生态模式,不仅传统付费软件大行其道,免费获取、应用内购的软件更是绝对的中流砥柱,业界从以前的买断制转变为流量为王,获取更多的用户就可以获得更高的收入,低门槛,甚至无门槛成了主流做法,游戏公司也顺应潮流,推出了众多 Free to Play 游戏,创造了很多营收神话,国内用户也开始慢慢接受软件是需要付费的概念,正版化的意识开始觉醒,传统软件公司头疼的个人用户获取问题,因为新兴的渠道而解决了。
在聊苹果的 A 系列芯片之前,我们先来聊一家英国的公司:ARM Holdings,一般称为 ARM。
在 CPU 领域里,个人电脑 / Mac 电脑以及各种刀片、塔式服务器大部分所采用的都是 Intel / AMD 这两家公司的产品,它们都基于 x86 架构打造,以稳定强劲的性能表现而著称。而我们日常使用的手机、大部分非 Windows 系统的平板电脑以及各种智能设备,如智能手表、音箱以及手环等,使用的都是高通、MTK、三星等厂商的芯片,这些芯片则基于 ARM 架构打造。
x86 与 ARM 这两个架构有什么不一样,为什么电脑的架构叫 x86,而手机等移动设备的架构直接以公司命名?这涉及到计算机诞生之初,两种不同发展思路之争。
CPU 的工作基础是大规模集成电路,在芯片与计算机刚出现的时候,人们为了扩展 CPU 的功能,采用的方法十分的直观,添加对应的硬件运算电路,集成到芯片内部去。新的芯片有老芯片不具备的功能,但是以前编写的软件都是针对旧产品开发的,Intel为了保持自己产品的兼容性,新功能的添加都是在 8086 芯片上的各种扩展,包括后续的 80168,80286,80386 以及 80486,由于这些芯片型号都以 86 结尾,所以这一架构被命名为 x86。这一解决思路比较好理解,性能提升立竿见影,但是经过 40 年的发展,x86 架构所扩展、添加的电路已经十分庞大,尽管芯片制造工艺不断进步,已经达到了 14nm 级别,整体芯片的功耗与发热还是比较可观。
我们一般将扩展添加的电路称为“指令集(Instruction Set)”,类似于 Intel 的 x86 架构的芯片设计模式被称为复杂指令集(Complex Instruction Set Computer,CISC)。这些指令集大部分并不经常用到,某些特殊用途时才会调用,如 Intel 最新加入的 AVX 指令集。
与之相对的另外一群人,他们觉得 CISC 的设计思路是头疼医头,脚痛医脚的做法,很多指令集大部分时间是闲置的,额外的电路开销被浪费了,还提高了芯片整体的功耗与发热,是一种低效率的做法。他们另辟蹊径,希望在同一套电路硬件体系下,利用软件算法优化处理器的执行流程与性能。这种设计模式被成为精简指令集(Reduced Instruction Set Computer, RISC),而我们的主角 ARM 就是 RISC 架构领域的佼佼者。
RISC 的理念是很好的,减少硬件成本开支,降低功耗与发热,但是电脑芯片领域,x86 还是绝对的主流,RISC 早期性能是比不上 x86 架构的芯片,毕竟 x86 的指令集是以硬件电路形式直接集成的,虽然很多指令平时没有调用,一旦需要用到的时候,性能还是要强上一档。更重要的原因在于,Intel 的商业成功,让它有足够的人力物力来对 x86 架构不断的优化,能够取得性能与功耗的平衡。所以 RISC 在电脑领域基本上没有施展拳脚的余地。
ARM 是 RISC 芯片架构设计领域里执牛耳般的存在,这家公司不卖芯片,它们的主要产品是芯片设计方案与授权,它们根据芯片使用用途、定位、价格将自己的设计方案分成了很多系列,比如著名的 ARM Cortex A 系列,有芯片需求的公司从 ARM 购买设计,有实力的公司会自行修改一些设计细节,更贴近自己的需求,再委托芯片代工厂进行生产,小一点的公司直接就按照 ARM 的公版设计开始生产芯片。这样 ARM 不需要投资巨额资金来建设芯片制造工厂,也不需要研发芯片制造工艺,只需要不断的改进自身的芯片设计,靠着海量的设计授权就可以活的非常滋润,公司运营风险非常低。
