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蘋果為何捨棄 Intel 改用自研 ARM處理器?分析告訴你原因

已經有不少消息指出蘋果準備在 WWDC2020 上宣布 Mac 電腦棄用 Intel 將改用自家 ARM 處理器,直到近期有消息指稱第一台搭載 ARM 處理器會是 12 吋 MacBook ,那蘋果到底是為了什麼原因才想斷絕使用英特爾 Intel 的處理器改用自研 ARM 處理器呢?

蘋果為何捨棄 Intel 改用自研 ARM處理器?分析告訴你原因

 

 

我們都知道 Mac 整體架構生態,從 90 年代初從 Motorola 68k 到 PowerPC ,又從 2000 年初中期從 PowerPC 改由 Intel,接下來將會從 Intel 改為 ARM 架構。

目前蘋果內部人士大致上都已經確定未來 Mac 會朝向 ARM 前進,時間從 2015 年就開始實施 Kalamata 項目計劃(自研 ARM),共有四個階段需要執行,正逐步替 Mac 改成 ARM 機種,預計會在 2023~2025 年左右全部將 Intel 處理器全換成 ARM 處理器,先是讓 MacBook 搭載 T1、T2 晶片,另外會推出首款低階 ARM 處理器 12 吋 MacBook 。

不過還有不少用戶會質疑 Mac 電腦怎麼可能會捨棄 Intel 處理器改用 ARM 架構?這樣跑雙系統的 Windows 用戶該怎麼跑?這篇就揭開為何蘋果會放棄使用 Intel 改用自家晶片理由:

 

1.Apple受 Intel 牽連嚴重影響產品更新進度

Intel 在為處理器晶片設計發展最初戰略模式採用「Tick-Tock」,意思為一年一次「處理器微架構的更新」和一年一次「晶片製程的更新」,週期總共為兩年,不過到最後 Intel 將週期放緩成三年一迴圈,造成不少電腦DIY組裝玩家都稱 Intel 為擠牙膏策略。

甚至 Intel 處理器性價比、CPU核心數、耗電效能、安全性,也都明顯落後於 AMD 處理器,蘋果也受到 Intel 發展速度上拖連,導致想替 Mac 電腦採用新款處理器時,造成需要延後或等到下一次更新,無法依照原本計畫更新,也讓蘋果改版容易被貼上沒有太大特色或效能沒太大改變標籤。

intel和apple

由於 Intel 的 Tick-Tock 策略已經無法跟上蘋果更換新機速度,導致蘋果想自己研發處理器就能掌控進度,目前內部也替 ARM 架構晶片命名為「Kalamata 」計畫,傳聞首款將會採用 A14 仿生晶片升級,由台積電5奈米晶片打造而成。

當Apple 推出自研 ARM 架構晶片也會比 Intel 帶來更大優勢,畢竟 Intel i7 處理器 TDP 高達65W,那麼 ARM 處理器只需要 2W-5W ,或許後續晶片也可能比 65W 更少, 效能最初可能落後 Intel,這對於普通 Mac 用戶已經足夠使用。

 

2.統一當前Apple生態系統

Apple 近幾年一直將 Mac、iPhone、iPad和 Apple Watch 等產品強化,並且讓每個系統都能夠緊密結合,不過蘋果期望 Mac 搭載 ARM 架構後,能夠實現統一 Apple 生態系統,而非是讓 macOS 和 iOS / iPadOS 系統單獨,唯一差別是設備外形尺寸與性能。

在 WWDC19 開發者大會上,蘋果正式推出「Project Catalyst」讓開發者可將 iOS 或 iPadOS App 直接轉移至 macOS 上,開發團隊能輕鬆將行動版介面轉移至 macOS ,執行畫面就如同桌面版,也直接打通 iOS 和 macOS 之間通道,這也有利於 Mac 後續採用 ARM 架構。

