蘋果發(fā)布了使用了ARM架構M1處理器的MacBook，其驚人的能效表現(xiàn)，以及深度和移動平臺融合的生態(tài)，給人留下了深刻的印象。M1處理器打破了很多人ARM性能羸弱的固有印象，而macOS和M1的契合度，更是令人驚嘆連連——M1這顆ARM處理器，通過macOS 11中Rosetta 2轉譯層運行X86軟件，很多時候竟然比Intel高端處理器原生運行X86軟件更快！

macOS 11兼容ARM芯片，從另一維度挑戰(zhàn)Windows

蘋果M1的出彩，是出乎很多人的意料的。特別是對比微軟在ARM領域的步履蹣跚，更凸顯出蘋果新產(chǎn)品的不可思議。要知道，微軟早在2012年，就推出了使用ARM處理器的Surface平板，并為之配備了轉制的Windows RT系統(tǒng)；最近，微軟更是力推使用驍龍ARM處理器的Surface Pro X平板，其上搭載的是兼容X86軟件的Windows 10 on ARM。

微軟早已經(jīng)涉足ARM領域，推出了基于ARM的Windows平板，但表現(xiàn)不盡如人意。

然而，微軟的ARM產(chǎn)品實際表現(xiàn)卻令人失望。初代Surface上的Windows RT無法兼容X86軟件，而Windows 10 on ARM則無法運行64位軟件，且使用X86軟件時性能極其低下。和M1以及macOS 11相比，表現(xiàn)有云泥之別。

微軟借助Wintel聯(lián)盟，統(tǒng)治了桌面市場三十年。蘋果macOS憑借M1這顆表現(xiàn)驚人的ARM芯片，能否挑戰(zhàn)Windows？今天一起來談談這個話題吧。

M1芯片為何能有如此高性能？

Windows的成功，和X86處理器在性能上的強勢是密不可分的。業(yè)界有一個很著名的說法，叫“安迪-比爾”定律，安迪指的是Intel前CEO安迪·格魯夫，比爾則是大家都熟悉的微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨。這個定律的主要內容，就是安迪提供什么，比爾就會拿走什么，意思是Intel為代表的X86處理器提供的性能，都會被Windows為代表的軟件吃掉。

雖然這個定律很有吐槽軟件吃性能的意味，但也肯定了X86處理器的性能表現(xiàn)。而現(xiàn)在，M1這顆ARM處理器，在輕薄筆記本的使用環(huán)境下，性能大大壓過了X86處理器一頭，這到底是怎么做到的呢？這和M1處理器的諸多特性是密不可分的。

·工藝。得益于多年和臺積電的密切合作，蘋果M1處理器得以用上了最先進的5nm工藝，先進的工藝帶來了能效方面的先天優(yōu)勢。而M1的設計也是和臺積電的工藝特點相契合的，對比Intel，臺積電的工藝并不追求高頻率，而M1的架構則主攻高IPC，并不需要高頻，雙方共同鑄造出了M1芯片的極高能效。

·規(guī)模。受益于5nm工藝，M1芯片得以在有限的面積中，集成不亞于X86處理器規(guī)模的晶體管。M1處理器包含8個CPU核心，芯片面積為119mm2，集成了160億個晶體管；作為對比，當前桌面頂級處理器AMD Zen 3中的一個CCD同樣包含8個CPU核心，面積為80.7mm2，集成41.5個晶體管。考慮到M1還封裝了GPU、RAM等其他模塊，事實上雙方在CPU單元部分，規(guī)模已經(jīng)是并駕齊驅。

·架構。M1的CPU架構設計是非常激進的。舉個例子，根據(jù)外媒Anandtech推測出來的架構圖，M1擁有8解碼超寬架構的大核心，這是一個非常夸張的規(guī)模——頂級X86處理器只做到了4解碼。而在ALU單元、FPU單元的數(shù)量配置上，M1對比當前的X86處理器也有優(yōu)勢。盡管受限于工藝以及架構特點（超寬架構、短流水線），M1的頻率并不高，但IPC卻超過了許多頂級的X86處理器。

M1的大核心架構設計非常激進，X86處理器沒有這么多路前端解碼

·專用電路。很多朋友都看過M1版MacBook的剪片演示，新MacBook在視頻剪輯的速度上，居然遠勝于售價高好幾倍iMac Pro，小小的甚至不需要風扇散熱的M1芯片，表現(xiàn)更勝于i9處理器。這其實在很大程度上，得益于M1芯片集成的專用電路。

