摘要 : 2006年到2013年期間，AMD和Nvidia在移動平臺的市場競爭中完全失策，他們丟掉全球GPU主要供應(yīng)商的同時，蘋果則一步步取代他們并成為最強(qiáng)大、最主流的GPU處理器的生產(chǎn)者。
2006年到2013年期間，AMD和Nvidia在移動平臺的市場競爭中完全失策，他們丟掉全球GPU主要供應(yīng)商的同時，蘋果則一步步取代他們并成為最強(qiáng)大、最主流的GPU處理器的生產(chǎn)者。本文梳理這段歷史，意在分析蘋果為何仍然可以復(fù)制自己的成功，希望能對科技界帶來一些啟示。
AMD和Nvidia重蹈Intel的覆轍，丟掉移動GPU市場
蘋果在沒有因特爾的協(xié)助下，開發(fā)了移動CPU；在沒有AMD和Nvidia的協(xié)助下，自己開發(fā)了移動GPU。兩次研發(fā)過程中，蘋果的設(shè)計團(tuán)隊(duì)都參考了當(dāng)時已有的處理器：ARM的CPU和Imagination Technology的PowerVR GPU。
20到30年前，PowerVR和ARM均專注于PC。但在PC市場掙扎求生近十年后，兩家公司都決定在移動平臺市場尋求突破。當(dāng)時的移動平臺市場競爭并不激烈，兩家公司獲得了長足的發(fā)展，并都為蘋果2007年第一代iPhone所采用。
憑借蘋果公司大量的資金支持（這歸功于蘋果的盈利能力和經(jīng)濟(jì)大環(huán)境），ARM和PowerVR的技術(shù)水平得以高速發(fā)展，并雙雙超越了當(dāng)年在PC平臺上壓制他們的競爭對手，成為移動平臺的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。
當(dāng)年因特爾未能預(yù)料到iPhone的潛力，忽視了移動市場，讓ARM從一家基礎(chǔ)移動處理器生產(chǎn)商一躍成為智能手機(jī)和平板處理器的主要生產(chǎn)商，而移動GPU市場的歷史也十分相似。
回顧GPU的進(jìn)化史，有助于展望這一市場的未來，也能解釋為何蘋果在過去十年將對手遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在身后——尤其在移動設(shè)備和圖像處理器方面。
GPU的誕生和ATI、Nvidia的壟斷
面向消費(fèi)者的硬件中，最先有專用的圖形處理硬件的是1980年代出現(xiàn)的街機(jī)和家用游戲機(jī)。Commodore的Amiga幾乎就是一臺作為家用計算機(jī)銷售的游戲機(jī)；在1984年蘋果發(fā)布Macintosh電腦之后一年，Amiga就使用了先進(jìn)的圖像和視頻技術(shù)。Mac則開拓了為桌面出版和CAD服務(wù)的專業(yè)圖像處理市場，這成為了當(dāng)年除了游戲之外，購買昂貴視頻硬件的唯一理由。
最初，蘋果公司和其他的PC制造商都自行開發(fā)圖形硬件。后來兩家1985年成立的公司——ATI和VideoLogic，開始向其他PC廠商銷售可提升圖形性能和效果的專用視頻硬件。
ATI在1991年已經(jīng)開始銷售獨(dú)立于CPU的加速顯卡。ATI的視頻硬件對1993年游戲《毀滅戰(zhàn)士》游戲效果的提升，讓其在一個潛力巨大但競爭日趨激烈的新市場中處于領(lǐng)導(dǎo)地位。1993年，AMD和Sun的CPU設(shè)計師成立了Nvidia。次年，一些前SGI的員工則成立了3dfx；兩家公司都瞄準(zhǔn)了迅速發(fā)展的硬件加速圖形技術(shù)。
