Apple Silicon/M1 晶片對蘋果生態策略/使用者體驗/產業鏈之影響

張凱喬
24 min readNov 20, 2020

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Photo by Alexandr Bormotin on Unsplash

這次來挑戰產業評論

談一下我認為Apple M1晶片推出之後,對Macbook發展的影響、對其他裝置的影響、對產業鍊的影響、Apple生態系策略佈局。會穿插一些我蒐集到的資料、以及網路評論、以及我自己的捏揉。

對Macbook發展的影響

為什麼要換架構?

Apple 在2020年6月的WWDC上,宣佈 Mac 將轉移採用 Apple 世界級的自定晶片系列:Apple Silicon,為 Mac 寫下歷史性的一天。

而Apple也給出了「換代」的理由,根據Apple自身說法,M1是目前最強大的SoC,能協助工程師開發出更厲害的應用程式及高階遊戲。而另一個角度,是Apple認為Intel 跟不上他們的腳步,裹足不前的效能托累了 Mac 創新的速度,近年來Intel在製程、產能等方面都顯現出了頹勢,包含了效能提升、對於DRAM/GPU的運用、耗能的控制等等。

本段下面,我放了幾篇x86與arm架構的差異比較可以參考,簡單來說 x86 重性能、arm 重效能,而當Apple願意把用了這麼多年的x86淘汰掉,代表隨著時間的推演使x86與arm的效能都持續提升,而直至今日,arm本身的性能已能滿足Apple對於cpu的要求,此外,還有在iphone/ipad晶片架構(同樣是ARM架構)上的經驗、神經網路引擎的成就、x86續航力的限制、對於未來軟體產業的預測等等,雖這個情況複雜程度超乎想像,但最終Apple決定在2020年開始推動ARM架構的MAC,我們往下再細談各層面。

擔心換架構之後的軟體影響?

問題是,整個軟體架構的轉換,從x86到arm,會影響到很多的軟體。整個產品線的轉換,需要耗費到兩年的時間,也就是在2022之後,Mac系列只買得到Apple Silicon的產品。所以從很多專家的評論來看,是步險棋。

因為如果有幾間大軟體公司決策沒辦法配合arm架構,只出windows版本,譬如說mac主力用戶是在的視訊編輯跟音訊編輯,所以如果以後mac上沒有adobe軟體可以用的話,mac很大機率就會倒掉。 所以當Apple敢宣布他的Apple Silicon計畫時,就代表這些大間的軟體廠商,包含Adobe、甚至是microsoft,都已經談好了。所以你可以看到在 WWDC 開發者發表會上蘋果就已經展示 Adobe Photoshop 與Lightroom 在 ARM 系統上執行。

你如果是專業剪片或修圖用途,我認為你不用擔心,因為這些服務是Apple跟軟體商的共同招牌,他們承擔不起用戶流失,他們在同一條船上。

另外,Apple推出Rosetta 2使得過去開發人員在舊有架構所開發的軟體,得以在m1晶片上面運行,但據新聞指出還是有很多限制在,所以未來會有一段時間,會變成某些軟體還沒有更新為arm原生,但透過Rosetta 2運行會有某些奇怪的問題。仍有可能會影響到部分冷門軟件的使用狀況,或是沒有能力同時維護兩個版本的軟體商。

再來的問題是,沒有公司會因為Apple換新晶片,就把所有設備汰換,所以會有intel晶片與apple silicon晶片同時使用的情況,甚至不止於2022年,Apple以已經準備好花更長的時間來處理這些事情,一般公司是五年更新一次設備,所以也就是至少會有2020到2025之間的五年過渡期,必須提供軟體開發商足夠的協助讓他們得以讓軟體在兩個架構運行順利。

為什麼是現在?

