400万+工程师在用

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苹果Apple Silicon的下一步会往哪边走?

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2008年4月,Apple以2.78亿美元的代价,收购了一间无晶圆厂芯片设计公司 (Fabless Design House),得到150名天才工程师,那间公司叫做P.A. Semi,位于美国加州Santa Clara (也刚好是Intel总部所在地),创立于2003年,由曾在2003年获颁IEEE Solid State Circuits Award的芯片设计大师Daniel W. Dobberpuhl所成立。今日Apple的A系列与M系列处理器之所以能够有今天的表现与地位,除了封闭性生态系统带来的先天优势,P.A. Semi团队绝对居功厥伟。

Daniel W. Dobberpuhl早在1976年就加盟DEC,参与过80年代这间公司最成功的产品MicroVAX(将大多数的VAX复杂指令转由软件仿真,处理器碰到这些指令就触发例外,让操作系统搞定,结果芯片总面积缩小到五分之一,还足以提供90%原生VAX效能),也历经过对后世影响深远的DEC Alpha 21064与StrongARM。在这之前,随着StrongARM从DEC移转给Intel,Daniel W. Dobberpuhl也创立了SiBytes,专注于MIPS指令集的高速网络处理器,在2000年被Broadcom并购。他本人在2019年10月26日辞世,享年74岁。

为何要特别提这件事?因为同样待过DEC (Alpha 21164, 21264) 的「处理器游侠」Jim Keller在1999年入职SiBytes,接着在Broadcom担任首席架构师,又在2004年转战P.A. Semi任职工程副总裁,在Daniel W. Dobberpuhl的领导下,累积了低功耗RISC处理器的设计经验,直到2008年P.A. Semi被Apple并购,也仍留在Apple服务一段不短的时日,参与了A4和A5的研发工作。

P.A. Semi当时的研发重点是名为PWRficient的产品线,顾名思义,就是追求极致能耗比的处理器,总计分成3个部份:兼容PowerPC指令集的PA6T核心、CONEXIUM芯片内链接架构、ENVOI I/O子系统。后来Apple自研处理器的诸多特色,都可在PWRficient摸索到其踪迹,也可从其遗产,判断Apple自家芯片未来的可能方向。

其PA6T核心在频率2GHz时,最高功耗不超过7W,1.5GHz时更低至4W,双核心的PA6T-1692M在频率2GHz时,整颗标准功耗仅13W,最高也不超过25W,相较于同时期衍生于服务器应用的IBM PowerPC(如PowerPC 970家族),无论同频率效能(SPEC CPU 2000) 和能耗比,均享有压倒性的优势。

苹果Apple Silicon的下一步会往哪边走?

这一页的内容非常的震撼,只要有经历过2005年的科科们,或多或少都知道下面的数字,代表的是什么意思,这也是Apple愿意买下这间公司的主因。

省电归省电,PA6T仍是货真价实的多指令派发、非顺序执行的高校能微架构,浮点运算性能尤其出色,约为同频率IBM PowerPC 970的2倍。也因此,当时不乏Apple将改用P.A. Semi产品的谣传,只不过,Steve Jobs却在2005年选择了Intel。

但这并不代表Apple不重视P.A. Semi的价值,而P.A. Semi也并非如外界的刻板印象,只想作低功耗的低阶产品。反之,P.A. Semi的PWRficient一开始就放眼各式各样的应用,并具备强大的多核心延展性。根据已知的规划,PWRficient将会有16核的版本。

服务器应用也是P.A. Semi锁定的目标。换言之,P.A. Semi的野心可归纳为1条公式:StrongARM的低功耗 + Alpha等级的高效能 + PowerPC指令集兼容性。

不过Apple收购P.A. Semi后也并非一帆风顺,虽然接收了150名天才工程师,但Dan Dobberpuhl与数名重要的工程师,据传因对2间公司的整合方式与股票奖励不满,在2009年底先后离开了Apple,一起创立了Agnilux,不到1年的时间就被Google买走。这次Daniel W. Dobberpuhl并没有跟着进入Google,而成为机器视觉厂商Movidius的董事会主席,而Movidius则在2016年成为Intel的一部分。

Apple吃掉P.A. Semi后,却迟迟看不到自家芯片、甚至是独创核心微架构问世,那么他们该怎么办?我们将时间轴拉回到Apple在2010年4月发表首款自研处理器A4(APL0398),其设计衍生于Samsung S5PC110A01,最主要的差别在于GPU换成Apple长期偏好的PowerVR SGX系列,但那完全一模一样的ARM Cortex-A8核心却是大有来头—因为得到Intrinsity这间公司的技术加持,并延续了和Samsung合作 “Hummingbird” 的成果,频率从ARM公版的650MHz,一举推进到1GHz大关。

由22名业界老兵成立于1999年、设立在美国德州奥斯汀的Intrinsity,其技术强项在于优化的Wave Pipeline (无锁存管线) 电路设计,将其命名为FastMATH。Apple认知到这间公司的重要性后,就马上收入囊中,但过程却极度低调,连金额都无人知悉 (据说是5000万美元,但也有其他的版本),唯一可以确定的是,Apple的目的非常明确,就是为了A4处理器。接着,出自于P.A. Semi团队的独特微架构Swift,就在2012年9月的A6堂堂登场,开启了Apple Silicon之路。

Intrinsity的FastMATH最有名的成功案例,是1颗超低功耗的MIPS32指令集处理器 (请各位科科务必仔细看这张简报的内容,盲目追求简单迅速便宜的VIA Centaur简直是马上逊掉了)。Apple得到Intrinsity后,更让从P.A. Semi获得的深厚功力,提升到更高的高度。如何将这些特殊的技术,有效应用到台积电的最新制程和设计工具,也算是Apple厉害的地方。

爬文至此,各位亲爱的读者们,是否能够以古鉴今,猜猜Apple Silicon的下一步会往哪边走?但假使Apple当年直接用P.A. Semi的芯片打造MacBook Air,而不是连根拔起的转进Intel,那么计算器工业界的历史,恐怕就会被整个重新改写,最起码IBM的Power Everywhere看来就不会变成幻梦一场。
       责任编辑:tzh

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