微軟將游戲（以及廣泛的顯卡支持）作為推銷Windows 95的主要策略。微軟基于硬件抽象技術(shù)DirextX，在與3dfx基于API的顯卡的競爭中一開始處于劣勢，但隨后抽象圖形API技術(shù)取得突破，大批顯卡廠商紛紛倒下，這就像當(dāng)年Windows的出現(xiàn)直接讓大量操作系統(tǒng)退出競爭（當(dāng)然，不包括蘋果）。
3dfx和VideoLogic的PowerVR技術(shù)成了競爭中的輸家。VideoLogic將其技術(shù)授權(quán)給NEC，NEC則使用這一技術(shù)為世嘉公司開發(fā)1998年Dreamcast游戲機(jī)。這一策略取得了成功，VideoLogic決定退出PC顯卡市場，專注于給其他公司提供技術(shù)。在此期間，公司改名為Imagination Techonologies。
3dfx曾是業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)者，現(xiàn)在卻成了一家舉步維艱的公司。3dfx在沒能取得Dreamcast的訂單后被Nvidia收購。于是在90年代末的PC顯卡市場上僅存下兩家公司：ATI和Nvidia。1999年，Nvidia開始推廣其稱之為「世界上首款圖形處理器」（GPU）的GeForce產(chǎn)品，而ATI則把自己的產(chǎn)品命名為「視覺處理器」（VPU）。之后，Nvidia的叫法成為了主流。
蘋果著手GPU市場
90年代中期，蘋果公司還在個人計算機(jī)市場苦苦掙扎。在這一時期，蘋果開始在自己的高端Mac產(chǎn)品中配置第三方顯卡，不再配置自行開發(fā)的圖形硬件。1997年喬布斯回歸后，蘋果進(jìn)一步利用高速發(fā)展的圖形技術(shù)，將ATI的Rage II 3D圖形加速顯卡整合進(jìn)PowerMac G3和次年的iMac中。
在喬布斯介紹Mac OS X的新架構(gòu)時，他特地強(qiáng)調(diào)了蘋果在圖形和GPU上的兩個新戰(zhàn)略。首先，蘋果將不再開發(fā)自己的3D圖像API，轉(zhuǎn)而支持業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)OpenGL。這樣，OpenGL便能夠支持ATI和Nvidia的硬件，讓蘋果公司在其Mac產(chǎn)品線上有兩個GPU供應(yīng)商選擇。
第二，OS X的整個用戶界面都將由Quartz技術(shù)渲染。Quartz的引擎技術(shù)原本是為游戲開發(fā)的，這樣蘋果就能夠?qū)崿F(xiàn)平滑動畫、實(shí)時視頻切換、Alpha透明和陰影以及完全的3D視頻硬件加速。相比于上一代的Mac OS和Windows所使用的2D像素柵格技術(shù)，這是巨大的進(jìn)步。
之前，GPU只用于視頻游戲以及其他需要圖像技術(shù)的軟件，而Mac用GPU讓計算機(jī)更「魔幻」、反應(yīng)更快、視覺更美觀。雖然微軟在游戲體驗(yàn)上遙遙領(lǐng)先，但微軟直到2006年發(fā)布Windows Vista時，才有了水平和蘋果相當(dāng)?shù)膱D像引擎，這也讓蘋果在之前的五年的計算機(jī)市場上獨(dú)樹一幟。
然而在視頻游戲方面，蘋果則遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于微軟。這是因?yàn)橛螒虻闹饕脚_是低端掌機(jī)、家用游戲機(jī)以及高端PC，而后者的技術(shù)——尤其是DirectX和圖像API——完全被微軟掌握。Mac的用戶群相對較小，完全不能吸引游戲開放商到Mac平臺。
