【为什么苹果非要用自己的芯片?】

苹果又来了。

这次发布会上,三款全新的 Mac 正式释出,最大的亮点,是它们都搭载了苹果自主研发的 M1 芯片。(见图1)

为什么苹果要研发自己的芯片?给电脑换「芯」究竟有多难?

过去 15 年,苹果电脑使用的一直是英特尔(Intel)的芯片,这段关系一度相当亲密。

当时的英特尔风头正劲,占据 CPU 市场近六成的份额,随着 2007 年「Tick-Tock」的提出,英特尔的优势进一步扩大。(见图2)

「Tick」代表更新制程,在 CPU 里容纳数量更多、体积更小的晶体管,从而提升性能;「Tock」则代表革新处理器微架构,从而支持更复杂的计算且提升计算效率,两年完成一个周期。

随着制程和微架构交替更新,英特尔处理器的性能和市场份额一直保持领先,到 2016 年已经占据了超过 80% 的市场份额。

但英特尔的危机也随之到来。(见图3)

处理器制程的进步越来越难。2016 年 3 月,英特尔在财报中宣布,将「Tick-Tock」改为「APO」 ,三年一更新。

再加上英特尔在 10 nm 的技术路线选择上的错误,导致 10 nm 制程芯片一再延期,MacBook 必须在延迟更新和使用旧芯片中二选一。

面对英特尔的窘境,苹果心中「分手」的想法越来越强烈。(见图4)

影响这段关系的还有其他原因:英特尔不会为了苹果定制支持新功能的芯片。

同样是在 2016 年,为了驱动 TouchBar 和指纹识别,苹果为新 Mac 加入自研的 T1 芯片。到了 2018 年,这颗芯片进化成了 T2,负责电脑安全、视频播放、剪辑和 hey Siri。

苹果也有自己的底气:iPhone 和 iPad 早就用上了苹果自家的处理器。无论是性能还是发热控制,苹果自研处理器的表现都逐渐赶超英特尔。(见图5)

以 2018 年发布的 MacBook Pro 和 iPad Pro 为例,前者搭载英特尔的 Core i9 处理器,后者搭载苹果的 A12X 芯片。

从性能测试软件 Geekbench 的实测中可以看出,在完成相同的工作上,苹果处理器的性能已经十分逼近英特尔的水平了。

从这时开始,这段关系已经无法挽回了。(见图6)

压倒稻草的最后一个骆驼是能耗问题。MacBook Pro 15 上的 i9 处理器最大可以产生超过 45 W 的热量,但却只靠笔记本上一根导热管和两个风扇把这些热量吹出机身,让 MacBook Pro 不仅烫手嘈杂,而且拉低性能。

相比之下,iPad Pro 上的 A12X 处理器能提供差不多的性能,热功耗只有 10 W,可以发挥全部实力。(见图7)

苹果处理器节能的一个原因是采用了大小核(big.LITTLE)的架构。

大小核的本质是让合适的处理器干合适的事。当计算任务繁重时,启用大核心,追求性能;当计算任务轻松时只启动小核心,节能环保。(见图8)

此外,苹果芯片还可以将所有功能整合在同一个 SoC 上,提高芯片集成度。

比如今天苹果发布的 M1 芯片不仅包括了「中央处理器 CPU」,还包括「图形处理器 GPU」、「神经处理单元 NPU」等多个组件,还代替了旧 Mac 上 T2 芯片、内存、输入输出控制器等多个元器件的功能。(见图9)

在做足了分手的一切准备工作后,今年 6 月 23 日,苹果在 WWDC20 全球开发者大会上正式开启了自己的换「芯」计划。(见图10)

换「芯」最大的挑战,是让苹果处理器能够顺利运行电脑端的软件。

开发者开发完软件后,需要将代码编译成机器指令,运行软件就是让处理器执行这一条条机器指令,我们把这些指令的集合叫做指令集。

英特尔处理器使用的是复杂指令集(CISC),包括了所有可能用到的指令,非常完善;而苹果芯片使用的是精简指令集(RISC),只包括最常用的指令,重视效率。(见图11)

