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【評論】Apple 為什麼要把 Mac 換成 Arm 架構?

蘋果在今年首度以線上形式舉辦的年度開發者大會WWDC 2020宣布,最快在今年底將原本採用Intel處理器設計的Mac系列機種,全數更換為以Arm架構打造的Apple Silicon處理器,蘋果圖的是什麼?

最大終極目標:讓旗下產品有更高自主性、一致性

從iPhone機種發展歷程來看,蘋果從初期採用三星提供處理器,到後來收購P.A Semi團隊擴展自行研發處理器能力,並且在iPhone 4開始採用第一款自製處理器A4,甚至在2017年推出的iPhone 8系列、iPhone X所採用A11 Bionic,正式導入自主設計的GPU,不再使用過去長期合作的Imagination Technologies旗下PowerVR GPU,讓蘋果在處理器設計有更大自主性,同時也與iOS作業系統有更高整合性。

在處理器設計有更大自主性,意味蘋果在處理器設計將能依照產品規劃打造更合適規格,並且與作業系統有更高整合與相容性,意味在執行效能與電力損耗控制效率可以有更好表現,不會為了考量他人提供硬體規格遷就軟體設計,導致影響產品整體運作表現。

另一方面,在軟硬體整合有更高自主性,意味蘋果更容易掌握軟體及硬體之間漏洞問題,而不會因為他人提供產品出現問題,造成旗下產品漏洞問題難以修復。

當然,從現有Intel處理器採用的x86架構設計,移轉到Arm架構設計,帶來的好處還包含更加節電效率,以及能將iPhone、iPad等裝置使用體驗移轉,同時也能讓iOS平台app更無縫地與macOS平台app連動,對於蘋果近年持續推動跨裝置間使用體驗,將能帶來更大推力。

同時更大的好處,則是讓新款Mac裝置可以變得更加輕薄、容易攜帶,甚至也能對應更長使用時間,甚至可以導入原本在iPhone上的使用體驗,例如常時連網、更豐富的app內容等。

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換成Arm架構會有問題嗎?

雖然蘋果在過往推出的A系列處理器,經常把效能比做高效能款PC,甚至也標榜iPhone目前採用處理器所對應遊戲執行效能,已經遠超過家用電玩主機,但這樣的說法依然引來不少質疑。

實際上,以Arm架構近年來的發展,確實在CPU效能運算有明顯提昇,甚至也開始導入人工智慧技術應用,結合CPU、GPU及DSP等運算資源產生更高指令執行效率,甚至諸如華為、Qualcomm、三星,以及蘋果也開始在處理器設計導入獨立運算元件,藉此協助執行特定運算需求,並且讓處理器能保留更大運算效能。

例如,在拍照時候透過人工智慧運算模式識別拍攝場景,並且透過處理器效能完成拍攝時的圖像運算,並且在後續交由協同處理器完成編碼壓縮等處理流程,如此即可加快整個拍攝效率,讓使用者能更快接續拍攝下一張影像。


雖然Intel目前也開始在處理器內採用DL Boost技術,讓處理器也能對應人工智慧運算,但相較更早布局此應用的Arm架構處理器,顯然腳步稍微慢了一些。

加上目前有更多運算應用是從手機等裝置移轉到PC,因此當蘋果決定在Mac系列裝置換上Arm架構,加上先前布局已久Catalyst項目,更讓開發者能輕易地將原本在iOS平台app移轉到macOS平台,因此在整體整合性、相容度會比使用Intel處理器更高。

此外,蘋果在今年WWDC 2020也宣布釋出新版Rosetta 2轉譯工具,使開發者能輕易將原本針對x86架構設計app轉換為相容Arm架構版本,同時也提供新版Universal 2開發工具,讓開發者能同時編譯對應x86架構與Arm架構版本的app內容,藉此協助開發者設計內容能無縫從既有x86架構過渡至Arm架構。


而解決軟體相容與可使用數量問題,顯然就只剩下效能是否符合需求,以及能否應用在輕薄機身內的問題。

從效能層面來看,包含NVIDIA打造的車用超級電腦處理器,以及Ampere打造的伺服器處理器,都是採用Arm架構設計,因此在效能表現方面顯然不是太大問題,但能否放進更符合市場預期的輕薄機身設計,可能會是較大挑戰。

