从PowerPC到Intel X86--浅谈Mac处理器架构的蝶变
霂萱
编辑于 2020年04月05日 13:01

一、简述Mac处理器架构改变的历史进程

        当Apple在2005年6月宣布终止与IBM和摩托罗拉(Motorola)长期合作关系时,Apple原CEO史蒂夫·乔布斯(Steve Jobs)指出,转换芯片架构是因为英特尔提供更优越的产品蓝图。乔布斯在WWDC 2005之中就表明了他对PowerPC架构后劲不足的失望。随着Mac产品线的升级,一个旨在让Mac产品转投 Intel x86 阵营的“Marklar计划”的项目被悄然进行。

        到了2006年,Apple推出了配有酷睿双核处理器 (Core Duo)[注1]的初代MacBook Pro,即便是外观并未因此发生改变的iMac G5,也在这一时期采用了该系列的处理器。至此,Apple从硬件层面上开始摆脱了对PowerPC架构处理器的依赖,正式投入到了Intel X86的大家庭中。也正因如此,具备该新架构的Mac设备,无需忍受以往跨架构模拟带来的巨大性能损耗,就可以通过Boot Camp正式地使用Windows系统。Apple宣称,同年6月会开始销售基于英特尔处理器的Mac计算机,并到2007年底使所有的苹果计算机产品都转向英特尔处理器。

        与此同时,适配Mac设备的软件也逐渐向新的处理器架构靠拢。但架构的过渡也需要较为漫长的时间,以2006~09年为核心,该阶段许多软件依然需要兼顾具备PowerPC和Intel X86两种架构的不同的Mac设备,因此,所谓“通用(Universal)二进制应用“的概念也因此而生。诸如2006年1~3月Apple官方推出的iWork'06 、Logic Pro 7.2以及Final Cut Pro 5.1,亦或是2007年3月推出的Adobe CS3系列软件,凡此种种,都以这种通用二进制形式发布。

图1:Microsoft Office 2008 的产品包装盒上,就清晰地标有”Universal“标识。(图片自制)

        到了2007年,Apple推出的Mac OS X Leopard(10.5)成为了最后一个支持PowerPC架构的系统大版本。2009年8月,Mac OS X Snow Leopard(10.6)发布,该版本(包括)以后的Mac OS X就无法安装在PowerPC架构的Mac设备上。但Apple依然提供Rosetta转译器,使Intel-based Mac的用户能够继续在转译状态下继续使用为PowerPC编译的软件。

图2:在PowerBook G4上试图安装Mac OS X 10.6."你需要一台intel架构处理器。&#​34;(图片自制)

        2011年3月,Xcode 4.0结束了对PowerPC处理器的支持。

        2011年7月,Mac OS X Lion(10.7)发布,从此版本以后Rosetta转译器也无法使用。

        2013年8月,Apple正式结束了对PowerMac G5的支持,标志着PowerPC架构的历史最终落幕。


二、分析Mac处理器架构改变的复杂原因

    1、满足Mac用户使用Windows操作系统的需求

        如上文所言,在PowerPC架构的Mac设备上,用户可以使用诸如Virtual PC等软件模拟运行Windows操作系统,但巨大的性能损耗使之意义甚少。转变到Intel X86架构之后,在Mac环境下使用Windows也从难以企及到易如反掌。从而满足了越来越多的Mac用户需要兼顾Mac OS和Windows两种系统的强烈需求。

    2、相较于Intel,PowerPC架构老旧,后劲严重不足

郑重声明:

    以下引用部分来自知乎用户@paizhangpi;

    原网址:https://www.zhihu.com/question/20022787

   原标题:【为什么苹果在 2005 年决定放弃 PowerPC 而选择 Intel x86 呢】

      2005年6月,Steve Jobs在WWDC上正式宣布,Mac系列即将采用Intel Core系列CPU,并结束与Motorola、IBM的合作。他谈到了他对PowerPC的失望——他认为,PowerPC性能是不足的,开发路线是模糊的,功耗也是巨大的。

        在2003年Apple推出第一代Power Mac G5时,Jobs曾信心满满地承诺,IBM与Apple将会很快地将G5芯片提速至3.0GHz。然而IBM失约了。