蘋果為何捨棄 Intel 改用自研 ARM處理器?分析告訴你原因

3.x86_64架構已經非常老舊

x64架構是在1999年由AMD公開設計, 64 位集以擴充給 IA-32,稱為 x86-64 後來改名為 AMD64,在 AMD64 架構也替 IA-32新增64位元寄存器,能夠相容16、32位元軟體,AMD的CPU架構原始叫做「x86-64」以及變體「x86_64」,其後 Intel 進入這塊市場也引入「x86-64」支援,稱之為「Intel 64」,不過目前都統一都稱為 AMD64 而非 Intel64 ;蘋果和RPM套件管理員也以 x86_64稱之為64位元架構,自2018年6月WWDC上也宣布macOS Mojave將是最後一版支援32位元系統。

如今蘋果已經認為x86_64 架構算是老舊、效率又低,還在使用就方法進行處理器設計,x86_64 架構就如同一座老舊城市,在上面又蓋上另一個老舊城市,會嚴重影響到後續 macOS 發展。

蘋果為何捨棄 Intel 改用自研 ARM處理器?分析告訴你原因

 

4.蘋果專研十年矽晶片設計有成

過去十年,蘋果一直在持續研發矽晶片設計,目前在效能、功耗和功能方面已經明顯優於市場,同時蘋果也在積極尋找和收購更多矽晶片人才、公司。

蘋果為何捨棄 Intel 改用自研 ARM處理器?分析告訴你原因

 

改用 ARM 那麼 Windows 系統怎麼跑?

當前 Windows 也有推出 ARM 版本,不過效能似乎還是不太好,而且只能夠用 32位元應用程式,所以這需要依靠開發者同時編譯 x86_64和ARM版本解決,連同蘋果也要替 Bootcamp 推出 ARM 更新版本。

當前微軟也正在嘗試讓 ARM 的 Surface 模擬執行 x86_64 ,甚至還有其他 OEM 廠商也針對 ARM 筆電推出自己的 Windows 驅動,效果普遍都不好,所以想要在 ARM 架構下跑 Windows 系統,蘋果也會面臨另一個挑戰。

蘋果為何捨棄 Intel 改用自研 ARM處理器?分析告訴你原因

 

蘋果推行 ARM 架構計畫進度

至於目前蘋果推行 ARM 架構計畫進度可參考底下

第一階段2014~2017年:推出 Apple T1 安全晶片

在 2016 年 Intel 處理器開始緩慢發展,造成 MacBook Pro 搭載的 Intel 處理器效能出現嚴重不足,也沒有完美替代方案可以取代 Intel,又加上蘋果與 Intel 簽訂了合約,蘋果可獲得客製化優惠合作關係,造成蘋果就如同被 Intel 限制發展的公司。

最後蘋果決定內部開始嘗試設計 ARM 架構晶片,在不影響到雙方合約情況下發展,畢竟短期之間蘋果有不少 Mac 電腦處理器還是需要透過 Intel 供應,發展也不可能突然追上或取代,所以蘋果從 2016 年開始就先嘗試替 MacBooks (Touch Bar) 推出首款 ARM 架構晶片「Apple T1」,嘗試讓自家晶片能逐步分擔 Intel 處理器工作。

將原本處理器該負責的功能,全部都轉由 T1 安全晶片處理器進行處理,如以下這些功能:

  • 風扇速度,電壓,安培數和熱傳感器回饋數據
  • FaceTime相機和麥克風I/O
  • PMIC(電源管理控制器)
  • 直接與NAND(固態存儲)通信
  • 與觸控欄直接通訊
  • TouchID 指紋辨識資料

最初 T1 晶片還不算是非常強大處理晶片,但是它至少已經可以處理電腦大部分工作,同時外部控制權也都已經轉移到 T1 晶片上,T1 是基於 32位元ARMv7處理器設計,同等於是 Apple Watch I中使用的 AP 核心,另外也基於 watchOS 的精簡系統,推出獨立 BridgeOS ,能夠讓 macOS 和 intel 處理器運作。