因此，高端GPU都只出現(xiàn)在Windows平臺；在Mac平臺上也出現(xiàn)了一個死循環(huán)——沒有高端GPU技術(shù)造成了游戲數(shù)量很少，而缺乏游戲又造成了高端GPU技術(shù)缺失。這進(jìn)一步造成了Mac在依賴圖形性能的用戶中（如高端CAD軟件用戶）采用率較低。
用利潤解決問題：2000-2006
二十世紀(jì)頭十年，喬布斯領(lǐng)導(dǎo)的蘋果用三個策略解決了這些問題。第一個是iPod。iPod大幅增加了蘋果的收入和出貨量，并讓讓蘋果大批量增設(shè)零售店進(jìn)一步銷售iPod，增加產(chǎn)品曝光率。第二個策略是2005年轉(zhuǎn)向因特爾平臺，這讓Mac可以運(yùn)行Windows系統(tǒng)，也讓開發(fā)者可以輕松地把流行的PC游戲移植到Mac上。第三個便是搭載了移動版OS X的iPhone。iPhone的出貨量遠(yuǎn)超iPod，為蘋果帶來數(shù)百億的現(xiàn)金流。
iPod本身是一塊硬盤加上PortalPlayer（一家無廠芯片設(shè)計商）基于ARM開發(fā)的元件。起初蘋果購買了90%的PortalPlayer元件。但PortalPlayer在2006年未能交貨，蘋果放棄了合作，轉(zhuǎn)而把iPod Classic的ARM芯片供應(yīng)交給三星。當(dāng)年，IBM也未能按蘋果的要求交付處理器，蘋果則從PowerPC轉(zhuǎn)到了因特爾平臺。
次年，促使蘋果轉(zhuǎn)向和三星合作的原因又多了一個：iPhone。全世界有能力為蘋果保質(zhì)、保量供應(yīng)應(yīng)用處理器的制造商只有幾家，三星便是其中之一。
三星、德州儀器和因特爾的XScale均有能力生產(chǎn)ARM核心的處理器，以及Imagination的PowerVR移動顯卡。三星之前已經(jīng)作為內(nèi)存和硬盤供應(yīng)商向蘋果證明了自己，而因特爾則沒有選擇與蘋果的合作。
GPU成為iPhone的關(guān)鍵
蘋果放棄PortalPlayer之后，Nvidia收購了這家公司，希望其能再次獲得蘋果的合同。Nvidia打算用即將發(fā)布的Tegra芯片增強(qiáng)媒體播放器的性能。而蘋果的野心則更大。
蘋果的iPhone，并不只是要用CPU運(yùn)行一個為移動端優(yōu)化的OS X系統(tǒng)，還要搭載一個動畫豐富、用GPU加速的UI。這套UI在概念上和之前OS X上的Quartz引擎相似。
由于利用了GPU性能，OS X一開始便領(lǐng)先了Windows整整五年，而新的移動操作系統(tǒng)iOS也遙遙領(lǐng)先其他智能手機(jī)。當(dāng)時，諾基亞的塞班、Palm OS和黑莓還基本上是增強(qiáng)版的PDA和傳呼機(jī)；Sun的JavaME、谷歌的Android和高通的BREW（授權(quán)給微軟）當(dāng)時也只是簡化的JAVA虛擬機(jī)。
在當(dāng)時考慮過把桌面系統(tǒng)縮小、放到移動端的公司只有微軟，而微軟移植的卻是最不適合移動端的桌面UI（還是之前借鑒了蘋果的）——窗口、鼠標(biāo)指針和桌面圖標(biāo)。反觀蘋果——蘋果在把Mac變成iPhone的過程中，唯一沒有移植的便是桌面UI。
重視GPU，讓iOS領(lǐng)先Android
蘋果的「桌面級」移動操作系統(tǒng)和開發(fā)工具需要一塊性能極強(qiáng)的移動處理器，而它們也成了iPhone遙遙領(lǐng)先競爭對手的重要原因。iPhone發(fā)售時市面上的所有移動操作系統(tǒng)都沒能活下來。
iOS高度符合用戶知覺，視覺美觀，圖形環(huán)境富有趣味（歸功于GPU加速），這也是iPhone銷量居高不下的因素。谷歌則完全沒有意識到iPhone成功的關(guān)鍵。
