苹果换芯史：从 Apple II到M1芯片 苹果自研芯片时代到来

Mac 走入了一个新的纪元。

今天凌晨，苹果发布了第一款用于 Mac 的自研 ARM 架构 CPU，M1。同时发布的还有三款搭载 M1 芯片的新电脑：MacBook Air、MacBook Pro、和 Mac mini。

5 个月前的 WWDC 上，苹果宣布 Mac 未来将不再使用 X86 架构的英特尔处理器，转而使用苹果自研的 ARM 架构芯片。在苹果 34 年造电脑的历史里，这样的转换发生过三次。每一次转换，紧随其后的都是一场计算机革命。

30 年后，苹果不再满足于其他厂商设计的芯片，开始自己为 Mac 打造 CPU。过去十几年苹果自研芯片的技术积累，终于在 Mac 上开花结果。

从 Apple II 到 Macintosh：性能飞跃

苹果的诞生，和一款芯片的推出密不可分。

这款芯片脱胎于 1971 年摩托罗拉公司开发的 6800 芯片。当时还没有「个人计算机」的概念，摩托罗拉希望把 6800 芯片放进面向企业的大型计算机中。所以摩托罗拉非常注重这款芯片的全面性，在内部集成了包括 ROM、RAM、各种接口，希望惠普等计算机制造商能够更方便地利用 6800 设计电脑。

但 6800 太贵了，大部分客户都望而却步。而且，当时负责设计 6800 的团队发现，大部分用户对芯片性能、指令集的需求，只相当于 6800 的一小部分。所以整个产品团队开始尝试对芯片进行精简，缩小尺寸、改进功能，以及最重要的，降低成本。

1975 年，MOS Technology 6502 处理器问世。它的价格只相当于 6800 的六分之一，远低于当时英特尔的竞品。这款芯片因为极高的「性价比」，被用于各种知名产品，包括雅达利 2600 游戏机、任天堂红白机，最终引爆了 80 年代的家用计算机革命。

苹果成为了这场革命的「排头兵」。1976 年，史蒂夫 · 沃兹尼亚克和乔布斯一起，基于 6502 这颗芯片开发了 Apple I，一年之后，他们又推出了经过改进的 Apple II，同样搭载这颗 6502。

Apple II 成为了历史上第一款大获成功的「个人电脑」，这很大程度上要归功于 6502 相对较低的价格。Apple II 的后续改款产品一直卖到 90 年代，采用的芯片也一直都是 6502 的衍生产品。

Apple II 是历史上第一款取得广泛成功的个人电脑，图中展示的是其后续改款 Apple II plus|Wikipedia

如果说 6502 开启了「个人电脑」时代，苹果的第一次芯片架构转换，则开启了「图形界面」的时代。

1984 年，苹果推出了 Macintosh 电脑。这是苹果第一款搭载图形界面，并配备鼠标的个人电脑。它开创了很多历史，搭载了第一版的 macOS(当时叫 System 1.0)，和文件管理应用「访达」(Finder)。

Macintosh 电脑|Apple

一切同样要归功于 Macintosh 所搭载的芯片，Motorola 68000。它是历史上最早一批使用 32 位指令集的处理器之一。相比 Apple II 上 6502 的 8 位，改变可不是翻四倍那么简单。位元提升四倍，意味着处理器一次能处理的最大数，从 2 的 8 次方变成了 32 次方。

芯片的性能的指数增长，使「图形界面」成为了可能。尽管初代 Macintosh 因为成本居高不下等各种原因，并没有取得成功，但它打开了未来的大门。直到今天，macOS 里仍然沿用着很多初代 Macintosh 的设计。

70、80 年代芯片性能的突飞猛进，让苹果的很多产品构想，变成了现实。

PowerPC 和英特尔：效率提升

进入 90 年代，苹果开始走入低谷。

采用 68000 系的 Macintosh 虽然开创了个人电脑采用图形界面的先河，但由于成本居高不下，加上性能落后，没能成为个人电脑领域的主流。IBM 68000 系列芯片相比同时期英特尔的 80386 CPU 大幅落后，逐渐成为 Macintosh 向前发展的障碍。

1994 年，正值 Macintosh 诞生十周年之际，苹果决定转向，下一站，PowerPC。

PowerPC 诞生于 1991 年，这一次，苹果直接参与了它的创立。PowerPC 架构由苹果、IBM 和摩托罗拉三家参与创立，最早的目的是缩减指令集，以提升芯片效率，降低成本。

PowerPC 架构 CPU 因为精简的结构和指令集，使它拥有极佳的能效比。PowerPC 架构芯片后来被用在多款游戏主机上，包括任天堂的 GameCube 和 Wii、索尼 PS3 以及微软的 Xbox 360。

1994 年发布的 Power Macintosh 是第一台搭载 PowerPC 处理器的苹果电脑，它追赶上了此前几年里，苹果电脑在性能上和英特尔的差距，一经推出就备受欢迎。仅一年后，PowerMac 就几乎完全取代了此前的老 Macintosh。

