Mac向苹果芯片迁移

**Mac 向 Apple Silicon 遷移**是蘋果公司的一項為期兩年的架構遷移計劃。這一計劃預期將 Mac 電腦從英特爾的 x86-64 的處理器平台遷移至 ARM64 架構的 Apple Silicon，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。

這是蘋果第三次將 Mac 遷移到新的指令集上。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。

蘋果第一次使用 ARM 架構處理器是在 1993 年的 Apple Newton 個人數位助理中。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 晶片。

## 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 專案被切割成為了一個單獨的公司：安謀控股，蘋果持股 43%。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」（進階精簡指令集機器）。

### 從 PowerPC 遷移至英特爾

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・賈伯斯在 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效能工作站和進階筆記型電腦的需求：「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。」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。硬體遷移結束的標誌是 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 。

蘋果在硬體遷移結束後的第三年，也即 2009 年 8 月發布的 Mac OS 10.6 "Snow Leopard" 里結束了對 PowerPC 硬體的支援 。而使用 Rosetta 翻譯執行 PowerPC 程式的支援也在 5 年後的 2011 年 7 月發布的 Mac OS X 10.7 "Lion" 中被放棄，宣告了整個遷移的結束。

### 自研晶片的研發

2009 年，蘋果以 2.78 億美元收購了半導體公司 P.A. Semi。當時分析稱蘋果收購 P.A. Semi 是為了其所持智慧財產權和工程師人力資源。蘋果 CEO 史蒂夫・賈伯斯稱 P.A. Semi 將會為 iPod 和 iPhone 研發 SoC。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 。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 。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 。

近年來，媒體報導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 。蘋果在 2017 年的 iPhone 中因為英特爾的基頻晶片而遇到問題並導致預期生產時間節點的延誤。與此同時，一份 2018 年的報告指出英特爾晶片的問題導致了蘋果對 MacBook 的重新設計 。2019 年，蘋果指責英特爾晶片庫存的短缺導致了 Mac 銷量的下降 。

到 2020 年，有報導指出在 2018 款 iPad Pro 中使用的 Apple A12X Bionic 處理器已經能夠在效能上和在 MacBook Pro 中使用的英特爾 Core i7 處理器打平 。

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晶片 。

## 遷移至 Apple Silicon

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 Silicon 的計劃 。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 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 。

所有 macOS Big Sur 中的內建應用均將同時支援 x86-64 與 ARM 架構。其他應用（包括知名的 Adobe Photoshop、Final Cut Pro 和 Microsoft Word）則將類似地支援兩個平台 。

為了使 x86 原生應用也可以在基於 ARM 的 Mac 上執行，蘋果將 Rosetta 2 這一動態二進位翻譯軟體無縫嵌入了 macOS Big Sur 使得使用者可以在無感知的情況下執行 x86 原生應用 。而通用二進位 2 則可以令開發者同時支援 x86-64 和 ARM64 。

為了方便為 ARM 架構的 Mac 開發軟體，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 硬體，並且被安放在了一個 Mac mini 的外盒中 。

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。英特爾的技術長 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 。

### 效能

在宣布遷移後不久的一次採訪中，蘋果的軟體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）這一原型機的效能，稱：「即使是對於 DTK 這樣一台用著我們永遠都不會放到 Mac 里的晶片的機器，一台僅僅是為了遷移而存在的機器，macOS 都能在其上順暢地執行。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晶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。」

## 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 。

### 英特爾

有訊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% 且其 Mac 電腦在全球市場僅占 7% 。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 x86 架構的依賴，因為 Mac 經常在個人電腦行業裡帶領轉變。

### AMD

由於這次遷移也同時標誌著蘋果放棄 AMD 和輝達等第三方顯示卡，這也會對 AMD 造成短期負面影響。

### 開發者

因為 iOS 平台的應用將可以在 ARM 架構的 Mac 上執行，蘋果希望就此整合其軟體和硬體使得開發者開發的應用能夠在整個蘋果平台上執行 。

### 使用者

由於 Apple Silicon 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 。

iOS 平台上的應用將可以在 ARM 架構的 Mac 上執行，這使得 Mac 平台的軟體變得更加豐富 。

然而遷移到蘋果專有的晶片上將會顯著打擊甚至完全阻止在普通 PC 硬體上執行 macOS 的行為（這一行為違背 macOS 的軟體協定，即俗稱的 Hackintosh「黑蘋果」玩家行為） 。

蘋果用於在英特爾平台的 Mac 上啟動 Microsoft Windows 的雙啟動引導軟體啟動切換也將不會出現在基於 Apple Silicon 的 Mac 上。2020 年 6 月，蘋果聲稱其無意在基於 Apple Silicon 的 Mac 上「支援直接啟動到 Windows」。蘋果的進階軟體工程副總裁克雷格・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…… 虛擬化軟體效率可以很高，因此無法直接啟動到 Windows 其實不是什麼大問題。」 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 。而依靠微軟的 Windows on Arm 專案，不少個人電腦使用者已經成功將 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 架構的軟體。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。

## 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。

### 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。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。

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。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。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。

### 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 兆位元組的高頻寬，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效能。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。

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。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。

### 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 Silicon 上的 Mac 產品線只剩下 Mac Pro。

## 評價

作為如同 2005 年蘋果向英特爾平台遷移的遷移專案，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」）。Wired 表達了對蘋果設計師能否把一個手機處理器的效能提升到 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 上支援英特爾 x86 原生應用「很多年」到底是多久。

而在正面評價中，Lauren Giret 讚揚了蘋果可能因為其軟硬體的緊密結合和大量能在新平台執行的軟體而「在微軟失敗的領域取得成功」 。

## 爭議

### SSD 讀寫次數異常

### M2 機型 SSD 效能

## 參見

* Mac 向英特爾平台遷移
* Apple Silicon
* Apple M1
* 胖二進位
* Asahi Linux：使 M 系列 CPU 之 Mac 可執行 Linux 的一項計劃

## 參考來源