        Jobs也曾努力将新款的G5芯片与PowerBook结合起来,但极高的功耗令G5并不是那么适合在PowerBook上运行;而G4芯片也达到了性能瓶颈,缓慢的总线速度和小容量的缓存使得PowerBook越发缓慢且功耗节节攀升。

(大概PowerBook G4被称作“火锅机”的原因大部分在于此)

        “展望未来,英特尔拥有最强的处理器蓝图。我们转换到PowerPC已十年了,而我们认为,英特尔的技术会协助我们在未来十年打造最棒的个人电脑。"一位当年曾参与跟苹果谈判的IBM前任主管也有表示。

图3:PowerPC处理器(Source:https://www.eefocus.com/mcu-dsp/404821)

· 当时的诸多事实也印证了这一点:

        2004年7月推出的Power Mac G5电脑,除了常规升级之外,亮点不足。而一个技术上的亮点则是:为了在最高端的型号上配置最新的Dual 2.5GHz PowerPC G5处理器,Apple甚至设计和内建了一套特别设计的水冷系统。这是Mac历史上唯一一次

        在2004年4月,PowerBook G4(1.5GHz)推出,它采用PowerPC G4(7447 A)处理器,拥有1.5GHz的时钟频率,64 KB L1缓存,512 KB片上(1:1) L2缓存,总线慢至167MHz。

        到了2005年1月,PowerBook G4(1.5/1.67GHz)推出,它给出的升级非常有限,在处理器上,仅仅增加了一个1.67GHz的可选配置;而到了2005年10月,末代PowerBook G4(DL SD)推出,升级则更为有限:这代末代PowerBook甚至没有提速处理器速度,仅仅是将之前的可选配置变为标配,依然仅有64 KB L1缓存,512 KB片上(1:1) L2缓存,总线依然慢至167MHz

        作为2006年的定位高端的笔记本系列,PowerBook G4系列处理器的升级简直比如今的Intel还要”挤牙膏“。而Apple当年的遇到的困难则是:新款的G4和G5芯片功耗实在太大,速度更是令人失望,如放在笔记本电脑上实在不妥。

        而相比于当时进步缓慢、功耗巨大、成本偏高的PowerPC架构,Intel X86架构对Apple而言就成了一个更为理想的选择:

        2006年发布的13寸MacBook,装备了32位双核心Intel Core处理器,和Intel GMA 950集成GPU,DDR2内存。采用Core Duo T2500(2.0GHz)的MacBook第一代,处理器性能超越末代iBook(1.42GHz G4)5倍之多,同时带来了更长2小时的续航时间。

        2006年发布的全新15\17寸MacBook Pro,装备了全新的32位双核心Intel Core处理器。采用Core Duo T2600(2.16GHz)的MacBook Pro第一代,在SPEC性能测试中,处理器性能超越末代PowerBook G4(DL SD)5倍之多

(如果从支持的系统版本角度来看差距也十分明显,末代PowerBook G4最高只支持10.5.8,而2007年中期的MacBook Pro系统最高可升至10.11.6。)

Taken by @paizhangpi (Source:https://www.zhihu.com/question/20022787)

3、相较于Intel,PowerPC成本高昂

        除了苹果公开说明的理由之外,其实还有一大原因导致苹果改用英特尔处理器.简单说,就是苹果希望争取更划算的价格.        

        到了2005年,Apple发觉IBM的技术在成本上不具竞争力。经济规模比不上Intel的IBM,需要收取更高的费用以维持对PowerPC架构的继续革新。因此,采用IBM芯片会让Apple付出更高的价钱,使得尽管PowerPC架构采用的RISC设计先天上被视为较优越,Apple也不愿为此付出巨大代价。同时对IBM而言,供应芯片给苹果有如挖个财务黑洞往里跳,因为IBM必须投注巨资研发芯片组、编译器及其他支持技术,却只能取得大约5%的相关行业市场。到头来,这项业务应该会很难赚钱。

4、相较于PowerPC,Intel顺应了处理器多核心化的趋势

        彼时的IBM专注于提供高性能、单一核心的PowerPC处理器(主要是靠提高单一处理器的执行速度,目标是突破3GHz),但英特尔与苹果谈判时则展示发展双核心(多核心)处理器的蓝图,也促使苹果重新思考策略。

