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Mac向Apple芯片遷移

Mac向Apple芯片遷移是蘋果公司的一項為期兩年的架構遷移計劃。這一計劃將Mac電腦從英特爾的x86-64的處理器平台遷移至ARM64架構的Apple芯片，由蘋果自行設計的處理器。蘋果公司CEO蒂姆·庫克在2020年6月22日的蘋果全球開發者大會（WWDC）上宣布了這一計畫[1]。

這是蘋果第三次將Mac遷移到新的指令集上。[2]第一次是在1994年將Mac從摩托羅拉68000架構遷移至PowerPC平台，第二次是在2005年6月宣布的從PowerPC平台遷移至英特爾x86[3][4]。

蘋果第一次使用ARM架構處理器是在1993年的Apple Newton個人數碼助理中。在此之後，蘋果大量地在其他如iPhone、iPad、iPod和Apple Watch之類的產品中使用ARM架構。蘋果從2009年透過收購P.A. Semi，開始自行研發ARM芯片[5]。

背景

蘋果早期對ARM的使用

在1990年，Apple Newton個人數位助理使得蘋果成為了艾康電腦生產的ARM架構處理器的第一個大客戶。這個合作也促使了ARM項目被切割成為了一個單獨的公司：安謀控股，蘋果持股43%。[6][7]ARM的全稱也因此由「Acorn RISC Machine」（艾康精簡指令集機器）變為了「Advanced RISC Machines」（高級精簡指令集機器）。

從PowerPC遷移至英特爾

 
2006年第一代MacBook Pro。最早的使用英特爾x86處理器的Mac之一。
主條目：Mac向英特爾平台遷移

自從蘋果在2005到2006年間進行的蘋果向英特爾平台遷移計劃後，所有新發表的Mac電腦均採用了英特爾的x86架構處理器。史蒂夫·喬布斯在2005年的蘋果全球開發者大會的演講上表示英特爾處理器的能耗顯著低於IBM的PowerPC，並稱如果繼續採用PowerPC的話，蘋果將無法製造出其預期中的Mac來面對快速成長的市場對高性能工作站和高級筆記型電腦的需求：「在展望未來時，我們想製造許多令人驚嘆的產品……但是我們不知道該如何用PowerPC來製造它們。」[8][9]截至2006年6月，蘋果僅有高端桌上型電腦和伺服器還在使用PowerPC處理器。[10]硬件遷移結束的標誌是2006年8月發布且在該年年底發貨的基於英特爾處理器的Mac Pro和Xserve [11][12]。

蘋果在硬件遷移結束後的第三年，也即2009年8月發布的Mac OS 10.6 "Snow Leopard"[13]里結束了對PowerPC硬件的支持 [14]。而使用Rosetta翻譯執行PowerPC程序的支持也在5年後的2011年7月發布的Mac OS X 10.7 "Lion"[15][16]中被放棄，宣告了整個遷移的結束。

自研芯片的研發

 
Apple A12X處理器
 
Apple A12Z處理器

2009年，蘋果以2.78億美元收購了半導體公司P.A. Semi[17]。當時分析稱蘋果收購P.A. Semi是為了其所持知識產權和工程師人力資源[18]。蘋果CEO史蒂夫·喬布斯稱P.A. Semi將會為iPod和iPhone研發SoC[5]。此後，蘋果發布了一系列配備自研處理器的產品。

自2011年起就有關於蘋果將Mac遷移到自研ARM處理器的傳聞。當時，SemiAccurate預測這一遷移將會發生在2013年年中 [19]。2014年，MacRumors稱蘋果正在測試一台擁有更大的妙控板的基於ARM的Mac [20]。2018年，彭博社稱蘋果正在計劃從2020年開始在Mac中使用其自研的ARM架構處理器 [21]。

近年來，媒體報道中多次記載了蘋果對英特爾研發速度和品質的疑惑和不滿 [22]。蘋果在2017年的iPhone中因為英特爾的基帶芯片而遇到問題並導致預期生產時間節點的延誤[23]。與此同時，一份2018年的報告指出英特爾芯片的問題導致了蘋果對MacBook的重新設計 [24]。2019年，蘋果指責英特爾芯片庫存的短缺導致了Mac銷量的下降 [25]。

到2020年，有報道指出在2018款iPad Pro中使用的Apple A12X Bionic處理器已經能夠在性能上和在MacBook Pro中使用的英特爾Core i7處理器打平 [26]。