但以Mac裝置產品定位來看,蘋果並非需要打造超級電腦,因此以先前應用在新款iPad Pro的A12Z Bionic處理器效能表現,已經可以套用在Mac mini內作為開發平台工具,甚至也支援使用16GB記憶體情況來看,顯示蘋果以Arm架構打造處理器已經可以對應一般PC使用需求,同時記憶體定址能力也可能仿照Qualcomm與Arm合作打造的Snapdragon 8cx處理器,比擬x86架構處理器能以雙通道模式對應更快資料存取效率,同時也能讓Arm架構使用更高容量記憶體資源。

若再搭配蘋果自行研發GPU、NPU運算資源,顯然蘋果以Arm架構打造的Apple Silicon處理器,將能對應原本Mac裝置運算需求。

至於原本藉由Boot Camp或透過Parallels Desktop第三方軟體,在Mac裝置上建構Windows作業系統環境的使用需求,目前Parallels也確定將與蘋果深入合作,讓Arm架構Mac也能繼續使用Parallels Desktop,並且維持既有Windows作業系統使用體驗。

真的沒有問題嗎?

當然,事情顯然沒有絕對,相容問題也不見得能100%解決。

過去從IBM的PowerPC架構移轉到x86架構時,蘋果其實也以類似作法讓開發者將過往app移轉到新平台使用,但依然會有執行效率與相容表現問題,因此從x86架構移轉到Arm架構,預期也會有相同情況。

即便蘋果準備萬全準備,讓開發者能輕易從原先的x86架構移轉到Arm架構,甚至讓原本著重在iOS平台發展的開發者也能擴展macOS平台布局,但最終還是取決於開發者是否願意接受。

因此從Intel處理器移轉至Apple Silicon處理器的過程裡,預期會出現部分app無法相容執行情況,其中有可能就是開發者不再更新app,或是發現即使轉換後仍有相容使用問題。

但是藉由Catalyst項目持續推廣,預期會有更多原本僅在iOS平台提供使用的app,將會逐漸對應macOS平台使用,同時也將扭轉過往認為Mac裝置甚少有遊戲內容的刻板印象。

不過,扣除app內容相容使用問題,蘋果將Mac裝置改為Arm架構設計,其實還面臨本身參與推廣的Thunderbolt 4連接埠,以及近年來與AMD合作顯示卡是否能繼續相容。

在先前說法裡,蘋果表示將會繼續讓新款Mac支援Thunderbolt 4,同時先前以Intel提出設計規範也未特別限制Thunderbolt 4僅能用於Intel處理器,甚至後來也將Thunderbolt 4連接埠設計予以開源,意味將使更多裝置可以使用Thunderbolt 4連接埠,對應更高數據傳輸速率與高瓦數供電使用特性,因此未來有可能看見更多裝置都會導入Thunderbolt 4連接埠。

而在與AMD合作部分,目前不少看法認為蘋果日後將會全面採用自有GPU設計,進而結束與AMD合作關係,但從蘋果仍會有一段轉換過渡期來看,短時間內依然會維持與AMD合作。至於AMD未來是否會重新殺出生路繼續與蘋果合作,或許就要看本身與三星之間的合作發展而定。

競爭對手怎麼做?

雖然蘋果轉向使用Arm架構處理器很早就有風聲,但實際上微軟在2012年就已經推出採用Arm架構設計的Surface RT,當時更搭載對應Arm架構的Windows RT作業系統,只是最終因為支援軟體數量不足,最終默默退出市場。

不過,微軟在後續與Arm合作常時連網筆電產品,更進一步與Qualcomm打造可原生對應Windows 10作業系統與應用軟體,並且搭載Snapdragon 835處理器的筆電裝置,甚至後期更由Qualcomm推出導入支援記憶體雙通道架構的Snapdragon 8cx處理器,讓更多Arm架構筆電可以原生相容Windows 10環境,並且以模擬相容方式支援絕大多數的x86架構軟體。

但是相比蘋果的作法,微軟雖然獲得HP、Dell、華碩、三星、聯想等OEM業者支持,分別打造採用Qualcomm處理器與Windows 10作業系統的常時連網筆電,卻依然受限於軟體內容主要還是針對傳統筆電打造,因此即便筆電具備常時連網、長時間待機使用,以及更快速啟動與輕薄使用等特性,使用者依然傾向使用目前同樣對應輕薄、長時間使用,甚至價位更低的x86架構處理器筆電。

而類似情況,或許也會發生在蘋果身上,因此就看蘋果接下來如何在軟硬體整合,以及使用情境規劃做調整,否則換成Arm架構處理器的Mac裝置,或許只是換來更節電、更輕薄的設計優點。

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