苹果的又一次架构迁移，这意味着什么？

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北京时间2020年6月23日凌晨，苹果举办了每年一度面向开发者的WWDC大会，由于全球新冠疫情的影响，这一次的发布会仅面向线上观众，在会上苹果公司介绍了全新的iOS 14、iPadOS 14以及Watch OS 7，但这些都不是重头戏。在WWDC 2020的最后部分，Tim Cook在介绍完全新的Mac OS版本后，话锋一转，宣布苹果公司将会使用自研芯片取代Intel，正式确认了已经传了几个月的消息。
苹果芯，行不行
在发布会上，硬件团队负责人、软件团队负责人轮番登场，从多个角度、方面详细阐述、展示了苹果为了这一次转变做的各种工作，其中有些演示效果令人印象深刻。彻底转变硬件架构主要有以下几个方面的问题：
已有软件的适配；
新软件的开发便利程度；
如何确保用户体验不打折扣。
其中只要做好前两点，第三点自然有保障。苹果自家的软件已经全部完成了适配，在新系统发布的当天就可以使用，为了解决第三方现有软件的适配情况，苹果公司这一次推出了在2006年研发的Rosetta后续版本Rosetta 2。本质上来说，Rosetta 2起到的作用就是将原本为x86架构开发的软件在安装的时候翻译成arm架构下的版本，不同于当年Rosetta是在runtime翻译，安装完毕之后就能够以接近原生软件的效率运行。
在发布会上，他们演示了在Maya里加载一个拥有六百万面的场景，然后再加载贴图和材质，一切都十分顺滑。接着他们甚至还直接从Mac AppStore里面下载了《古墓丽影：暗影》进行演示，以1080P分辨率，目测中特效运行，帧数大概在30fps上下。这让我印象十分深刻，因为演示用的Mac电脑是一台开发机，搭载的芯片和我手里的iPad Pro 2020是同款Apple A12Z，理论上来说，以后iPad Pro也能跑最新的Mac OS Big Sur，运行各种各样Mac OS上才有的应用程序。
Intel HD630
Maya
A12Z
Intel HD630
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A12Z
Intel HD630
Intel HD630
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苹果同时宣布整个转换过程会持续两年，在这个过程中他们还会继续生产、销售搭载Intel处理器的Mac电脑，所以对开发者来说这意味着他们要同时对两套架构进行维护和开发，苹果的解决方案是全新的Universal 2，开发者们只需要一套二进制文件就可以同时在arm和x86上运行自己的软件。
发布会上出场的是Microsoft的Office以及Adobe的Creative Cloud系列软件，具体有Lightroom和Photoshop，最后还演示了一下苹果自己的Final Cut Pro X，这些软件运行都十分流畅，FCPX甚至同时加载了3个4K视频轨道同时回放，我现在非常好奇A13芯片跑Mac OS Big Sur会是什么样的表现。全新的XCode 12里面搭载了一系列全新的开发工具帮助开发者们完成这次迁移，根据Tim Cook的演讲，普通开发者们可以在几天内完成现有应用针对arm和x86架构的适配。
不仅如此，因为用的是A12Z芯片，所以演示用Mac开发机可以直接运行iOS以及iPad的应用，无需开发者的任何修改与适配，这意味着苹果终于将iOS(以及iPad OS)和Mac OS整合在了一起。 

苹果为这次架构迁移做好了充分的准备，不仅为现有软件打造了一个看起来比较可行的解决方案，毕竟2005年已经来过一次了，还让开发者大大减少了适配两个平台的工作量，对普通用户的影响降到了最低。加上Virtualization虚拟化解决方案，让arm架构的Mac电脑和x86用起来几乎没有区别，但是这么多工作与麻烦到底是为了什么？
为什么要换芯片
这不是苹果第一次改变Mac电脑内部的芯片架构。2005年，史蒂夫·乔布斯在旧金山宣布旗下的Mac电脑将会抛弃IBM的Power架构CPU，转为使用Intel的处理器产品。随着笔记本对轻薄化的需求越来越大，针对工作站以及服务器设计的Power芯片无法满足苹果打造轻薄笔记本的需求，而Intel凭借着全新的架构在性能与功耗上达到了比较优秀的平衡。所以苹果选择了Intel。时间快进到2020年，同样的事情再一次发生，但这一次没有那么简单了。