不同的指令集对应不同的应用程序,如果不解决指令集的问题,为苹果芯片开发程序的工作量相当于重新开发一遍 App,这也是 iPad 版 Photoshop 进展缓慢的原因。

为了解决这个问题,苹果提供两种解决方案:在编译时解决、在编译后补救。

利用 Universal 2,开发者花几天时间重新编译 App,得到包含两套不同指令集的程序,就能分别在英特尔和苹果的两种处理器上运行。(见图12)

而对于没有被重新编译的软件,Rosetta 2 可以在应用安装时将英特尔的指令自动翻译成苹果芯片可以听懂的形式。

最后,针对开发者的切实需要,苹果还提供软件 Virtualization 来方便新电脑运行 Linux、Docker 等开发环境。(见图13)

在这些工具的帮助下,苹果处理器上的应用生态也会逐渐丰富。接下来就可以开始计划的第二步了:同时发售自研处理器和英特尔处理器两种电脑。

在更高性能、更好产品形态和 iOS App 的吸引之下,用户会逐渐转向苹果处理器的设备,而使用英特尔处理器的电脑仍将获得四五年的系统软件更新支持,这是切换平台的最后一步,逐步终止对旧设备的支持。

这就是苹果一直在追求的生态,也是它更换芯片的究极原因:一次性打通三个平台,让 iPhone、iPad、Mac 运行相同的软件。

这意味着你可以用 Mac 玩王者荣耀,也可以在 iPad 上运行完整的 Photoshop 了。(见图14)

庞大的用户数量将催生出优秀的 App,优秀的 App 又会吸引更多用户。这些用户可以摊平处理器的研发成本,让苹果的产品一直在性能上领先竞争对手,形成良性循环。这些用户还会为苹果的订阅服务给苹果源源不断地付费,提供源源不断的利润。

当然,这一切只是苹果的计划,能否得到市场的认可还是未知数。对于苹果来说,这一转换过程才刚刚开始。(见图15)

它需要研发出足够强大的芯片,需要让同一个 App 可以被两种处理器执行,需要倾尽全力才能在计划的两年内完成过渡。

对于苹果来说,这将是艰难的一步,但对于用户来说不是。

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参考资料:

[1] Intel Tick-Tock Model.
[2] Intel® Core™ i9-8950HK Processor.
[3] Intel. (2016). 2016 Annual Report.
[4] AnandTech. (2018). Intel Delays Mass Production of 10 nm CPUs to 2019.
[5] Apple. (2020). Apple Event — November 10.
[6] Apple. (2020). 苹果WWDC20全球开发者大会.
[7] 极客湾 Geekerwan. (2020). CPU满载功耗.
[8] Benchmark. (2020). Mac Benchmarks.
[9] Benchmark. (2020). iPhone, iPad, and iPod Benchmarks.
[10] CPU Benchmarks. (2020). AMD vs Intel Market Share.

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《为什么世界不会失控》(美.阿德里安.比赞)

前言

生存或是死亡,这并不是重点所在。生命是自然界俯拾皆是的现象,广义来说,能自由改变的“运动”都可视为生命。

每一次移动、流动或是冲撞都展现出更容易运动的趋势,并通过改变运动的结构、路径和节奏来保证持续运动。无论是在有生命的还是无生命的领域,这样的演进过程与运动的终结(死亡)都是自然的。

问题在于从物理学的角度来看,生命是什么?为什么会存在生命、死亡以及演化?

我会在《为什么世界不会失控》这本书中回答这个问题。事实上,如果我不知道答案,我甚至无法清楚地表达“生命是什么?”这个问题。

简单来说,每一个自发进行的事件,在每一个地方以及每一时刻都是属于大自然的(希腊文中的自然就是物理)通过人类平凡而渺小的视角,每一样事物都遵循着物理定律。

这里所说的物理定律,人们多半在中学时代已经学过,这些定律即便是不同时代的人也能理解。

在大自然中,除非被推动或被拉动,否则原本静止的东西是不会运动的。无数个来自自然界的“引擎系统”生成了运动的能量,而这些引擎所需的燃料以多种不同的形式存在,例如食物供给动物,汽油供给汽车,太阳能供给大气与海洋环流,以及地球上所有水的循环。一旦运动开始,动力就会立刻耗散——能量会因“刹车系统”而耗散,进入并影响原先试图阻止运动的周围环境。引擎系统和刹车系统是两种和地球一样古老,存在于大自然中的概念。