蘋果發(fā)布iPhone后，谷歌把Android推倒重來，試圖模仿iPhone。但谷歌卻忘記了提升圖形效果（就像微軟在Windows上一樣）。這一直到2011年Android 3.0發(fā)布才有所改善——而3.0卻又是一個谷歌為應(yīng)對iPad 3而針對平板電腦發(fā)布的系統(tǒng)。2012年谷歌才針對智能手機(jī)發(fā)布了Android 4.0——這已經(jīng)是iPhone發(fā)布之后的第五年。
iPhone對GPU的重視，也讓iPhone十分適合游戲。從一開始，游戲便是蘋果應(yīng)用商店里的主角，改變了大眾對蘋果「沒有游戲」的印象。iPhone、iPod touch還有2010年的iPad，均作為獨(dú)立的移動游戲設(shè)備顛覆了游戲市場。
AMD、Nvidia在移動GPU上迷失方向
Imagination把其PowerVR技術(shù)瞄準(zhǔn)新興的移動設(shè)備市場，2002年ATI也開啟了Imageon產(chǎn)品線。2008年ATI被AMD收購。AMD在x86市場上要抗擊重新崛起中的因特爾，而把ATI的桌面圖形技術(shù)和AMD的CPU技術(shù)整合，便是AMD戰(zhàn)略的一部分。
2008年，AMD決定放棄Imageon，將其賣給高通。高通將其改名為Adreno并整合到新的驍龍應(yīng)用處理器中。這是高通對之前BREW的「功能機(jī)」戰(zhàn)略的顛覆。做出這個決定無疑是受了iPhone成功整合CPU和GPU的影響。
與此同時，Nvidia正盡全力在桌面圖形技術(shù)上與ATI競爭，導(dǎo)致其完全忽視了移動平臺。后來公司意識到這一問題，開始開發(fā)Tegra——這款芯片本來是為類似iPod的視頻播放產(chǎn)品準(zhǔn)備的。2006年，有傳言稱Nvidia獲得了蘋果的訂單，但結(jié)果Nvidia的Tegra到2009年才實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。2009年是iPod touch發(fā)布后兩年，微軟在這一年推出了采用了新芯片的Zune HD。
蘋果開始設(shè)計定制移動芯片
當(dāng)時，在組件內(nèi)部的芯片設(shè)計團(tuán)隊(duì)上，蘋果已經(jīng)投入了大量人力物力。2008年蘋果收購PA Semi，并秘密取得了架構(gòu)授權(quán)，使得蘋果不僅可以進(jìn)行CPU和GPU的外圍設(shè)計，還能對核心做出重要定制。
三星作為蘋果的芯片供應(yīng)商繼續(xù)為部分iOS設(shè)備生產(chǎn)組件，但是三星自己也在為其他公司生產(chǎn)ARM芯片。這些ARM芯片一般搭配的是基礎(chǔ)的圖形處理器，而不是蘋果訂購的更昂貴、性能更好的PowerVR GPU。
基礎(chǔ)的圖形處理器就是指ARM Mali，這是挪威大學(xué)的GPU項(xiàng)目，取名為Falanx。其后資金耗盡，于2006年賣給ARM。
三星輕視自家芯片
盡管三星從2006年開始一直為蘋果的iPod提供ARM芯片，2009年，三星給自己的模仿iPod的產(chǎn)品M1選擇了Nvidia的Tegra。
同年，三星發(fā)布了塞班系統(tǒng)的Omnia HD旗艦手機(jī)，回應(yīng)已經(jīng)發(fā)布了六個月的iPhone 3G。三星沒有使用自家芯片，而是使用了德州儀器的OMAP 3，這款芯片搭載了新一代Cortex-A8 CPU和PowerVR SGX530圖形處理器。新的Palm Pre和谷歌的Android 2.0旗艦?zāi)ν辛_拉Droid也使用了OMAP 3.