这一模式让 ARM 设计的芯片在全世界广为流通,采用 ARM 设计的芯片数量据估计有数十亿之多,只算 Android 手机就是一个天文数字,更不用提各种嵌入式设备。
初代iPhone所搭载的芯片就是以 ARM 公版设计为基础,自行定制的 CPU,由三星进行代工。苹果对于 ARM 架构的使用已经有超过20年的历史,早在1980年代后期,苹果就与 ARM 的前身合作进行芯片的开发,苹果后来也加入了 ARM 主导的 ARM 芯片架构联盟,成为 ARM 最坚实的盟友。但是乔布斯是不可能让别家的芯片占据自己手机核心地位的,苹果公司在 iPhone 发售后就开始紧锣密鼓地筹备芯片研发工作。
2008年4月,苹果公司收购了一家小型芯片开发公司,P.A.半导体,这家名不见经传的小公司专注于低功耗移动 CPU 设计,苹果开始了 A 系列芯片组的研发工作,领军人物就是后来回归 AMD,一手研发了 Zen 架构的吉姆·凯勒。
苹果第一块芯片 A4 比较保守,以 ARM Cortex-A8 的 CPU 为基础,融合了 PowerVR 的 GPU,虽然是 ARM 的 CPU 设计,苹果还是采用了自己的一些东西来增强性能表现,总体而言,苹果为了保险起见没有大刀阔斧的改进 ARM 的公版设计,到了 iPhone 5 所采用的 A6 芯片,苹果真正的设计实力与野心才开始逐渐展露。
A6 是苹果第一款自主设计的 ARM 架构芯片,不同于以 ARM 芯片基础修改而来的 A4、A5、A5X,A6 是苹果从底层开始设计芯片,彻底与 ARM 公版设计分道扬镳的标志。苹果没有像 ARM 那样追求核心数量,动辄八核、十六核的设计,而是将单核心面积不断加大,配合上更多的二级缓存,甚至三级缓存,走上了不一样的设计道路。
我们以高通,Android 旗舰手机最常用厂商的产品作为对比,来了解一下苹果的芯片设计策略。
高通是一个提供芯片设计、生产的大型供应商,它们的产品和苹果一样,拥有 ARM 架构授权,可以不按照 ARM 公版的标准,自行设计制造芯片。高通的客户涵盖了几乎所有的 Android 手机厂商,这也意味着它们的产品必须尽可能多的满足不同厂商的需求,产品的成本也需要控制得当,保持产品的竞争力。基于这些原因,高通的产品迭代比较频繁,一般是一年迭代两次,比如 Snapdragon 835 与 845。高通的产品表现并不稳定,经常被称为火炉。由于高通的芯片组基本都会捆绑自家的基带芯片,为了控制成本与芯片大小,所以分配给CPU部分的电路面积不会特别大,为了保持性能优势只能将频率提高,一般最高能达到2.3Ghz,接近笔记本电脑 CPU 的水平。
苹果不一样,苹果A系列芯片的客户只有苹果自己,别家想买都买不到。苹果对于芯片的结构想怎么来就怎么来,不计成本,没有太多的顾虑。所以 A6 以后的芯片组,CPU 一个核心的电路面积可以顶高通骁龙两个核心,苹果完全不需要像高通那样拉高核心频率来保持性能,这样可以将芯片的功耗以及发热进一步降低,有利于整体的使用体验。加上苹果堆积缓存,让 CPU 整体性能表现更上一层楼,让 A11 的 CPU 单核性能甚至能摸到低压 Intel i3 处理器的尾巴。不同于电脑处理器,单核性能已经发展到了一个很高的水平,移动处理器可以挖掘的性能潜力还非常大,苹果选择了将单核性能不断提高,以保证更加平滑的性能与功耗表现,这也是为什么 iPhone 在不玩游戏的时候发热控制极其理想。在需要游戏性能的时候,强劲的单核性能与同样出色的 GPU 也让 iPhone 成为最强力的移动游戏设备之一。
在被 ARM 公版设计坑过一次后,高通开始借鉴苹果的思路,华为、三星也转变了思路,尤其是三星最新的猎户座处理器,核心面积达到了惊人 119mm²,通过更大的核心面积来降低核心频率,更好的控制发热与功耗,然而它们都各自有一定的缺陷,整体表现还是落后A系列芯片,苹果的芯片优势还将继续保持下去。
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