生命和演化的现象,其实是能量的产生和耗散如何共同促进地球上所有物体的运动,包括有生命的和无生命的,诸如河流、风、动物、人类和机器。这是一种独特的现象,同时也是物理学的第一原理,也就是“建构定律”。

若要从物理的角度来探究生命问题,就要在达尔文对生命的描述中注入物理的理论。在那些主流描述中,物理学是缺失的。

让我们来看看为什么需要将物理学纳入讨论。某些东西在一个区域内移动并扩散(例如动物、瘟疫、河流、矿物开采或是新闻),它们的扩散过程符合著名的S形曲线现象(S-curve phenomenon):一开始,增长得很慢,随后变快,最后又趋于缓慢。一些已存在的范例说明了S形曲线现象来自于竞争、生存与资源的争夺、繁殖率、地域性和机会等等。

但这是根据物理学的哪个定律呢?生存与资源
的争夺、繁殖率和三角洲流域附近的支流分布、雪花的形状或是一篇科学期刊的引用次数之间到底有着怎样的关系?

从物理的角度切入,生命和演化的现象乍一看似乎与直觉相悖。关于地球生命的未来,与其认为最后会消亡,不如来看物理学的“建构定律”提供的另一个相对乐观的看法,这也是我为何要写这本书的理由。下面让我来举些例子。

这个世界的能量和水是不会用完的。撒哈拉沙漠拥有充足的太阳能,而刚果则有充沛的降雨。为了可以持续运动(或者说,达到
可持续生存),这个世界需要将有用的能量和可饮用的水,顺利导入人类的居住地。这意味着在缺乏电力的地方需要建设各种各样的电
,而干旱的土地则需要不含盐分的水。

没有人愿意减少燃料的消耗,因为没有人喜欢贫穷胜过富裕,也没有人喜欢死亡胜过生命。争辩消耗燃料对环境的不利影响,就等于争辩要减缓运动,也就是削减生命本身。

燃料一向以特定的阶层结构在消耗,而这种阶层结构在运动中随处可见,从流域到全球空中运输,都是以阶层结构组织的,都是少数大的(河道或飞机)带动多数小的一起流动。

在地球上,任何事物运动形式的演进,包括人类的,都会自然趋向阶级分层的结构。这个世界拥有精妙的结构,其上堆砌着各种阶层结构的“流域”,少数的大渠道伴随着许多的小渠道,它们互相依赖、彼此协助,才能有效、持久地发挥作用。

同时具备快、慢的流动方式会优于只有快或慢的单一方式。流速快的是数量少的大渠道,流速慢的则是数量多的小渠道,如此就能有效率地让水流遍整个区域。我们可以发现这种阶层结构自然而然地出现在各处,包括都市里的交通运输线路、肺部的氧气输送,以及大脑各区产生不同的快慢反应。

这个世界并未失控,为什么?因为在一个有限范围内,每一个正在扩展的流动现象都注定会遵守S形曲线的成长。初期,流动的扩展速度较慢,到了成长时期,扩展的速度会变快,但最后成熟期的扩展速度又会下降。在任何流动的扩展过程中,都不会出现“指数”或“爆炸”型的增长。

世界的复杂性并不会在发展中逐渐失控。因为复杂性是稳定且可预测的,就如人类肺部的23根支气管。当然,越大的肺部或越大的流域也会显得越复杂,因为它们的阶层建构在更大的空间内。纽约市的交通运输比英国杜伦市的交通复杂得多,但是这些复杂的交通并未失控;如果真的失控了,其中的任何一种流动,无论大小都会终结。

物体的尺寸大小关乎速度、效率,以及更长久的生命,这在许多事物的运动中都能见到:动物、飞机、河流、气流、滚动的石头和漩涡,我们在各种技术与体育运动中都目睹了这样的演化过程。