專用電路這個名詞聽起來，似乎有點陌生，但其實如果你關注挖礦，就知道這是什么意思了。在挖礦領域，CPU速度遠不如GPU，而GPU又遠不如ASIC礦機，這是因為ASIC芯片是專為挖礦算法定制的專用電路。在M1芯片中，也存在諸多這樣的專用電路，它們能為視頻編碼解碼、機器學習、圖像處理、數(shù)據(jù)加密等計算提供硬件加速，結合macOS 11專為其打造的API，一些生產(chǎn)力任務能夠前所未有地高效運行。

·片上互聯(lián)。這又是M1芯片的一大殺手锏。在傳統(tǒng)的PC硬件架構中，內存、GPU、CPU等部件，需要經(jīng)由主板相關總線來傳輸數(shù)據(jù)，而M1芯片則將這些部件進行了SoC化，將其集成到了同一塊芯片當中。相比傳統(tǒng)做法，M1芯片能極大程度地提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋阅艿玫搅讼到y(tǒng)性的提升。

macOS可以憑借M1芯片挑戰(zhàn)Windows嗎

macOS可以憑借M1芯片挑戰(zhàn)Windows嗎

M1芯片結合macOS 11，表現(xiàn)令很多人眼前一亮。對比Windows在ARM領域的坎坷進軍，蘋果這套組合拳更顯得出類拔萃。那么問題來了，在這個ARM愈發(fā)強勢的時代，macOS能否憑借M1這顆頂級的ARM芯片，挑戰(zhàn)Windows以及X86體系？恐怕依然是不行的。

首先來說說硬件方面。

上文提到了M1芯片性能強大的秘密，但這是否意味著它就可以挑戰(zhàn)X86處理器？X86處理器之所以沒有使用M1這樣的激進架構設計，是有很多現(xiàn)實方面的原因的。

首先，和ARM相比，X86背負著更沉重的歷史兼容問題。雖然當前的X86處理器本質上也是將復雜指令拆分為簡單指令進行解碼，但X86指令的長度并不固定（變長指令），不像ARM處理器那樣，只解碼長度固定的定長指令，這意味著X86處理器很難通過堆砌指令解碼器，來大幅提升性能。如今的X86處理器仍兼容多年前的MMX等古老指令，這些又需要耗費額外的晶體管。這些現(xiàn)狀，令X86無法像ARM那樣輕裝上陣。

而蘋果從來對向后兼容不上心。為了追求性能，蘋果的兼容可以爛到什么程度呢？例如你買了最新版的使用M1處理器的MacBook，想要打開幾年前剪視頻的項目文件，發(fā)現(xiàn)新版Final Cut已經(jīng)不支持這個舊版文件，而現(xiàn)在的MacBook，又安裝不了舊版的Final Cut（不再支持32位）……你幾年前拍攝的素材，就這么廢掉了。

幾年前的文件，用新Mac打不開，蘋果可不考慮舊軟件的兼容

蘋果主攻消費市場，它可以讓M1芯片徹底拋棄ARMv7指令集、放棄32位支持，讓晶體管用在刀刃上；但X86廣泛用于企業(yè)、工控等領域，它敢這樣做嗎？想想Intel安騰IA-64的慘淡下場，答案不言而喻。

X86當前對比M1有能效劣勢，那它能不能像M1那樣，使用8解碼的超寬架構？由于變長指令等限制，X86處理器要實現(xiàn)超寬架構，設計難度太大，因此當前X86處理器選擇了多核心超線程、超寬SIMD（例如AVX512）作為性能路線。

這又帶來一個問題。和ARM處理器相比，想要發(fā)揮出應有的性能，代碼需要專門為這些特性進行優(yōu)化。X86并不像M1芯片那樣，運行蘋果為其高度優(yōu)化定制的macOS系統(tǒng)，這進一步削弱了X86處理器在性能上的優(yōu)勢——最近的一個典型例子，就是Windows并不能很好地調度Zen 2處理器的CCX模塊，需要為其制作補丁。

Win10 1903對Zen架構的優(yōu)化：優(yōu)先調用同一CCX內的核心、縮短響應時間，但如果沒有這補丁呢？

而不得不提的是，M1的激進設計，以及macOS的優(yōu)化，令Mac表現(xiàn)出匪夷所思的性能，但這些性能優(yōu)勢，是否將一直持續(xù)？前面提到，M1的強勁性能很多是通過專用電路來實現(xiàn)的，蘋果系統(tǒng)通過API活用這些電路，讓Mac擁有了出色的能效比。然而專用電路的軟肋也在于“專用”，M1今天能夠實現(xiàn)高規(guī)格HEVC視頻的硬件加速，當新的視頻編碼面世，它還能有如此大的性能優(yōu)勢嗎？恐怕無法做到。