ARM 的 A 系列處理器,由蘋果開發的 10 年下,CPU 性能提升了 100 倍,而為 iPad 而設的 X/Z 強化版,圖像處理能力比初代提升了 1000 倍,同時間耗電量比同類產品都要低,iPad Pro 2018 初推出時,就表示效能比 Xbox One S 還要強,另外亦比 80% 的 Notebook 強。

所以如上述所提,Apple在arm架構的設計經驗已經足夠成熟,所以你可以看到Apple在m1上面的設計精緻令人驚嘆。目前世界上最快的高集成度SoC(單系統晶片,簡單來說把原本多張晶片功能都集中在同一張晶片),採用了ARM架構經典的大小核設計,基於台積電5nm製程工藝打造。計算單元有一顆8核心CPU構成,圖形單元由一顆8核心GPU構成,同時還集成了DRAM、神經計算引擎、Thunderbolt 4控制器、機器學習加速器等眾多單元。

以上回答了一部份的答案,另外一部份可以看下列的影片,你可以看到Apple花了很多的時間在談機器學習與他的Neural Engine(神經網路引擎)

AI近年的科研進展和捲土重來,也意外造就了NVIDIA的第二波崛起,AI演算法,尤其是機器學習(machine learning)在訓練階段對運算的要求非常苛刻。比起順序處理運算程序的中央處理器(CPU),能夠把數據拆開並行高速處理的GPU更適合AI運算。

神經網路運算有多項優勢,包含平行處理、內容定址記憶、容錯特性、能處理一般演算法難以勝任的問題等,因此很適合運用在經常需要處理非常複雜的任務的應用上。Apple的神經網路引擎是透過一塊FPGA區域來達成,因此在機器學習性能上有很強的自定義能力,使得iPhone在智慧語音和影像辨識的能力有了絕倫的表現。

舉最近一次iPhone神經網路引擎的更新案例,A13處理器使得iPhone 11得以擁有深度融合 (Deep Fusion) 功能,在用戶按下快門前拍攝8張照片,融合一張按下快門時的長曝照片,由神經網路引擎進行影像計算,完成呈現一張高動態 (HDR)的照片。

因此Apple成功研發的神經網路引擎,也即將被引入Mac系列,我們可以期待在包含final cut pro在內的影像處理軟體、或是AR設計、或是語音辨識的效果,能透過神經網路引擎的加持,更加地順暢有效率。

簡單來說,你不用擔心Apple Silicon的效能、包含Apple自己在內的很多跑分新聞,展現了M1的效能不容小覷,並且更能期待後續高階款的發展。

其他優勢?

當然是續航力

為了強調 M1 晶片帶來的續航改善,蘋果發表會直接使用「史上續航最長」比喻,突顯 MacBook Air 和 13 吋 MacBook Pro 續航時長提升。

正常情況下,MacBook 電池續航約 10~12 小時,如果重度使用,可能 6~8 小時後就沒電了。現在配備 M1 晶片的 MacBook Air,續航時長最高可達 18 小時,13 吋 MacBook Pro 更飆升至 20 小時。

對其他裝置的影響

APP同時應用在多種類型的裝置上

在WWDC 2018大會上,Apple展示了預覽AppKit與UIKit應用,如何將iOS平台app更輕易地移植到macOS平台,同時更以新聞、HomeKit在內原本僅在iOS平台提供使用app作為示範,讓開發者了解iOS平台app移植到macOS平台可以有什麼樣的呈現效果。

而WWDC 2019中,蘋果正式宣布Project Catalyst為名的開發工具,將可藉由相容蘋果XCode開發工具組,同時整合AppKit與UIKit資源,讓開發者能在單次設計流程,即可完成對應iOS、macOS平台的app,藉此簡化開發者內容開發時間與人力成本,甚至也能進一步降低後續維護成本。

你可以看到在這幾年,iPhone的APP Store豐富程度遠遠的甩開了MAC APP,這一點讓Apple很頭痛,而MAC ARM的架構為了這個問題帶來解方。

從iPhone到iPad的核心晶片都是以ARM為基礎開發,現在Mac系列也正式踏入ARM架構的家族,意味著從今往後只要在iPhone、iPad上可以運行的App,在Mac系列上也可以完整使用,這將是繼Handoff功能後的重要突破,開發者只需要在開發iOS系統的同時對Mac OS進行最佳化就可以在電腦上使用,使得互通更加順暢。

但我認為這一點還有一些問題要注意,包含app的使用體驗,雖然Apple已表明iPhone/iPad APP移植到MAC後,原先的觸控手勢等將可以被鍵盤或滑鼠取代,不過我認為多數開發商為了避免體驗問題,不會將APP直接移植到MAC系統上,而是會花時間微調測試,再考慮移植。