當(dāng)時，很多人認(rèn)為iPhone 3G會敗給某款使用德州儀器OMAP 3芯片的手機(jī)。蘋果使用的三星芯片，采用的是較早的ARM11 CPU和PowerVR MBX Lite圖形處理器。然而，當(dāng)年夏天蘋果發(fā)布了3GS，使用了更先進(jìn)的SGX535 GPU，保持了iPhone硬件在智能手機(jī)中的領(lǐng)先地位，也提供了一套超越Android競爭者的、為GPU優(yōu)化的UI。
蘋果的A4 vs. 三星的5款CPU、GPU
2010年年中，蘋果發(fā)布了與三星合作制造的A4。蘋果在初代iPad和iPhone 4中使用了這款芯片，三星則把它放在了初代Galaxy S、Nexus S和Galaxy Tab上。
三星模仿iPad的平板電腦在11個月之后才面世，但三星趕在iPhone 4之前發(fā)布了兩款智能手機(jī)，讓三星作為蘋果的芯片供應(yīng)商獲得了主場優(yōu)勢。
三星的設(shè)計基本都基于蘋果產(chǎn)品，Galaxy S在外觀上和iPhone 3GS十分相似，這最終讓蘋果訴諸法律，請求法院停止三星抄襲其設(shè)計。
次年，蘋果為Verizon網(wǎng)絡(luò)發(fā)布了一款CDMA版的iPhone 4. 這款iPhone 4使用了相同的A4處理器，只是把原先的Infeneon基帶處理器換成了高通的，并沒有影響到開發(fā)者和用戶。
反觀三星——在Galaxy S之后，三星發(fā)布了5款子產(chǎn)品，而每款都使用不同的CPU和GPU。這其中包括兩代高通驍龍?zhí)幚砥鳎煌腁dreno圖形處理器；一款愛立信CPU，配合ARM Mali圖形處理器；博通CPU，搭配VideoCore的GPU。5款相同品牌的子產(chǎn)品中，共有四種CPU架構(gòu)和GPU設(shè)計（每個GPU的性能都完全不同）。
蘋果A5 vs. 更多的三星CPU、GPU
2011年3月，蘋果發(fā)布iPad 2。iPad 2 采用了A5雙核處理器和SGX543雙核圖形處理器。在發(fā)布會上，喬布斯特意強(qiáng)調(diào)蘋果是第一家能夠量產(chǎn)雙核平板電腦的公司，而且iPad 2新的GPU功耗和A4相同，圖形性能卻提高了8倍。
谷歌當(dāng)時則剛剛發(fā)布了針對平板的Android 3.0 Honeycomb，摩托羅拉搭載Nvidia新Tegra 2 芯片的Xoom平板使用了這一系統(tǒng)。
三星也發(fā)布了自己的Android 3.0平板，Galaxy Tab 10.1。讓人難以理解的是，這款平板上使用的也是Nvidia的Tegra 2芯片，而不是三星自家的芯片。
三星并沒有用產(chǎn)品回應(yīng)蘋果新的A5處理器，而是使用低端的Mali圖形處理器開發(fā)了自己的Exynos 4。三星把這款芯片用在了Galaxy SII的其中一個版本上。Galaxy SII也有三個不同版本：第一個使用了OMAP 4和PowerVR圖形處理器；第二個使用了博通和VideoCore的芯片；第三個使用了驍龍 S3和Adreno圖形處理器。
GPU碎片化影響Android硬件廠商
在蘋果為一個GPU架構(gòu)優(yōu)化iOS的同時，光在三星的旗艦機(jī)里，谷歌的Android就需要支持至少5個不同的GPU，此外還有三星的其他機(jī)型和來自小廠家的設(shè)備。
因?yàn)樘O果的大部分平板和手機(jī)產(chǎn)品都基于同一個圖形架構(gòu)，這使得蘋果有能力在下一代圖形技術(shù)上進(jìn)行更多的投入，而不是把資源都耗在支持采用不同架構(gòu)的、在銷量較低的設(shè)備上。
另外，因?yàn)閮r格原因采用最好的GPU的Android產(chǎn)品經(jīng)常銷量最低。這逼迫谷歌和其伙伴只能為「最小公分母」進(jìn)行優(yōu)化。而高端產(chǎn)品則由于銷量很低，不值得進(jìn)一步開發(fā)。
基于OMAP的產(chǎn)品的一系列失敗，是2012年德州儀器決定退出消費(fèi)者市場、停止開發(fā)的原因之一。Nvidia之后也退出了智能手機(jī)市場。