 

第二階段2018年至今:推出 Apple T2 安全晶片

在 2018 年開始,蘋果開始在 MacBook Pro 、iMac Pro 、Mac mini 系列 全部搭載另一顆更強大的 T8012處理器「Apple T2」,這顆處理器是根據 iPhone 7 上的 A10 仿生晶片進行打造,同時也提升 BridgeOS 到 2.0 ,帶來明顯的強大運算能力,除了負責原有 Apple T1 工作外,另外還多出:

  • 全音頻子系統
  • 支援嘿 Siri
  • Secure Enclave用於內部NAND存儲和加密/解密卸載
  • 管理整個系統的電源和啟動順序,允許進行受信任的啟動(確保啟動信任鏈,沒有惡意代碼/ rootkit / bootkit)

在 Apple T2 安全晶片下,Mac 電腦內部都已經開始利用 ARM 處理器在控制,同時還能夠替 Mac 帶來 iPhone 系統安全性等級,如果電腦出現問題也能夠藉由 ARM 控制紀錄進行除錯。

在 macOS 部分,在 2017 年被發現 Project Marzipan 項目,直到 2019 WWDC 上正式公開發表「Project Catalyst」讓開發者可將 iOS 或 iPadOS App 直接轉移至 macOS 上,現在 iOS 和iPadOS 應用程式也是全部使用 ARM指令集編譯,而macOS 應用程式針對x86_64進行編譯,主要邏輯是要橫跨ARM和x86_64之間橋樑,讓指令集統一,目前也可以透過編譯器產生 ARM / AMD64版本。

不過目前安全研究人員也從 T1 和 T2 晶片的 Boot ROM 代碼中發現安全漏洞「checkm8」,同樣也適用於舊款 iPhone 以及 Apple Watch ,這些漏洞同時也存在於蘋果電腦 Mac 上,無法利用遠端攻擊,只能透過郵件協議來實現漏洞。

預計在 WWDC 2020 大會上將有可能會推出的 12吋 MacBook,其中裡面就會搭載一顆全新 ARM 處理器。

 

第三階段2021~2023

至少會有一款全新 ARM 架構處理器,能夠用來驅動第一個 MacBook 筆電,傳言會是已經消失的 12 吋 MacBook 將會死而復生。

新款 12 吋 MacBook 也將會是第一台沒有採用 Intel 處理器產品,蘋果預計也會先在這台設備上參考用戶經驗,隨後在 iMac、16吋 MacBook Pro 、iMac Pro 和 Mac Pro 才會逐一替換。

 

第四階段 最終目標

最終來到全新世界 ARM 架構最終目標,所有 Mac 電腦都已經全面改為 ARM 架構,這也是蘋果產品未來走向,市場也會有更多垂直整合,全世界也將會有更多公司採用矽晶片開發與帶來更多需求。

至於蘋果到時候還會不會考慮繼續採用 AMD 的 GPU 顯卡?目前在 A11 系列仿生晶片上就已經有強大內部 GPU 晶片,相信未來蘋果都會全改為自行研發。

 

總結

也許有人會認為為何不直接改用 AMD 處理器就好呢?相信蘋果也曾考慮過這方案,但是為了後續發展,甚至是未來 Mac Pro 改版或許也是有可能會選擇 AMD 處理器取代。

不過選擇 AMD 取代 Intel 處理器,同樣也會面臨 x86-64 架構老舊問題,這同等於是在一個迴圈內打轉,並沒有解決蘋果當前遇到的問題,為何蘋果還要替 macOS 花費大量人力與成本替 AMD 重新設計和重新優化系統呢?所以蘋果不得不直接跳出來研發自家的 ARM 晶片,對於未來發展才能夠全面掌控,而非是要被其他家廠商給綁住。

 

延伸閱讀

 

參考來源:reddit

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