另外,跨系統APP Store的友善程度也需要被留意,先前的案例是,使用者下載已買過的 iPad 應用程式的 Mac 版時,可能面臨付兩次錢;據開發者說,在某些情況下,應用內購買可能也不會從 iPad 應用程式連到 Mac 版。

更好的裝置間互動

這一點我比上一點更期待,我從2015年開始,便受到OS 8 及 Mac OS 10.10 Yosemite 的『 Continuity』(接續互通)功能的衝擊,讓我深信Apple生態系的重點,是在專注於每項產品本身之外,產品與產品之間的溝通協作,更能帶來生活上意想不到的驚奇與便利。

Continuity是一個大項目,底下的功能包含了:Handoff、通用剪貼版、行動網路電話、SMS and MMS、Instant Hotspot及自動解鎖

舉例來說,Handoff可以讓你在一個裝置上沒做完的事情,用另一個裝置繼續做,比如看到一半的網頁、寫到一半的 email 等等。而剪貼版這件事情我十分的熱愛,譬如說在手機的Line聊天畫面,可以直接截圖Paste到電腦上的投影片,對於網頁設計師、APP或Line社群開發工程師而言超級棒。

而2019年推出的sidebar,Mac 電腦可以透過有線或無線方式,把畫面延伸到 iPad 的螢幕上,形同把 iPad 當成副螢幕來使用。基本的縮放畫面內容、捲動,都可以透過兩指在 iPad 的觸控螢幕上操作,而搭配Apple Pencil可以完成鼠標點擊、選取等動作,甚至是做為繪畫板或編輯照片功能。

從這一件事情再延伸討論甫推出的big sur,你可以看到MAC的選單列圖示距離增加了,icon與widget的樣式、控制中心功能也更加的接近iPhone與iPad的操作邏輯,你可會猜想未來是不是MAC也會有觸控功能的螢幕。

但你可以從很多蘋果設計產品的歷史來想像,包含剛提到的Continuity、Touch bar、sidecar、big sur等等,你可以知道Apple並不是那麼願意直接推出觸控螢幕的MAC,因為這會影響到生態系之間的角色。而在電腦上操作觸控這件事情的體驗並沒有這麼理想,因為你必須抬起手臂,不是這麼的自然,像是windows surface一樣,觸控與非觸控的情境很難平衡。

不過Apple倒是很樂意於嘗試各種不一樣的轉換方式,譬如讓touch bar或iPad作為觸控板,這樣的好處是Apple至少把觸控的區域限縮住了,可以專注在那些『使用者會觸控的情境』,而非把整塊螢幕開放來讓你亂按。

回到主題,我們可以想像未來不管是在視訊音訊的串流、資料與控制訊號的交流傳遞,ARM架構的MAC更是打開了限制的枷鎖。舉例而言,未來你不一定要在MAC上安裝iPhone APP,而是直接把iPhone畫面與控制串進你的電腦螢幕,也就不用再反覆安裝APP,而是強調直接使用。

對產業鏈的影響

談Apple與Intel 的合作歷程

對於Intel無疑是一大衝擊,我們從他們的合作歷程開始來看,再慢慢談到對營收的影響。以下引述自Digitimes的報導:

當初英特爾為拉攏蘋果,2005年就於美國奧勒岡州工廠特為其設立「Apple Group」,展現全力支援的誠意,但英特爾與蘋果合作多年後,2013年市場就開始盛傳Mac系列有降低對英特爾x86處理器的依賴。

蘋果在2018年推出的採用A12X Bionic處理器的iPad Pro時,就強力宣稱效能已不輸一般入門級NB,而讓蘋果加速去英特爾化的另一最大推力就是英特爾近年10奈米以下先進製程出現延遲,新舊平台轉換失序嚴重影響了蘋果Mac新機上市時程。

2005 年 7 月 6 日,蘋果宣佈進行平台轉換,並向部分開發者提供開發者轉換工具(Developer Transition Kit),同期發佈的 Xcode 2.1 支援產生通用二進位(universal binaries)格式的應用程式。2006 年 1 月,蘋果發佈 15 寸 Macbook Pro 和Intel處理器的 iMac。

