WWDC 将至,苹果 Mac 和移动 ARM 芯片 5 年路线预测

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2020 至 2025 苹果 Mac 和移动 ARM 芯片路线预测.png

技术编辑:芒果果丨发自 思否编辑部
SegmentFault 思否报道丨公众号:SegmentFault

在过去的十年中,苹果计算机已经从小众市场发展到主流市场,这很大程度上要归功于越来越多的 Mac 笔记本电脑和 iPad 平板电脑成为越来越受欢迎的 iPhone 附属产品。

曾经只使用 Windows PC 的《财富》500 强企业现在要么购买,要么允许员工自备苹果电脑。尽管苹果在 PC 市场所占的份额并不大,但其已成为行业巨头。

就在本月 2020 年全球开发者大会召开之前,苹果已经成为了全球首家市值超过 1.5 万亿美元的美国公司,其部件更换可能会扰乱主要供应商ーー包括长期供应 Mac CPU 的英特尔。

搭载 ARM 芯片的 Mac 即将问世

近日,外媒报道了苹果计划在 Mac 电脑上使用自己的芯片来代替英特尔芯片的计划,据称将在 6 月 22 日举办的 WWDC 开发者大会上宣布这个消息。

两年多来,苹果从英特尔的处理器过渡到 mac 处理器的意图已经得到了充分的证明,而公开的原因——对芯片性能和制造过程的改进的不满——随着时间的推移变得越来越明显。

Macbook、 iMac 和 Mac minis 在英特尔芯片上的速度同比只有小幅提升,而高端的 Mac Pro 和 Mac Pro 台式机则难以找到下一代英特尔 CPU 来采用。 与此同时,苹果最新的基于 ARM 的 iPhone 和 iPad 在性能上大大领先于竞争对手,因此,搭载 ARM 芯片的 Mac 电脑即将问世也就不足为奇了。

苹果的芯片开发野心

苹果成功的关键之一是其内部芯片开发部门拥有推动整个行业向前发展的必要资金。 另一个关键因素是其与台积电(TSMC)的紧密合作。

台积电是中国台湾芯片制造公司,投入了数十亿美元研发和制造设备,以使芯片缩小到低于先前的限制。台积电目前是全球仅有的两家积极推进 2 纳米制造工艺的公司之一,而韩国三星尚未透露其计划。 英特尔在制造如此小的芯片方面远远落后于其他公司,因为英特尔一直在努力将 10 纳米芯片商业化。

芯片研发企业之所以非常关心将可能的最小的芯片制造技术商业化是有原因的。较小的纳米数使更多的晶体管可以放入给定的芯片尺寸内,从而导致以下芯片变得更小且功能相同:(b)在相同尺寸下功能更强大;或(c)同时更小且功能更强大。在其他条件相同的情况下,与其他相同配置的 10 纳米芯片相比,一块 2 纳米芯片将消耗更少的功率,运行更低的温度并需要更少的空间,可能使每个系数减少五分之四。

这些改变将使笔记本电脑级别的芯片能够在五年后安装到常规尺寸的眼镜框架中。实际上,是有一个路线图可以实现这个目标的。

台积电的时间表和苹果承诺率先将每种新芯片工艺商业化的承诺使人们对未来五年 Mac、iPhone 和 iPad 处理器的发展方向有了一定的了解。

两家公司已经发布了可预测的节奏,它们一起发布了 16 纳米 A10(2016),10 纳米 A11(2017),7 纳米 A12(2018)和 7 纳米 A13(2019)。到今年年底,台积电和苹果将在商业上发布首批 5 纳米芯片,几乎可以肯定以“ A14”为名。台积电已承诺在 2022 年推出首款 3 纳米芯片(很可能是 A16) ,并正积极开发一种 2 纳米工艺,预计在 2024 年或 2025 年推出。

然而,重要的是要明白,苹果的芯片开发野心并不局限于单一类型的处理器。 目前已经有三种类型的苹果 CPU,这个数字很快会增加到四到五种,以支持 Mac 从英特尔转型,然后再增加到支持未来的苹果智能眼镜。

类别如下:

A系列:标准的 A 系列新品通常用于 iPhone 中,偶尔也用于其他苹果设备,如 iPad、iPod touch、HomePod 和Apple TV。 它们从最初的时候就已经被平衡,以实现节能的性能。

苹果 A 系列芯片.png

A 系列 X / Z:A5X、 A6X、 A8X、 A9X、 A10X、 A12X 和 A12Z 最初是为 iPad 开发的,但偶尔也用于 Apple TV。它们经过平衡,可以为标准A系列芯片提供强大的功能,同时还可以消耗更多的能源并占用更多的物理空间。在所有这些高性能 iPad 芯片上,“ X”后缀一直保持一致,直到 2020  iPad Pro 发行时才改为“ Z”后缀。

