科技历史上的一次成功迁徙:苹果换“芯”

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在科技的历史上,也有无数的迁徙,有无数的死亡,幸存者踏着死亡者的尸骨,艰难跋涉,共同创造了我们现在这个繁荣的科技时代。迁徙失败者如Plam,如康柏,如Nokia,留给我们的是回忆,是遗产。物竞天择,适者生存,迁徙成功者带给我们的是科技的繁荣。

  1 苹果宣布换“芯”

  时光回到2005年的6月6日,刚刚接受完手术,略显憔悴的乔布斯心高气满的登上了WWDC舞台,用他一贯平静且具有煽动性的语调告诉台下的观众:苹果公司决定将整条Mac产品线从PowerPC芯片迁移到Intel芯片上。台下的观众一如既往的掌声雷动。

  2 两种CPU架构

  为什么换一个CPU就会让台下的观众如此的疯狂呢?这个要从最开始的地方说起。

  在1965年,有一个叫摩尔的化学博士,随便发表了一片文章,这片文章没有实验,没有论证,没有公式,只有预测,他预测在至多十年内,集成电路的集成度会两年翻一番。后来又修正成每18个月翻一番。虽然这个预测令人难以置信,但是,几十年来,IT行业竟然始终遵循着摩尔定律预测的速度。这个化学博士随后创立Intel公司,一个叱咤风云五十年的公司就这样诞生了。

  Intel刚刚诞生的时候,作为一个新公司,远没有现在这么呼风唤雨,Intel大多数时候都是卖内存,偶尔能造一下CPU,相比于CPU,内存是一种低技术含量的东西。但是这并不妨碍Intel对外宣称自己是CPU厂商。

  一家伟大的公司,就像草原上幸存的角马一样,需要的可不仅仅是实力,还需要很好的运气。在1981年,IBM开发出了第一台个人电脑,一下子捧红了两个合作伙伴,一个是微软,另一个就是Intel。当时IBM并没有太看重个人电脑这个小玩意儿,随手就把CPU设计的任务交给了Intel,当时Intel举全公司之力,甚至不惜关掉自己的内存部门,全力设计8086这款CPU,这款CPU以及后面的几款CPU,奠定了目前市场上的主流框架之一x86框架。

  3 两种架构的优点缺点

  因为CPU架构这个知识太重要了。尤其是关注我微信公众号的程序员们,一定要知道CPU的架构是怎么回事儿。如果作为一个程序员你都不知道CPU的架构,那你和项目经理有什么区别?

  远在Intel成立之前的十几年,CPU的理论就开始发展并且完善,市场上也做出了各种各样的CPU。但是CPU随着理论研究的深入,越深入就越复杂,也越难以制造。市场的需求是CPU越快越好,这个毫无疑问的,CPU快慢取决于两个方面,一个是CPU本身硬件上够不够快,另一个取决于编译器够不够快。如果CPU硬件本身够快,但是编译器很烂,相当于法拉利开上了泥巴路,有劲也使不出来。

  不幸的是,当时就遇到这种情况,编译器生成的机器码不好,执行的效率远没有人手工写的机器码好。事物的两面性,手工写机器码,快是快,但是太难了,也太繁琐了。这就是一个巨大的矛盾,用我们政治书上学的话就是:人民群众日益增长的物质需求与落后的编译器之间的矛盾。

  有困难,就得想办法解决。那怎么办呢?当时想出的一个方法是,CPU硬件里加入更高级的指令,让一条高级指令相当于几条低级指令。写一条高级指令,相当于10条低级指令。这样手写机器码的时候,总是方便一些的。

  人民群众的智慧是无穷的,这种方法相当于毛主席讲一句话顶一万句,高级指令一句话顶10句。有了指导思想,这些CPU设计厂商,把芯片的逻辑设计的越来越复杂,硬件上复杂了,支持了高级指令,手写指令的痛苦相应的也就就减小了。

  所以,这最终还是个取舍的问题,硬件上复杂了,软件上轻松;软件上复杂了,硬件上轻松。有没有软件硬件上一起轻松的?抱歉,还真没有。当时不少CPU厂商就卯足了劲,不到南墙不回头,死磕硬件的逻辑电路,怎么复杂怎么来,尽量让软件方面简单,让程序员手写机器码的难度降低。

  此一时彼一时,三十年河东三十年河西,到了20世纪70年代,计算机行业有了长足的进步,内存变大了,也便宜了,更重要的是,编译理论取得了突破,编译器编译出来的代码,和人工手写机器码的性能已经是伯仲之间。越来越多的人意识到,以后不可能再让人手写机器码,比如说,我想包括我在内的听众,应该没有人可以手写机器码来编程的。都是使用编程语言,然后让编译器生成机器码,根本不用再手写机器码了。

  既然编译器这么厉害,不用手写机器码了,那软件方面的压力已经减小了,是不是也应该把硬件方面的压力也减小一些呢?比如说,以前CPU厂家设计的那么多复杂的逻辑电路,是不是也该放弃了?基于这种思路,精简指令集的理论提出来了,学名叫RISC,精简指令集;原来那种有复杂逻辑电路的CPU叫CISC,复杂指令集。