在2020年蘋果全球開發者大會前數月，多家媒體稱蘋果將會在此次活動中官方宣布遷移至自研芯片 [27][28]。

遷移至Apple芯片

蘋果在2020年6月的蘋果全球開發者大會中的一系列講座中宣布了其將Mac遷移至Apple芯片的計劃 [29]。整個遷移將持續「大約兩年」，且第一台基於ARM的Mac將會在2020年年底前發布[30][1] 類似的話在2005年到2006年蘋果向英特爾平台遷移的過程中出現過，但那次遷移僅花了一年半 [26]。

所有macOS Big Sur中的自帶應用均將同時支持x86-64與ARM架構。其他應用（包括知名的Adobe Photoshop、Final Cut Pro和Microsoft Word）則將類似地支持兩個平台 [30]。

為了使x86原生應用也可以在基於ARM的Mac上運行，蘋果將Rosetta 2這一動態二進制翻譯軟件無縫嵌入了macOS Big Sur使得用戶可以在無感知的情況下執行x86原生應用 [26][1]。而通用二進制2則可以令開發者同時支持x86-64和ARM64 [31][1]。

為了方便為ARM架構的Mac開發軟件，蘋果向開發者借出一台基於ARM的原型Mac——Developer Transition Kit來做測試。這一原型Mac採用了經過大規模修改的iPad Pro硬件，並且被安放在了一個Mac mini的外盒中 [1][26]。

前英特爾的主任工程師François Piednoël公開發表個人觀點稱英特爾近三年來在Skylake架構處理器中「異常糟糕」的品控導致蘋果成為了「報告Skylake問題最多的組織」，這也成為了蘋果從英特爾平台遷移走的導火線之一。英特爾的首席技術官Mike Mayberry則反駁稱這種品控問題在任何CPU廠商中都可能大規模出現 [32]。

性能

在宣布遷移後不久的一次採訪中，蘋果的軟件工程高級副總裁克雷格·費德里吉（Craig Federighi）高度讚揚了Developer Transition Kit（DTK）這一原型機的性能，稱：「即使是對於DTK這樣一台用着我們永遠都不會放到Mac里的芯片的機器，一台僅僅是為了遷移而存在的機器，macOS都能在其上順暢地運行。雖然這台機器根本不能作為評判未來的Mac的標準……但是你可以從中明白我們的芯片團隊在根本沒有努力的情況下能做到什麼樣子。而在未來的Mac的設計里他們會將會努力。」[33][34]

影響

蘋果公司

這次遷移將會使得蘋果公司得以降低成本，因為它不再需要購買其他公司生產的昂貴CPU [2]。

英特爾和AMD

有消息指出這將在短期內對英特爾帶來中等程度的負面影響，理由是蘋果占據英特爾年收入的2%到4% [35]，且其Mac電腦在全球市場僅占7% [36]。同時由於這次遷移也同時標誌著蘋果放棄AMD Redeon顯卡，這也會對AMD造成短期負面影響。而在長期上，有猜測認為這次遷移將使得其他PC製造商重新考慮其對英特爾Core和AMD Ryzen所使用的x86架構的依賴，因為Mac經常在個人電腦行業裡帶領轉變[37][38]。

開發者

因為iOS平台的應用將可以在ARM架構的Mac上運行，蘋果希望就此整合其軟件和硬件使得開發者開發的應用能夠在整個蘋果平台上運行 [39]。

用戶

由於Apple芯片相較於英特爾處理器功耗更低，這次遷移可能帶來更纖薄輕巧的Mac筆記本 [37]。

iOS平台上的應用將可以在ARM架構的Mac上運行，這使得Mac平台的軟件變得更加豐富 [39]。

然而遷移到蘋果專有的芯片上將會顯著打擊甚至完全阻止在普通PC硬件上運行macOS的行為（這一行為違背macOS的軟件協議，即俗稱的Hackintosh「黑蘋果」玩家行為） [40][41]。

蘋果用於在英特爾平台的Mac上啟動Microsoft Windows的雙啟動引導軟件啟動轉換也將不會出現在基於Apple芯片的Mac上。2020年6月，蘋果聲稱其無意在基於Apple芯片的Mac上「支持直接啟動到Windows」。蘋果的高級軟件工程副總裁克雷格·費德里吉稱虛擬化是一個替代方案：「完全虛擬化將會是一條出路……虛擬化軟件效率可以很高，因此無法直接啟動到Windows其實不是什麼大問題。」[42][43] 微軟沒有評價是否會針對基於ARM的Windows提供除OEM預裝以外的授權 [42]。而依靠微軟的Windows on Arm項目，不少個人電腦用戶已經成功將Windows虛擬化到Arm架構的M1 MacBook上，通過Windows on Arm的中介以運行Windows x86架構的軟件[44]。2021年4月，虛擬化軟體Parallels Desktop推出16.5版本，正式支援在M1處理器的Mac上運行Windows on Arm以及許多熱門的Linux軟體[45]。