蘋果當時能夠轉換成功有很多現實原因,比如當時體量比現在更加小眾,Intel在筆電處理器方面足夠強勢。當時Mac 的生態其實處於比較小眾的狀態,和今天完全無法相提並論,自然也是沒有歷史包袱。

而如今 iPhone 的爆紅和蘋果生態黏性的逐漸加大,在 Mac 平台上促生了大量的 iOS 開發者。除此之外,文書創作者依賴MAC系統的省電與簡潔、影像創作者依賴MAC系統的顏色精準、或是final cut pro的獨佔地位,甚至這一些都讓MAC系列產生生活品味的表徵。

根據 IDC 的統計,2005 年MAC系列電腦的出貨量為 217 萬台,而在 2019 年這個數字達到了 1768 萬台。雖然Apple以數量佔比的角度來看,仍屬於電腦市場小眾,但從品牌角度來看,卻有著不易撼動的地位,這也顯示了轉換到ARM架構所帶來的影響甚巨。

對intel與apple的營收影響

據分析師指出,每塊M1晶片的成本大概是100鎂,然而core i3 甚至i5以上,成本都可能來到200,也就是每台成本可以降低超過100鎂,以1,000萬台計算的話,未來將每年幫Apple節省10億美金、轉為利潤。當然,這只是單就晶片初估,且目前M1也只有應用在低階MAC系列。

補充參考:根據Morgan Stanley的研究,這三台機器(Mac Mini/Macbook air/低階Macbook Pro)合起來佔過去一年Mac出貨量的91%

然而對於Apple可以少買多少塊intel chip,就代表intel少賣出幾塊chip、就可以換算intel未來將因此而少多少營收。然而,今年儘管疫情影響,但英特爾全年財測也達 750 億美元,將創下新高,顯然蘋果採用自家 Arm 架構 CPU 對英特爾本身營運影響性不太大。

對pc晶片產業面的影響

對於Apple Slicon對於intel的影響,不僅止於intel與apple之間的合作,甚至可能影響整個晶片產業的競爭關係。

到目前為止,基於Arm的Windows筆記型電腦表現仍不如預期,市佔率依然極低,Qualcomm近年推出 5G 運算平台包含 Snapdragon 8cx、Snapdragon 8c、Snapdragon 7c 等,陸續打入宏碁、惠普(HP)等品牌之筆電裝置。另外,近年always-connected pc (AC-PC),搭上5G風潮,又引起新的一波討論。再加上微軟近期也已經開始支援 x64 app在 arm pc上執行,看起來都是給ARM PC的利多。

但我認為前提是windows arm pc要能有一個老大,譬如windows與intel的長期深度合作下,使得作業系統能在intel的晶片上穩定的執行,軟硬相容問題相較於AMD少,生產品質也十分優秀,多半都可以使用到正常汰換,但尚未見相同角色落在windows arm pc領域。(這邊不把apple silicon 列入arm pc的討論範圍)

Cnet的報導也提到,AMD在這兩年的復出記,也使得intel被逼得不能慢慢擠牙膏,這幾年intel正在從純 CPU 產品跨足到全系列半導體零組件,像是 Wi-Fi、FPGA、GPU 等,產品線越來越完整。最新的10奈米 Alder Lake 12代cpu,是 Intel 第一次將在 ARM 陣營處理器上已經相當常見的大小核心設計,應用在自家新處理器上,目前已知Alder Lake-S將採8 大(效能)核心 + 8 小(節能)核心以及 GT1 GPU,據稱也將採取 LGA1700 接口,並支援 DDR5 記憶體和 PCI Express 5.0(推測消息)。

Apple生態系策略佈局

Apple在自家的晶片研發上多年以來不遺餘力,開發出各種裝置晶片,Bloomber的專欄作家Mark Gurman在2018年的一篇報導中寫得很完整,自2010年第一代自製晶片A4開始,置於iphone與ipad內,隨後越來越完整的整合程度(Secure Element、Motion Co-Processor、GPU…等)、越來越多元的裝置支援性(homepod、airpods、apple watch)。顯示出Apple本身一條龍的研發實力,專注於每一項裝置的控制能力、同時也包含裝置間的協作能力,MAC算是Apple自製晶片的最後一哩路,收復了長久以來失土。

Source:
https://www.bloomberg.com/graphics/2018-apple-custom-chips/

下一篇文章也是我個人很喜歡的,特別留在最後來談。

“We are a product company, and we built a beautiful product that has the tight integration of software and silicon,” Srouji boasted. “It’s not about the gigahertz and megahertz, but about what the customers are getting out of it.”