举例来说,如今的商用飞机已经演化得像鸟一样:更重的飞机会配备更大的引擎,并能负载更多的燃料,机翼和机身趋向等长,飞行
距离和飞行时间都会更长,并且机身也更大。

『洗濯垢污,顯明清白』,這兩句是經文。下面,《合贊》的解釋,「見愛煩惱,譬如垢污」,見是見惑,愛是思惑,就是見思煩惱,染污,「空慧能除,亦如洗濯。除邪顯正,故曰顯明。以護法城,故曰清白;超諸毀謗,故曰清白」,清白有兩個意思。我們前面學到這個地方。《合贊》裡頭有句話說,空慧能除,能除見思煩惱。知道一切法是空的,一切法都不可得,見思煩惱很容易放下,所以說空慧能除。因為見思煩惱是六道輪迴的根,只要有它,六道輪迴這個幻相就像夢境一樣,它不會消失,雖然它剎那生滅,這個幻相相似相續,這是它的真相。

  現相,六道、十法界這個相是阿賴耶所變的,阿賴耶是能變,六道十法界是所變。如果它沒有變,那就是一真法界,也就是說,一真法界是從自性裡頭變現出來的,是法性身、法性土,法性沒有生滅的現象。阿賴耶的相分叫法相,叫法相唯識宗,阿賴耶是生滅相,所以它是妄心。六道凡夫用心用妄心,十法界也用妄心,這叫迷,把真心迷失了,不是真的失掉,是迷了,完全用妄心。四聖法界他用得正,接受佛陀的教誨,雖然是阿賴耶當家,阿賴耶聽從佛陀教誨,完全落實。所以你看他那個相很像佛,天台大師叫他做相似即佛,他不是真的。什麼叫真佛?用真心就叫真佛。我們現在如果學會用真心,現在就成佛了;用妄心,那就是眾生,六道眾生,還包括十法界的眾生。

  怎麼叫用真心?真心沒有妄想,也就是沒有起心動念,起心動念叫妄想,沒有起心動念,沒有分別,沒有執著。睜開眼睛看外面的色相,看得清清楚楚、明明白白,這是智慧,自性本具的智慧,在眼根起了作用,叫見性見;如果加上阿賴耶,那叫見識見。因為有了阿賴耶,你看,第七識執著,第六識分別,眼識,其實眼識那個識字是第六、第七。眼的作用是見,它只是見,像照相機一樣,把外面的東西照得清清楚楚的,它沒有起心動念,它沒有分別,也沒有執著。它把它送到第六識,第六識分別,送到第七識,第七識執著,送到阿賴耶,阿賴耶儲存做檔案,麻煩就是它們三個。耳,耳識它只管聽,它沒有分別、執著,它把它送到第六,耳分別,送到第七識,第七識執著。叫妄心,全是假的。

  阿賴耶是個什麼樣子?佛問彌勒菩薩,問的,我這裡以前寫的一份資料,「佛問彌勒:心有所念,幾念幾相識耶」。這裡頭問了三樁事情,有幾個念?有幾個相?相是物質現象;有幾個識?識是什麼?受想行識。受是前五識,前五識只接受,想是第六意識,第六意識分別,第七識執著,第八識儲存種子。這句話問的就是經上講的五蘊,色受想行識,幾相,相就是色法,識就是受想行識,行是念念不間斷,相似相續。那彌勒菩薩回答的,說一彈指,「一彈指有三十二億百千念」,百千是十萬,三十二億乘十萬,三百二十兆一彈指;阿賴耶的生滅,在一彈指當中就三百二十兆。這個現象就在眼前,日夜都沒有中斷過,我們一點覺察都沒有,沒有絲毫感覺,它這麼快的速度。