       4 两种架构的支持者开始商战

  当然,按照人类的一贯操性,这两派肯定是互相不服的,既然谈不拢,就战场上见了。Intel公司当时已经造出了x86的CPU,而精简指令集还是理论上的纸上谈兵。Intel肯定坚守复杂指令集。当时Intel作为复杂指令集的盟主,拉拢的对象是大批个人电脑厂商,基本上,只要不买苹果电脑,肯定就是复杂指令集的CPU。而当时包括Sun的Spark架构,以及IBM的Power架构,是精简指令集的阵营,拉拢的个人电脑厂商主要是苹果。

  这两派阵营打的也是难分难解,明争暗斗,大批的厂商来凑热闹,包括微软的Windows NT 3.51操作系统,SUN的Solaris操作系统,IBM的AIX操作系统,都可以运行到PowerPC上,而且那时候也流行跑分,一跑分,这些精简指令集的CPU都超过Intel的复杂指令集。技术很高,但是,普通的老百姓根本不管这个,光有操作系统有啥用,我的游戏能玩么?我的软件能用么?结果大部分都不能用,光有操作系统可以用,老百姓如果买回当时精简指令集的电脑回去,只能回家开机关机玩,啥软件也不能运行,销量自然惨淡。

  在用户的选择下,精简指令集遭遇了巨大的打击,光有操作系统,没有用户软件,老百姓还是不认可的。

  但是IBM公司当然不肯善罢甘休了,让一家巨头痛痛快快认输是不可能的,更别说有钱有面子还有尊严的巨头了,IBM出师不利以后,给出的回答是:接着干!他拉拢了摩托罗拉和苹果,以及微软这三家公司,加上自己,组成了精简指令集的四人帮。微软当时是拉拢的主要对象之一,只要忽悠住了微软,wintel联盟就瓦解了,一箭双雕的事情太爽了!

  微软也决定将Windows NT系统移植到精简指令集的CPU上,结果,本打算这款操作系统能在1991年发布,结果跳票到1995年才发布,跳票了整整四年的时间,而且bug巨多,根本没法用。

  所以,就像前面所说的,当比尔盖茨听说苹果只用了一年就完成了CPU的迁移,一贯刀子嘴的盖茨,竟然对苹果也说出了赞扬的话,总体来说,苹果干的还是不错的。因为当年微软干过换“芯”的事儿,可惜干砸了!谁都没想到苹果只用了一年时间,干脆利索的就把这事儿给办成了。

  5 苹果为什么换“芯”?

  上文说到,精简指令这么好,为啥苹果要换CPU呢?

  主要还是PowerPC芯片的价格太高了。刚开始PowerPC还有一些优势,但是,Intel这种有钱的大公司,连我们都能看出精简指令有一定的优势,他们自然心知肚明,只是嘴上不说而已。

  Intel后来砸钱做研究,发现了一个好的方法,将复杂指令在CPU内部改成精简指令,这就是Pentium Pro的做法,读一条x86的复杂指令,马上分解成精简指令的风格,因此,有了技术突破的Intel,在技术上一点都不比精简指令集落后,又加上Intel在制造技术上甩摩托罗拉几条街,PowerPC不但在指令集上的优势没有了,反而散热不行的劣势更加显露无疑。因此在使用PowerPC芯片的后期,苹果电脑的散热一直是大问题。另一阵营的Intel可以大规模量产CPU,成本比PowerPC的CPU,便宜了一大截。

  乔布斯终于忍不住了,打电话和摩托罗拉当时的CEO克里斯•加尔文争吵,具体吵了什么我们不知道,不过可以从后来两人的表现看出端倪,乔布斯后来称摩托罗拉的CEO克里斯是笨蛋,克里斯后来称乔布斯为混球。我想,当时的谈话一定不是在友好的气氛中进行的。公开撕逼以后,摩托罗拉随即停止生产StarMax电脑,苹果公司也开始抛弃PowerPC架构。

  经过了一年的紧张工作,在2006年的MacWorld上,乔布斯站在舞台上,骄傲的宣称,Mac OS X的代码有8600万行,已经迁移完毕。

  6 换“芯”大获成功

  有了新版的XCode,原先的软件只需要重新编译一次,就可以在Mac上运行,而且,更换了CPU以后的mac是可以安装Windows的,借助苹果开发的BootCamp软件,用户可以在苹果电脑上安装双系统,借助Windows,苹果电脑的销量增加了10倍。

  苹果公司这场声势浩大的换芯,真的就像非洲大草原上迁徙的角马,稍有不慎,就会成为狮子或者鳄鱼的午餐。毕竟,换芯的成功率和复杂度太难了,微软曾经干了六年,以失败告终。 但是,这次换芯成功以后,救活了Mac平台,挽救了苹果公司,随后才产生了iPhone的奇迹。

 

 

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