苹果 A 系列芯片.png

S 系列: S1 到 S5 芯片系统驱动苹果手表系列智能手表。每个模块的中心都是旧版 A 系列芯片的简化版本,旨在占据更小的空间和更低的功耗。但是,CPU 不一定使用最新的台积电制造工艺,因为苹果和台积电似乎已经将每个新工艺的初始生产能力保留给 iPhone 或 iPad 芯片。例如,当 iPhone使用 14 纳米和 16 纳米芯片时,2015 年份的 S1 使用 28 纳米的制造工艺。但是,每个后续的 S 系列芯片所使用的过程仍然模棱两可。

Apple Watch S4芯片.png

Mac 芯片:尽管并非不可能,但苹果不太可能仅在 Mac 中重用现有的 iPhone 或 iPad 芯片。据报道,该公司正在开发具有12个CPU内核的5纳米Mac芯片,并计划将来提供具有12个以上内核的芯片。这意味着可能会有两款专门针对 Mac 的 ARM 处理器,一款面向笔记本电脑和笔记本级 Mac,另一款面向类似 iMac Pro 和 Mac Pro 的超高性能台式机 Mac。苹果是否为这些 Mac ARM 处理器使用 X 系列,Z 系列或其他某种品牌的商标仍待观察。

在每一种情况下,苹果都会瞄准平台优化的性能和能力之间的平衡。 该设备的电池越小,苹果公司缩小或减少这一形式因素的野心越大,芯片将提供更少的原始马力。 相反,在电池寿命和芯片大小不是主要考虑因素的情况下(例如在台式机 Mac 上)),芯片可以大显身手,消耗尽可能多的能量来完成任务,只受制于冷却和桌面形式因素。 由于苹果公司积极的每瓦性能能源优化设计,这两个问题都不会将公司的 ARM 芯片限制到英特尔台式机和笔记本电脑 CPU 所束缚的程度。

未来五年芯片研发预测

由于工程问题和大流行病的考虑,一切都可能会发生变化,苹果未来五年内芯片大致预期如下:

2020 年: 一个用于 iPhone 的 5 纳米 A14,一个用于Apple Watch 的 S6,可能还有一个用于 iPad 的 5 纳米 A14X (更有可能是2021年)。 除非苹果计划在 Mac 上使用 A14X,否则它将在 2021 年商业版发布之前,向开发者预览一款单独的入门级 Mac 笔记本芯片。

2021年:适用于 iPhone 的 5 纳米 A15,适用于 Apple Watch 的 S7,最可能适用于 iPad 的 A14X / A15X,以及几乎可以肯定的商业版本的 Mac 笔记本电脑(例如,“ X1”)和台式机(“ Z1”)芯片。

2022年:适用于 iPhone 的 3 纳米 A16,适用于 Apple Watch 的 S8,可能适用于 iPad 的 A16X,第二代 Mac 笔记本电脑和台式机芯片,以及可能适用于苹果开发的 5 纳米或 3 纳米智能眼镜芯片。

2023年:适用于 iPhone 的 3 纳米 A17,适用于 Apple Watch 的 S9,可能适用于 iPad 的 A17X,第三代 Mac 笔记本电脑和台式机芯片以及 5 纳米或 3 纳米的智能眼镜芯片。

2024/2025:适用于 iPhone 的 2 纳米 A18,适用于 Apple Watch 的 S10,适用于 iPad 的 A17X / A18X,第四代 Mac笔记本电脑和台式机芯片,以及第二代 3 纳米智能眼镜芯片。

未来五年有很多东西值得期待

我们不可能知道每个芯片的具体年度性能增长情况,其中大部分还远未最终确定。但苹果过去的业绩记录提供了一些普遍的预期。 除了每年或每两年根据纳米制造规模的大幅下降以及随后对同一纳米工艺的改进而对电池寿命进行小幅度改进外,可以假设某些任务的单核性能每年提高 15%  至 30% ,多核性能的提升幅度从 40%  至 200%  不等,这取决于苹果某一年的整体产品优先级。

目前有两个关键领域可能会在未来五年的不同时期对多个苹果芯片造成影响。

首先,苹果计划将自行设计的 5G 调制解调器整合到部分芯片中,去年还以 10 亿美元的价格收购了英特尔的智能手机调制解调器部门。 除了努力在 CPU 领域遥遥领先于英特尔之外,它还将与高通竞争,后者生产笔记本电脑、智能手机、智能手表和 XR 耳机芯片。 除了推出自己的 5G 服务之外,高通还专注于提升处理器的 GPU、摄像头支持功能以及更广泛的人工智能功能,这些都是苹果不想落后的。

换句话说,未来五年有很多东西值得期待——一系列更快、更节能的苹果 ARM 芯片,遍布更广泛的设备和用例。期望在本月 WWDC 上获得有关 Mac ARM 计划的更多具体细节,然后是到今年年底在 iPhone 12 型号中推出的首批 5 纳米芯片。

扩展阅读:《取代 x86!Mac 电脑将启用苹果自研 ARM 芯片

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