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中二病晚期の物語
我们一直都在为梦想而努力着。

苹果放弃英特尔芯片,为什么会打击美国计算机产业?

今年6月22日,苹果公司在一年一度的全球开发者大会 WWDC 上,宣布彻底放弃英特尔公司(Intel)的 CPU,改用自己设计的 ARM 芯片。

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苹果为什么要这样做。主要原因是,整个苹果战略是围绕移动端(iPhone)构建的,它现在想把移动端和桌面端合成一个生态,自己完全控制所有硬件和软件,不愿再让 CPU 这样的核心部件受制于英特尔了。

今天接着往下谈,这个”换芯”决定有什么后果。

表面上看,这是苹果公司的”家务事”,但是实际上牵动各方的利益,产生一系列的连锁反应,动摇长久以来主导行业的 Wintel 联盟,甚至会影响到美国的竞争优势。

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一、英特尔的反应

苹果宣布换芯以后,英特尔仅仅发了一个简短的声明

“苹果公司与我们有多个业务领域的合作,我们将继续为他们提供支持。……我们相信,基于 Intel 的 PC 将为全球客户提供最佳的体验。”

言下之意,这只是一件小事,不用大惊小怪。市场似乎也同意这种观点,英特尔股价当天小幅下跌,没过几天又涨回去了。

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为什么英特尔觉得影响不大?

因为它的利润主要来自服务器 CPU,2019年占到利润总额的一半。个人电脑 CPU 的利润只占到三分之一,而 MacOS 只占全世界桌面操作系统市场的17%,这样一算,失去苹果公司这个大客户,利润只会损失5%左右,甚至还不到(因为苹果是大客户采购,把价格压得很低),确实影响不大。

但是,这种计算是静态的,没有考虑市场未来的变化。

二、Mac 电脑的未来

现在的局面是,MacOS 和 Windows 统治了桌面操作系统。MacOS 在专业用户(比如程序员和设计师)中比较流行,Windows 在大众用户中比较流行。

Mac 电脑的 CPU 改成 ARM 架构以后,估计有以下几个提升。

  • 体积更加轻便。
  • 续航时间进一步延长。
  • 与移动设备(iPhone 和 iPad)融为一体。手机 App 可以直接在桌面电脑运行,产生更多意想不到的玩法。
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这几个提升都有助于提高市场份额。唯一的缺点是,ARM 架构的 CPU 性能不如 x86,Mac 电脑的性能可能因此有所下降。

但是,对于普通用户来说,电脑性能只有游戏时才重要,日常使用是察觉不到的。Mac 电脑本来就不受游戏公司的青睐,游戏市场份额几乎是零。所以,Mac 的性能下降应该对总体销售没有影响,只影响少数高端的专业用户。

综上所述,Mac 换芯会促进销售,进一步扩张市场份额,对 Windows 形成压力。

三、Wintel 联盟

Windows 从诞生的第一天,就跟英特尔公司的 x86 芯片绑在一起。

1980年,IBM 公司推出自家的个人电脑时,做出了两个历史性的决定。第一个是操作系统外包给微软公司的 MS-DOS 系统(Windows 的前身),第二个是 CPU 采用英特尔的8088芯片。

8088的上一版就是8086芯片,英特尔因为8086芯片创造了一套新的指令集,后来基于这套指令集,又开发了286芯片、386芯片、486芯片……所有基于这套指令集的芯片,就都统称属于 x86 架构。

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IBM 当年选中英特尔的8088芯片,有一个附加条件,那就是 x86 芯片必须有第二家生产商,不能一家垄断。英特尔只好选了一家叫做 AMD 的小公司,把 x86 指令集授权给它。直到今天,x86 的生产商还是只有英特尔和 AMD 两家。

IBM 的那两个决定,后来被评价为历史上最愚蠢的商业决定之一,没有成就它自己,而是成就了微软和英特尔,使得它们成为个人电脑时代的两大赢家,称霸操作系统和处理器领域。它们连在一起,就被称为 Wintel 联盟。

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四、微软的 ARM 尝试

移动设备的出现,动摇了微软和英特尔的霸主地位。因为移动设备芯片必须耗电少、发热小、成本低,这些条件只有 ARM 架构才能满足, x86 架构全部不具备。

微软由于跟英特尔绑在一起,所以这两家公司一起被淘汰出移动设备市场,一点市场份额都没有拿到。微软看到这种苗头,从很早开始,就想着支持其他的 CPU 架构。

1996年,微软发布 Windows CE ,支持嵌入式系统。这是微软自从跟英特尔合作后,第一次支持非 x86 的架构。Windows CE 第一版只支持 MIPS 架构,第二版开始支持 ARM 架构。