  一秒鐘能彈幾次?有人告訴我七次,我相信,一秒鐘有人能彈七次的。那再乘七,三七二千一百兆,一秒鐘二千一百兆次的生滅。生滅頻率這麼高,我們看不到,完全沒有感覺。這是事實真相,大乘教裡講的諸法實相,無論是物質現象、精神現象、自然現象,都是在這個高頻率所產生的幻相。這幻相是什麼?整個宇宙。整個宇宙的出現,一念,這一念就是二千一百兆分之一秒,叫一念。佛經裡頭有科學。這個一念我們能不能捕捉到?現在科學家只相信有,捕捉不到。現在科學的能力能夠捕捉到一千兆分之一秒,這他們捕捉到了,二千一百兆分之一秒還沒有達到。我們相信科學技術不斷在進步,二、三十年之後肯定可以達到。有這種能力,科學家從儀器當中看到諸法實相。今天,物質的實相,真相見到了。

  德國的科學家普朗克,愛因斯坦的老師,一生研究物質,物質到底是什麼東西?用的方法跟佛經上講的相同,就是分析,一個分成兩個,兩個分成四個,四個分成八個,一直分下去。分到空了,佛說再分沒有了,那就是最小的物質,基本的物質,這個東西被科學家發現了。八十年前,科學家發現原子,認為那是物質最小的,不能再分。隨著科學儀器的進步,能把原子打破,看到原子裡頭有原子核、有電子、有中子,還是可以分。再一個一個的把原子核打破、把電子打破、把中子打破,出現了許許多多更小的物質現象。他們叫基本粒子,基本粒子有幾十種。再把這些基本粒子個個再擊破,稱為夸克,也有幾十種之多。夸克再把它打破,沒有了,打破就沒有了,就虛空了,這就是最小的。他們叫微中子,或者叫中微子,都可以,這是最小單位。就是佛經上講的極微色,微細,色相的色,色就是物質,極微色,也叫鄰虛塵。它跟虛空做鄰居,它不能再分,再分就沒有了,再分就是虛空。科學家把它再分,果然是虛空。

  科學家這個實驗成果現前,向全世界宣布,世界上根本沒有物質這個東西的存在,物質是假的。是在這種高頻率之下,是什麼東西?念頭,是念頭波浪這個波產生的幻相,它不是實在的。它存在的時間就是二千一百兆分之一秒,單位是兆。它沒有辦法存在,你說我們講一秒鐘就夠快的了,一秒鐘的二千一百兆分之一,怎麼能掌握到?所以《金剛經》上講得好,「凡所有相,皆是虛妄」,「一切有為法,如夢幻泡影」,它的真相,「如露亦如電」,像閃電,像露水,太陽一出來就沒有了。物質是假的,不是真的,六道輪迴是物質現象,十法界也是物質現象,不是真的。

  完全明白事實真相了,你才能放下,為什麼?你無法控制。頭一個,身體不是自己,一定要肯定有我,不是沒有我,這個身體不是我。要相信佛所講的。身體是什麼?身體是我所有,附屬品,就像衣服,衣服是我所有的,髒了、壞了換一件。身體也是如此,用個幾年、幾十年不好使了,換一個,不要害怕,沒死,這真正了解事實真相。明白的人,我換個身體,要換一個比現在好,最好是能換法性身體,為什麼?法性不生不滅,沒有生滅的現象,那就是無量壽。

  那是不是真我?不是,真我是自性三個現象裡面顯現出來的。第一個是法身,法身有常樂我淨。我們所希望的,常是長生不老,永遠不衰,就是無量壽。樂,樂是沒有苦,世出世間一切苦它沒有,沒有苦就叫樂。我,那真正是我,我的意思是什麼?他能做主宰,自由自在,自己能做主宰。我們這個身體不行,它不聽話,剎那剎那在生滅,一秒鐘生滅二千一百兆次,一次它也不肯停。我們看到時鐘,看到秒針一秒一秒走,它不停,你要曉得那一秒,我們阿賴耶識裡頭頻率是二千一百兆。它一停就好了,一停就覺悟了,這個現象就沒有了,六道輪迴的相不見了,不但六道不見了,十法界也不見了。現出什麼境界?一真法界,就是諸佛如來的實報莊嚴土。這是從自性變的,與阿賴耶不相干,這沒有阿賴耶,就是轉八識成四智了,這才真相現前。後面一個淨,清淨,常、樂、我、淨。 淨土大經科註 (第四回) 【第89集】https://t.cn/A6brf2wV


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