蘋果副總裁Johny Srouji在專訪中提到,Apple是產品公司,不像是Window是軟體公司、Intel是零組件公司,因此Apple被賦予打造完整消費者體驗的重責大任,因此在硬體規格戰上,Apple將較保守,但站在消費者體驗的角度上,Apple則是所向披靡,這是他們長久以來引以自傲的優勢。

當然,酸民可以說Apple比不贏規格戰,只能談體驗?! 但我想從銷售數據來看,Apple確實能夠大聲的說自己是引領使用者體驗的王者。

從這一條路繼續往下摸,究竟Apple認為下一個世代的使用體驗應是什麼?這一篇專訪提到,傳統的app使用模式,是將程式安裝在硬體上使用,所以你要在哪裡使用就得安裝在哪裡,沒有支援你的裝置你也沒辦法裝、或是你沒先裝好的你就不能用,也就是強迫你要去適應軟+硬模式。

Apple的下一個階段,目標是使一個app可以有多個使用入口,而是反過來的思考模式(雖實際流程未知),也就是你可以在多個裝置上都使用同一個app,而使用者的資料與紀錄能自動、無縫同步,就像是Continuity一樣,使用者無需受限於在不同裝置,而是以app為中心點,你可以在任一個裝置、使用任一個app、接受資訊、處理資訊。

譬如Apple 所推出的『App Clips』,便是一個重要的嘗試,在特定的時機點(例如連結、NFC、語音等),讓使用者可以迅速執行簡單功能,像是解鎖租車、點餐、買咖啡等功能,用戶不需要下載完整 App便能夠使用功能。

另外一個案例,在不同裝置之間串流你的音訊,這我想真的短期之內只有Apple可以達成,當你戴上藍牙耳機,就代表你想要獨佔你裝置所發出的聲音、而不被周遭的人聽到,因此不管是什麼裝置,都會自動接力播放聲音。

此外,還有更聰明與便利的即時通知、推薦、widget,都交由機器學習,更清楚明白你在何時何地將會使用什麼樣的內容,對於未來的期待是,你不用想像還要管理很多密碼、在不同裝置下載很多軟體、不用擔心跨裝置軟體使用體驗的不流暢、在對的時候幫助你完成對的事情,最後,將成為真正的個人化助理。

最後

最後,說盡了好話,來談一下幾個隱憂。

Apple並未對外公布 M1 處理器的運作時脈,但明確告知現階段記憶體最大僅能支援到 16GB,同時最多僅支援 2 組 Thunderbolt 4、USB 4.0 連接埠,雖然向下相容 Thunderbolt 3 功能,但在顯示輸出部分最多僅支援單組 6K 解析度螢幕顯示規格,但未支援降低顯示解析度對應 2 組螢幕連接輸出模式,代表在筆電產品本身螢幕,以及 Mac Mini 內建 HDMI 佔用輸出資源後,將無法對應第二組螢幕接輸出,亦即無法對應 eGPU 連接使用模式。

考量散熱、電池容量等因素,使得 M1 處理器僅能在相對狹小的 SoC 晶片空間設計內讓 CPU、GPU、NPU 等元件,與記憶體佔用位置取得平衡。而M1產品推出時間久一點後,更多種不同的使用者情境,耐用性與實用性是否經的起考驗是個問題。

軟體部分,Apple目前只完成了少數軟體的轉移,如Adobe旗下的Photoshop就要等到2021年,才能完成對ARM架構的版本。而當M1透過模擬的方式操作x86架構的程式會有多少問題,也是個考驗。因為PC產業已經有前車之鑑,許多的Windows ARM PC適應問題,Apple是否能克服?

這篇就到這,ㄅㄅ

REF

https://www.digitimes.com.tw/tech/dt/n/shwnws.asp?CnlID=1&id=598048

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