早期的 PowerBook 笔记本|Apple

之后，苹果基于 PowerPC 处理器推出了一系列产品，包括多款 PowerBook 笔记本。尽管这些苹果电脑在技术和商业上都获得了一定成功，但整个个人电脑市场却在迅速「下沉」。越来越多的电脑制造商开始推出价格极低的电脑产品，加上当时微软刚刚推出了 Windows 95，极大增强了兼容机的软件功能，缩小了与 Mac 之间的体验差距。

再次陷入困局的苹果，召回了乔布斯。1996 年，乔布斯回归苹果，回归后不久，他就将 Jony Ive 提拔为设计部门的领导。两人在 PowerPC 芯片的基础上，开发了一系列具有划时代意义的 Mac 产品：包括 iMac G3、PowerBook G4 和 PowerMac G5。

多彩机身的 iMac G3 被视为苹果第一款「强调工业设计」的硬件产品，帮助苹果扭亏为盈。PowerBook G4 则第一次在笔记本电脑上采用了金属机身，视觉上已经与今天的 MacBook 有很多相似之处。至于 PowerMac G5，则确立了苹果做高性能电脑的思路，今天的 Mac Pro，很大程度上就是脱胎于 PowerMac G5。

iMac G3 成为乔布斯重新主导苹果产品设计的一个标志|Apple

出于对「能效比」的考量，苹果选择了 PowerPC，也是因为同样的原因，苹果抛弃了 PowerPC，它的功耗太高了。进入 21 世纪，乔布斯认为计算设备进化的趋势在于「轻量化」。PowerPC 架构最新的 G5 CPU 太热，笔记本电脑无法驾驭。而同时期的英特尔奔腾芯片，可以搭载更多核心，能效比更高，可以满足 MacBook 的需要。

2005 年的 WWDC 上，乔布斯宣布停止使用 PowerPC 芯片，转而使用英特尔的 X86 架构 CPU。

转变的过程并不轻松。2005 年，苹果的用户和开发者技术已经比 80 年代、90 年代扩大了太多倍，如何协调好转变的过程就至关重要。所以苹果推出了一个模拟器系统「罗赛塔」(Rosetta)，用于模拟运行 PowerPC 架构下的软件。

过程虽然艰难，但苹果很快收获了它想要的结果。正式转向英特尔芯片两年后，2008 年，乔布斯从一个信封里抽出了那台令世界为之震惊的 MacBook Air，将笔记本电脑的轻薄性带入了新的纪元。此后数年里，MacBook 一直是「轻薄」和「长续航」的代名词。

将轻薄带向极致的 MacBook|Apple

2015 年，苹果发布了一款极致轻薄，采用无风扇设计的「the new MacBook」。它采用英特尔的酷睿 M 处理器，是苹果推出过最轻薄、便携的电脑产品。但因为散热、续航表现不佳，the new MacBook 在推出三代后就不再更新，并于 2019 年 7 月下架。

不少人认为，the new MacBook 在轻量化道路上探索受阻，是苹果最终决定抛弃英特尔，转而自研芯片的关键原因。

自研芯片时代

在追求「高性能，低功耗」的道路上，苹果完成了一次又一次跨越。最后，它决定「自己动手，丰衣足食。」

基于 ARM 架构，5nm 制程工艺，M1 芯片几乎碾压了之前 Mac 上搭载的英特尔处理器。

搭载 M1 的 MacBook Air，采用了无风扇散热的设计。因为 M1 只需要四分之一的功耗，就能实现 PC 笔记本的峰值性能。相比前一代 MacBook Air 搭载的英特尔处理器，M1 的峰值性能提升了 3.5 倍。

在产品宣传片里，苹果强调这款产品非常「冷静」，运行起来几乎不烫。同时，更低的功耗也让新款 MacBook 的续航得到了大幅提升。

M1 芯片标志着一个新时代的开始|Apple

过去 10 几年，苹果将 iPhone 上的 A 系列芯片，做成了同代性能最好的移动处理器。所以当苹果开始为 Mac 打造芯片，除了性能和功耗的领先，苹果还能将它过去积累的诸多技术优势，整合进新的 Mac。M1 搭载了的神经引擎，让 Mac 也能拥有强大的机器学习性能。同时，M1 还能配合最新的 macOS Big Sur，提供更好的安全、加密功能。

以往苹果每一次切换芯片架构，紧接着而来的就是硬件设计的颠覆。切换芯片架构是一件非常麻烦、非常困难、代价非常大的事情，很少有哪个电脑厂商，会像苹果这样频繁切换。但苹果的每一次切换，都相当于一次「解封」，更强的芯片，能解放产品设计师的想象力，推动 Mac 朝着更远的地方进化。

在这场发布会的末尾，库克说：「我们对 2021 年充满期待，将会给用户带来更多惊喜体验。」

毕竟，这只是 Mac 自研芯片时代的第一天。

关键词： 苹果 M1芯片 自研芯片