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2000年,Windows CE 升级成 Windows Mobile,作为微软的掌上电脑解决方案。

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2010年,为了跟 iPhone 和安卓抗衡,Windows Mobile 升级成了 Windows Phone,用户界面和应用程序格式完全改变。

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这几个系统都是微软为 ARM 架构开发的,虽然名字里面有 Windows,但是其实跟 Windows 没关系,只是界面比较相似而已,所有 x86 的应用程序都无法在上面运行,必须为这些系统单独开发。

它们都没有成功,微软在智能手机市场一败涂地,Windows Phone 很快就消失得无影无踪。微软不甘心这样退出,于是改变策略,开始考虑让 Windows 真正移植到 ARM 架构。

2012年,微软宣布” Windows on ARM”项目,正式名称为 Windows RT,并在第一代 Surface 平板电脑首发。

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Windows RT 虽然基于 Windows 8,但是应用程序不通用,只能安装应用商店里面官方的少数几个应用程序,用户大失所望。

2015年,随着 Windows 8 升级到 Windows 10,微软又发布 Windows 10 移动版,开始让 Windows 10 适配 ARM 架构的手机。

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Windows 10 移动版支持 Win32 API,但还是不能直接运行 x86 程序,需要重新开发一下。这个系统很快也失败了。

2019年,微软发布了 Surface Pro X 平板电脑,这是第一台真正可以跑 Windows 10 家庭版的 ARM 笔记本。这时距离微软第一次为 ARM 架构开发软件,已经过去了20多年。

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微软为这台电脑提供了一个 x86 模拟环境,通过翻译层可以直接运行32位的 Windows 桌面软件,但还是不支持64位的桌面软件。更糟的是,模拟环境里面运行的程序,性能都不好,几乎没法用于实际工作。这台平板的高端型号售价一万多元人民币,唯一优点就是便携(ARM 的特性),实用性还不如一台几千块的 x86 架构笔记本,市场反响平平。

通过上面漫长的历史回顾,可以看到,微软其实一直想适配 ARM 架构,无奈迄今为止所有尝试都不成功。但是,它已经距离在 ARM 上顺畅运行 Windows 系统的最终目标越来越接近了。

值得一提的是,苹果在 WWDC 大会上演示 ARM 架构时,用的示例软件就是微软的 Office 办公套件。

微软已经丢失了手机市场,在服务器市场的份额非常微小,如果再输掉桌面市场,公司前景就很不妙。所以可以预言,为了不让 Mac 电脑抢走桌面市场份额,微软一定会奋起反击,继续适配 ARM 架构,最终实现 Windows 可以同时支持 x86 和 ARM 两种架构。

五、英特尔的 ARM 烦恼

如果苹果开始提供质量更好、功能更多的 ARM 笔记本和台式机,微软继续完善 ARM 版本的 Windows 系统,众多的硬件厂商(惠普、戴尔、联想、华硕……)纷纷跟进,发布不同品牌的 ARM 桌面电脑,那么消费者在 x86 和 ARM 之间会怎么选择?

到了那个时候,对于普通消费者来说,可能除了游戏专用电脑,其他场景下 ARM 架构都是比 x86 更好的选择。

如果那样的话,英特尔公司就真的有大麻烦了。

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英特尔不是一家单纯的芯片设计公司,它还有自己的芯片工厂。所有的英特尔芯片,都是自家工厂生产的。如果大众市场转向 ARM 芯片,x86 芯片销量大减,那么英特尔的工厂就会产能过剩。

那时,英特尔的管理层除了设法保住 x86 的销量,还不得不考虑一个令人烦恼的问题了:为了赚更多的钱,要不要也让自家工厂生产 ARM 芯片?