史蒂夫·乔布斯(Steve Jobs)展示了在奔腾4处理器上运行的Mac OS X (Source:https://en.wikipedia.org/wiki/Apple%27s_transition_to_Intel_processors)

三、分析Mac处理器架构改变的历史意义和局限性

1、历史意义:

        当Mac设备正式向Intel X86架构改变之后,

        ①对于Mac软件而言,它们能更加充分地利用新处理器发展的趋势--支持多核心处理器的Grand Central Dispatch,以及用绘图芯片作一般用途运算的OpenCL等;

        ②对于一般Mac用户而言,新的架构带来了更少的功耗、更长的笔记本续航时间、更优秀的性能,从而大幅度提升了设备的使用体验。同时,在Intel-based环境下,运行Windows在借助了Boot Camp的东风下也变得易如反掌;

        ③对于某些计算机爱好者(或开发者)而言,基于Intel X86架构的Mac OS X为非苹果品牌设备的用户体验MacOS提供了更多的可乘之机(在此之前,Intel-based PC需要使用PearPC等软件进行跨架构模拟)。此后,一大批非苹果设备使用苹果操作系统的现象频繁出现,业界将之称作黑苹果(Hackintosh)。如今的macOS甚至还可以被安装在部分AMD CPU的机器上。

        

2、局限:

        X86体系结构不支持Classic环境(一种可以运行Mac OS 9应用的环境)的应用程序。这意味着适配Mac OS X以前的系统(不包括Mac OS X)的软件,原则上无法在Intel-based Macs上运行。不过通过已被移植到基于Intel的Mac的第三方模拟器(例如Mini vMac,,Basilisk II以及SheepShaver),部分Classic环境的应用程序可以在这些设备上面运行。

3、结论:

        总而言之,Mac处理器架构从PowerPC到Intel X86的变革,无疑是一场意义重大的蝶变,为日后Mac设备提高自身品质、扩展消费市场奠定了良好的基础,总体而言,这次变革无疑是Mac产品线走向现代的一个明智举措。

【正文完】


注:

   注1:2006年Apple推出的初代MacBook Pro采用的是Core Duo处理器,并非后来的Core 2 Duo。虽然二者均为双核处理器,但前者为32位CPU。

鸣谢:

   知乎用户@paizhangpi

   知乎用户@蓬岸Dr.Quest

   知乎用户@曾元譆

(排名不分先后)

附录1 —— 与Mac处理器架构过渡相关的重大史实:

 2006年1月10日—— 初代MacBook Pro & 首度搭载Intel CPU 的iMac 问世;

 2006年2月28日—— 配备Intel Core处理器的Mac Mini;

 2006年4月5日  —— Boot Camp发布;

 2006年6月28日—— 初代MacBook(俗称”小白“)

 2007年10月26日——Mac OS X 10.5 “ Leopard”发布,它是最后一个支持PowerPC的系统大版本。

 2009年8月28日——Mac OS X 10.6“ Snow Leopard”发行。PowerPC Mac无法使用该操作系统。

 2011年7月20日—— Mac OS X 10.7 Lion发布,苹果对基于PowerPC的软件的支持终止;

 2012年6月11日—— iTunes 10.6.3推出,这是Apple推出的最后一个支持PowerPC处理器的应用程序。

 2013年8月7日—— PowerPC硬件转为“淘汰(obsolete)”状态,Apple对PowerPC硬件的所有服务和部件支持彻底终止。

 

附录2 —— 参考资料及网址:

 1、https://en.wikipedia.org/wiki/Apple%27s_transition_to_Intel_processors

 2、https://en.wikipedia.org/wiki/MacBook

 3、https://www.zhihu.com/question/20022787

 4、https://m.zol.com.cn/article/1375756.html

 5、https://www.cnbeta.com/articles/tech/86403.htm

 6、https://www.eefocus.com/mcu-dsp/404821

 7、https://tech.sina.com.cn/n/2005-06-08/0918629637.shtml

 8、https://www.apple.com/sg/intel/ (关于Apple与Intel合作的网页)

 9、http://blog.sina.com.cn/s/blog_a85b10df010167by.html

最后编辑时间:2020-04-05  13:05 CST(UTC+8) (yyyy-mm-dd) 

  更正内容:修改对史实的表述错误,更正言辞中的语病和歧义之处。

作者:霂萱


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