蘋果設(shè)備的銷量驅(qū)動了其投資開發(fā)新的高端GPU技術(shù)，而大部分Android設(shè)備均是搭載了Mali圖形處理器的低端設(shè)備。盡管發(fā)貨量大，市場還是需要新的廉價Mali芯片，以為未來的低端產(chǎn)品使用。
蘋果的A5X和A6：速度快，不便宜
這種趨勢，在第二年更加明顯。這一年蘋果發(fā)布了的2048*1536視網(wǎng)膜屏幕的「新iPad」，搭載了A5X處理器和四核PowerVR SGX543MP4 GPU。當(dāng)年秋季，蘋果發(fā)布了iPad 4，其搭載了一款性能更強(qiáng)的A6X處理器和新的PowerVR SGX554MP4 GPU。新款 iPhone 5使用了A6處理器，圖形性能也比之前的A5提升了一倍。
蘋果在推動高端市場，而谷歌和其Android合作伙伴則在2012年迅速降價專注低端市場。谷歌的Nexus 7搭載了Tegra 3芯片，這款產(chǎn)品為199美元的低價做出了大量犧牲。這也讓Nexus 7的軟件層面存在各種瑕疵，而這些問題在發(fā)布一年之后才得以重視。
然而，科技媒體紛紛贊揚(yáng)Nexus 7（包括2013年版）的低價，更讓Android平板價廉、質(zhì)劣的形象在消費(fèi)者心中根深蒂固。而蘋果的產(chǎn)品在消費(fèi)者中的形象則是：價位較高，但性能可靠、軟件支持好、畫面流暢，因?yàn)樘O果不會使用低端組件來壓低價格。這形成了鮮明的對比。
蘋果的A7、A8：64位Rogue 6架構(gòu)GPU
蘋果順理成章地發(fā)布了帶有A7處理器的iPad Air。新產(chǎn)品在不犧牲續(xù)航的基礎(chǔ)上，有64位處理器性能，且機(jī)體更薄。GPU性能的大幅提高，讓蘋果不再需要為iPad專門生產(chǎn)芯片；這樣讓蘋果公司更專注于轉(zhuǎn)向64位，擴(kuò)大蘋果產(chǎn)品在性能上的領(lǐng)先優(yōu)勢。
A7的發(fā)布讓谷歌改變了廉價產(chǎn)品策略。2014年谷歌的Nexus 9只有一個選擇（德州儀器的OMAP已經(jīng)退出市場）：Nvidia的Tegra K1。選擇這款處理器意味著谷歌必須把價格翻倍，定為399美元，而市面上有些廉價的Android平板甚至只要50美元（質(zhì)量都很差）。
同時，蘋果推出了新的API：Metal。很多優(yōu)秀的開發(fā)者都利用了這套新的API開發(fā)新應(yīng)用。Metal可以讓游戲和其他需要圖形性能的應(yīng)用繞過OpenGL，利用蘋果64位處理器的強(qiáng)大GPU。
蘋果在圖形處理速度上有很大優(yōu)勢，在移動游戲方面尤其明顯；而Metal則讓優(yōu)勢進(jìn)一步增加。
去年，暴雪發(fā)布了《爐石傳說：魔獸英雄傳》iOS版。游戲的總監(jiān)Jason Chayes接受Gamespot采訪時，說了為何游戲移植到Android平臺上十分困難。
「屏幕分辨率太多，設(shè)備性能差別也很大——要保證我們的游戲界面的質(zhì)量，以上這些全得考慮。」
雖然蘋果的GPU優(yōu)勢在游戲上體現(xiàn)地最明顯，蘋果公司也展示了一系列圖形編輯、視頻剪輯應(yīng)用，以說明Metal不僅可以提升性能，也可以讓移動設(shè)備做很多之前不能完成的任務(wù)。
AMD和Nvidia未來何在？
Nvidia的最新平板芯片能「差不多」達(dá)到蘋果A8X的性能，但在Nvidia在現(xiàn)在和可預(yù)見的將來都沒有手機(jī)產(chǎn)品，這是Nvidia不愿意看到的。
同時，AMD不僅缺少移動GPU，還幾乎沒有市場份額。AMD的位置甚至在因特爾之后，至少因特爾在補(bǔ)貼硬件廠商讓他們使用因特爾產(chǎn)品。（造成了每年400億美元的損失）
世界上影響力最大的兩個的GPU廠家，AMD和Nvidia，還有兩個微處理器的發(fā)明者因特爾和德州儀器，全都幾乎被蘋果逐出了移動市場——現(xiàn)在市場中只有低端零件廠商，和蘋果高端、高銷量的iOS設(shè)備競爭——這無疑發(fā)人深省。
這也說明，無論蘋果的下一步動向是什么，都應(yīng)該對其密切關(guān)注——至少要比虛張聲勢、假模假樣的三星、微軟、谷歌和Nvidia要更認(rèn)真。需要擔(dān)心的不只是高通——未來會證明這一點(diǎn)。
京公網(wǎng)安備 11010502049343號