21世纪的头几年,英特尔曾经购买过 ARM 指令集的授权,推出了名为 XScale 的一系列 ARM 芯片。后来,英特尔的高层觉得 ARM 直接威胁 x86 的高利润,ARM 越成功,x86 就越危险。2006年,英特尔就把 XScale 产品线卖掉了。

现在,英特尔又面临着同样的难题:支持 ARM,会进一步打击自家的 x86;不支持 ARM,会错过下一波的市场浪潮,丢失获利机会。

六、美国计算机产业的外流

英特尔工厂是美国境内最先进的半导体工厂,如果它继续抵制 ARM(考虑到英特尔保守的经营风格,几乎必然如此),那么所有的 ARM 生产订单都会被海外工厂拿走。苹果的 ARM 芯片已经确定由台积电生产,高通和 Nvidia 的 ARM 芯片也是由台积电生产的。

这对美国计算机产业是非常糟糕的。美国已经失去了内存记忆体产业、磁盘产业、液晶面板产业、电子零件产业,现在就连 CPU 产业都在离开。按照现在的这种趋势,ARM 计算机的所有零件将都不在美国生产,美国将造不出 ARM 计算机,每一个零件都必须进口。

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制造业的重要性在于,它会产生规模经济和大量的工程技术人才储备,会带动一个地区出现产业集群和完整的供应链。美国正是由于制造业外流,导致它没有动力更新薄弱的基础设施,以及补充数量不足的工程师。

制造业的外流,意味着一个国家正在丧失工具方面的技能。苹果公司 CEO 蒂姆·库克,曾经这样解释为什么苹果公司选择中国来制造电子产品。

关于中国的电子制造业,普遍的观念是那里劳动力成本低,所以才选择在那里建立外包工厂。我不确定他们去的是中国哪个地区,但事实是,中国早在多年前就不再是劳动力成本低的国家。从供应链的角度来看,劳动力成本并不是选择中国的原因,主要原因是中国能够提供的技能。

我们的产品需要非常先进的工具,这意味着整个配套技术都必须是最先进的。这需要很深的工具技能。在美国,你召开一次工具方面的工程师会议,我不知道能不能坐满一个会议室,但在中国,可以坐满多个足球场。

一个国家只要掌握了制造方法,哪怕只是组装方法,它就迟早会诞生自己的独立品牌,向产业链更高端的部门扩展。中国的手机产业就是一个最好的例子。以后,即使美国想重新发展制造业,也会由于成本原因而困难重重,美国的出厂价是60美元,中国的出厂价只要20美元,这就很难竞争了。

从这个角度看,ARM 设备正在崛起,而美国不生产 ARM 芯片,导致芯片产业外流加重,对美国计算机行业的长远竞争力是非常不利的。

七、半导体行业的格局

世界上的芯片公司可以分成三类。

第一类,同时设计和生产芯片,比如英特尔和三星。

第二类,只设计芯片,没有自己的工厂,生产全部外包,比如苹果、AMD 、 Nvidia、高通、华为、联发科。

第三类,没有自己的芯片,只负责生产别人设计的芯片,比如台积电、联电、中芯国际。

目前,台积电是世界最先进的芯片生产公司,拥有超过50%的市场份额。它的生产工艺现在是7纳米,已经可以做到5纳米量产,正在研发3纳米。按照市值计算,它是世界最大的半导体公司。

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英特尔的生产工艺比台积电落后两代,现在是14纳米。这也是英特尔芯片表现不佳的一个重要原因。所以,尽管英特尔公司的利润超过台积电、Nvidia、AMD 的总和,但是股价增长缓慢,市值已经被 Nvidia 超过,让出了美国最大半导体公司的宝座。

台湾的半导体产业是非常强的,也许是世界最强。台积电是台湾公司,Nvidia 的 CEO 黄仁勋、AMD 的 CEO 苏姿丰、中芯国际的创始人张汝京都是台湾人,更不要说整个半导体行业有无数的台湾工程师。很多人说台湾没有石油,但是台湾有 CPU,而石油正变得不那么重要,价格已经低迷很长时间了。

苹果的换芯决定,实际上会削弱美国,而加强台湾的重要性。正在因为看到了这一点,2020年5月,美国强迫+引诱台积电在亚利桑那州建造一座新工厂,耗资120亿美元,2024年完工后将能够生产5纳米芯片。

八、总结

苹果放弃英特尔,改用 ARM 架构的 CPU,可谓”一石激起千层浪”,有些长远的影响,现在还很难判断。

可以肯定的是,接下来几年,桌面电脑会有迅速的革新,引发计算机市场格局的重新洗牌,各大巨头此消彼涨。其中包含和孕育了许多新的机会,值得我们仔细观察和把握。

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中二病晚期

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一个沙雕UP主的杰作

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2020-08-06