苹果最耀眼、最重要的产品早已不是Mac，而是iPhone，它贡献了苹果一大半的收入，而iPhone搭载的并不是Intel处理器。从2010年的iPhone 4开始，苹果就一直在使用自主研发的Apple A系列处理器，完全掌控了iPhone的软硬件设计，让早期的iPhone不管是续航还是性能都走在了其它手机的前面。有了iPhone的成功，苹果将A系列处理器几乎覆盖到了除Mac电脑以外的所有产品线，iPad、Apple TV和HomePod还有Apple Watch。对软硬件拥有完全的控制权代表着苹果公司不仅可以将制造成本尽可能的压低，还能在软硬件适配上做到极致。而这一点正是目前MacBook所面对的主要问题。
Intel自2014年发布Skylake架构以来，没有大的升级，MacBook却已经迭代了好几次，受限于Intel 14nm制程的芯片，以及MacBook Pro系列追求纤薄的设计语言（15/16寸的实在不轻），散热与噪音一直是没有得到解决的问题，尤其是在15/16寸的型号上。只要CPU火力全开，动辄100℃的满载温度以及飞机起飞般的噪音实在谈不上良好的体验。
这一点也让入门产品MacBook Air比较尴尬，虽然苹果本身的设计有问题，甚至出现了无线散热这样的东西（最新的MacBook Air虽然搭载了散热风扇，但是风扇和CPU上的散热鳍片没有用热管连接），但是Intel的处理器在某种情况下无法提供和Apple A系列芯片同样的表现，在跑分测试里还出现了iPad Pro干掉MacBook的情况。苹果一方面不想再等Intel的10nm制程，特别是在他们自己即将迈入5nm时代之际，另一方面，iPad在逐渐Mac化，苹果公司想要把最后一条非A系列处理器的产品线彻底融合进自身的硬件体系内，这也符合苹果公司的一贯风格：掌控自己产品的一切。
苹果硬件团队负责人简要分析了一下目前个人电脑市场上，台式机和笔记本的现状，他说台式机代表了高性能与高功耗，而笔记本则牺牲了一部分性能换来较低的功耗以实现便携性。苹果在过去的十多年里一直在生产能效比最优秀的芯片，他们觉得可以将这一经验沿用到Mac电脑产品线上。他们的目标是在大幅度提高Mac电脑性能的同时降低功耗，而且他们有信心达成这一目标。 

他们有底气做出这样的宣言。
从2010年的iPhone 4开始，Apple的A系列处理器一直就是澎湃性能与高效节能的结合体，在iPhone如此小体积的设备里塞入性能如此之强的处理器在过去是无法想象的，而且由于产品形态的特点，整个设备的功耗曲线必须设置的比较合理，过于激进会大幅影响续航与用户体验，太过保守则会影响系统的流畅度，这一方面苹果在前几代iPhone做的十分出色，尤其是同时期的Android手机还比较青涩的时候。最新的A12Z和A13处理器在单核性能上已经超过了同时期的Intel x86芯片，在功耗控制上那更是不在一个水平线上。得益于big.LITTLE设计，arm处理器在运行效率上比x86有着天然的优势。

演示所用的A12Z处理器拥有8个CPU核心（4大+4小），8个GPU核心，128KB一级缓存以及8MB二级缓存，最高主频速度为2.49GHz。比起x86处理器动辄4GHz以上的频率，较低的主频拥有很大的功耗优势，而且RISC架构的处理器可以用更低的主频速度执行同等数量的指令，最后的结果就是A12Z可以流畅运行一系列对于x86架构CPU来说负载都很大的软件。更令人惊叹的则是A12Z的GPU部分，虽然1080P、中特效、30FPS的效果并不是特别出色，但要知道那并不是在原生环境下运行的游戏。与此同时，Intel目前主流的核显HD630在720p分辨率，全低特效下只能以10 - 15fps的帧率运行《古墓丽影：暗影》，我不仅好奇苹果为MacBook Pro定制的A系列处理器，要是搭载16个甚至更多GPU核心，把功耗限制提升到45W，那个性能表现将会是什么水平。  
苹果终于完成了软硬件一统
从目前的演示来看，全新的Mac电脑，尤其是MacBook Pro系列将会迎来一个全新的局面，如果说以往Mac的护城河是苹果这个牌子以及Mac OS，那么全面转向苹果自研芯片可能意味着MacBook Pro能够提供更强劲的性能，更低的功耗发热和更长的续航时间以及更轻薄的机身，如果苹果愿意牺牲一点利润率，他们完全可以把高端笔记本的市场尽数纳入囊中。而这样的优势是别的厂商无法轻易追上的，苹果用了十多年时间进行耕耘，在这期间苹果产出了超过10亿台搭载各类A系列芯片的产品，在这一过程中他们积累了大量的设计与制造经验，而iPad Pro可以看作是他们对Mac电脑更换架构的先期尝试。
AppStore可以说是iPhone最重要的护城河，现在苹果将数量庞大的iOS以及iPad应用接入到了Mac，更重要的是这些应用背后的开发者也被纳入其中，得益于同一架构的硬件基底，为Mac开发软件的开发者数量增加了一个数量级。这对开发者们也是一个好事情，尤其是中小型开发者，以往受限于时间与精力，只能为移动平台进行开发，现在有了全新XCode 12，他们可以用较少的成本与精力适配所有苹果设备，大大拓展了自身软件的用户群体。苹果目前Mac、iPhone、iPad以及Apple Watch之间的互联互通已经初具成效，等到硬件软件大一统，应该能够上升到一个新的水平，比如在Mac上编辑文档，直接一滑，iPhone自动打开同样的app在同样的位置继续，或者外出用iPad完成同样的事情，这样的操作对于苹果来说应该不是问题。
我个人最兴奋的是，MacBook Pro终于能够迎来本质上的进化了，同时如果苹果愿意帮助微软一起把Windows on Arm好好整一整，那对于业界的影响可能比我们预期的都要大，让我们拭目以待吧！