最關鍵的一點在于，M1芯片是蘋果專屬，它不會外賣給其他廠商。這意味著，除了Mac電腦對應的消費市場，它沒法在更多領域上，向X86發(fā)起沖擊。與之相比，X86以及Windows的分布更加廣泛，或許搭載M1的macOS能夠在某些領域刺到消費者的痛點，但蘋果仍無力打破X86和Windows筑起的壁壘。

M1芯片是Apple Silicon，它不會外賣給他人，無法在更多領域對X86和Windows發(fā)起挑戰(zhàn)

簡而言之，和M1芯片相比，X86處理器的設計沒有那么激進，也沒有這么多專屬優(yōu)化，因此在不少情況下性能會落于下風。但X86處理器的向后兼容、多線程并發(fā)等優(yōu)勢，也是M1芯片無法企及的。X86芯片在商用、工控、消費市場都能獨挑大梁，ARM陣營并不能憑借M1芯片，就挑翻盤根錯節(jié)的X86體系。

再來說說軟件。

macOS 11非常驚艷，通過SwiftUI以及Mac Catalyst，融合了蘋果移動平臺的生態(tài)。加之使用Rosetta 2轉換層兼容已有的X86軟件，這讓它能夠在保有大部分X86生態(tài)的同時，在ARM生態(tài)中活用M1的性能長處。很多朋友可以觀察到，macOS 11并不缺軟件，而很多跨平臺同時支持Windows和macOS 11的軟件，在macOS 11中性能表現(xiàn)會更好。例如微軟家的Office、Visual Studio Code，就是其中例子。

M1為macOS提供了澎湃的性能，macOS能否藉此挑戰(zhàn)Windows？在輕薄本領域，新的M1版MacBook已經(jīng)鶴立雞群，但macOS所面對的局限，和M1芯片是如出一轍的——它并不對外開放授權。

如果說X86時代，macOS還可以通過黑蘋果的方式，安裝在其他機器上，那么進入到ARM時代后，macOS必然會漸漸成為Mac電腦的獨占。當蘋果未來進一步在Mac電腦中普及ARM處理器，Mac和PC沒有了共通的硬件基礎，macOS自然也就無法通過偽裝硬件型號等手段，安裝到其他PC中。

也就是說，ARM處理器的應用，反而減少了macOS的適用范圍。macOS只能在蘋果的既定硬件產(chǎn)品上，和對應的Windows PC競爭；而Windows開放的系統(tǒng)授權，必然能覆蓋遠多于蘋果產(chǎn)品線的PC產(chǎn)品。從這個層面來看，macOS只能憑借少數(shù)的尖端產(chǎn)品、吸引少部分PC用戶，不可能在整體上和Windows產(chǎn)生競爭。

反觀Win10 ARM，可以安裝在其他ARM設備上，這是否會重演X86時代PC圍攻Mac的故事？

在可以預見的未來，這一情況不會改變。蘋果從誕生起，一直秉持著制作小而精產(chǎn)品的理念，蘋果從來就沒打算讓macOS像Windows那樣，成為大眾之選。對于蘋果而言，無論是M1芯片還是macOS 11系統(tǒng)，都只不過是構造心目中某款理想產(chǎn)品的部件，它們不需要攻城略地占下大片市場份額，只需站上某個高聳的小山頭即可。

M1芯片是macOS的一把尖刀，但它們顯然是無法撬動Windows和X86處理器筑成的這堵龐大城墻的。

后話

總的來說，macOS不太可能憑借M1芯片，來挑動Windows和X86的市場地位。

·M1芯片和macOS的高性能，當然是受益于先進的工藝、激進的架構以及專門的優(yōu)化，但也很大程度上也是以犧牲向后兼容性為代價的，需要長期穩(wěn)定運行的環(huán)境無法接受這樣的產(chǎn)品；

·M1芯片和macOS都只服務于品類稀少的蘋果產(chǎn)品，無法與Windows、X86在更多的細分領域競爭。

無論如何，M1芯片的橫空出世，的確刷新了很多人的觀念。ARM也可以用于高性能計算，在特定的環(huán)境下，它能比X86做得更好，這足以支撐Mac這樣的小眾產(chǎn)品成為爆品。Windows 10 on ARM以及Windows 10X也正在緊鑼密鼓地開發(fā)中，微軟在ARM時代能再創(chuàng)輝煌嗎？除了macOS，Windows是否會遇到新的挑戰(zhàn)者？我們拭目以待吧。
責編AJX