遷移過程

2020

2020年11月10日，蘋果發表了首款針對Mac所設計的處理器M1，一款基於ARM架構的系統單晶片，採用台灣積體電路製造公司的5奈米製程。首批搭載該晶片的新款Mac機型有三：MacBook Air、Mac Mini及13吋MacBook Pro。這些新機型在外型上均與前代產品沒有差異，唯以新處理器帶來的效能提升與能耗降低為銷售特點[46]。

2021

2021年4月20日，搭載了M1晶片的新款24吋iMac發表。該機型經過重新設計，具有新的彩色外觀，且最大厚度較前代機型大幅縮減[47]。此外，蘋果也同時發表了新款11吋與12.9吋iPad Pro，同樣將M1晶片放入其中，並在12.9吋機型上採用mini-LED螢幕[48]。

2021年10月18日，蘋果發表M1晶片系列的下款成員，M1 Pro以及M1 Max，這是首款面向專業人士需求設計的Mac晶片。與M1相比，兩款晶片具有增大的面積、更多的電晶體數、更大的記憶體頻寬以及更多的CPU、GPU核心，並具有ProRes格式專用的編碼與解碼引擎，與之相對地，其功耗也較M1大[49]。同日發表的14吋及16吋MacBook Pro是首款搭載這兩張晶片的Mac，具有新設計的外觀、mini-LED的高更新率螢幕以及較多的連接埠[50]。在新款產品發布後，蘋果官方網站隨即停止販售所有搭載Intel處理器的MacBook Pro[51]。

2022

2022年3月8日，蘋果發表了M1晶片系列的最後一個成員：M1 Ultra。該晶片由兩片M1 Max連接而成，在核心數、記憶體大小上均可達M1 Max的兩倍，是M1系列的最高階版本。由於採用UltraFusion技術，連結的兩片裸晶之間能以低功率維持每秒2.5太位元組的高頻寬，且在運作時能被軟體視為單一晶片，開發人員不需特別調整程式即可充分利用其性能[52][53]。同日發表的Mac Studio是第一款搭載M1 Ultra的Mac，同時也可選擇M1 Max的版本。Mac Studio是蘋果新推出的桌上型電腦系列，需搭配外接的顯示器、鍵盤、輸入裝置使用，其設計如同高度增加的Mac mini，多數增加的空間都由散熱系統佔據[54]。

2022年6月6日，蘋果在WWDC開發者大會上發表了M2晶片，作為M1晶片的繼任者。相較於M1，M2晶片採用新一代的台積電5奈米製程，擁有更多的電晶體數，更大的記憶體頻寬，並加入了ProRes格式的編碼與解碼引擎[55]。第一款搭載M2晶片的Mac是同樣於當日發表的新一代MacBook Air，其外形經過重新設計，具有類似2021年MacBook Pro的外型，但沒有放入散熱風扇。與前代相比，其最大厚度縮減，揚聲器與視訊鏡頭品質均有所提升[56]。

2023

2023年1月，蘋果公佈了基於M2及M2 Pro的Mac Mini，並終止銷售之前基於Intel i5/i7的型號，至此，尚未遷移至Apple芯片的Mac產品線只剩下Mac Pro。[57]

2023年6月5日，蘋果在2023 WWDC開發者大會主題演講中宣布了基於M2 Ultra芯片的Apple Silicon Mac Pro。Intel Mac Pro停產，用三年時間完成了向Apple 芯片的「兩年過渡」。[58][59]

評價

作為如同2005年蘋果向英特爾平台遷移的遷移項目，本次遷移在受到褒獎的同時也被質疑會觸發消費者延遲或取消購買蘋果電腦產品（英文裡稱為「歐思邦效應（英語：Osborne effect）」）[60][61][62]。Wired表達了對蘋果設計師能否把一個手機處理器的性能提升到Mac Pro級別的質疑，並且質疑蘋果含混不清地說會在ARM架構的Mac上支持英特爾x86原生應用「很多年」到底是多久。[63][1]

而在正面評價中，Lauren Giret讚揚了蘋果可能因為其軟硬件的緊密結合和大量能在新平台運行的軟件而「在微軟失敗的領域取得成功」 [64]。

爭議

SSD讀寫次數異常

M2機型SSD性能

參見

參考來源

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