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主要供應商的同時，蘋果則一步步取代他們并成為最強大、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，蘋果的設計團隊都參考了當時已有的處理器：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)濟大環(huán)境)，ARM和PowerVR的技術水平得以高速發(fā)展，并雙雙超越了當年在PC平臺上壓制他們的競爭對手，成為移動平臺的技術領導者。

　　當年因特爾未能預料到iPhone的潛力，忽視了移動市場，讓ARM從一家基礎移動處理器生產(chǎn)商一躍成為智能手機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遠甩在身后——尤其在移動設備和圖像處理器方面。

　　GPU的誕生和ATI、Nvidia的壟斷

　　面向消費者的硬件中，最先有專用的圖形處理硬件的是1980年代出現(xiàn)的街機和家用游戲機。Commodore的Amiga幾乎就是一臺作為家用 計算機銷售的游戲機;在1984年蘋果發(fā)布Macintosh電腦之后一年，Amiga就使用了先進的圖像和視頻技術。Mac則開拓了為桌面出版和CAD 服務的專業(yè)圖像處理市場，這成為了當年除了游戲之外，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導地位。1993年，AMD和Sun的CPU設計師成立了Nvidia。次年，一些前SGI的員工則成立了3dfx;兩家公 司都瞄準了迅速發(fā)展的硬件加速圖形技術。

　　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技術取得突破，大批顯 卡廠商紛紛倒下，這就像當年Windows的出現(xiàn)直接讓大量操作系統(tǒng)退出競爭(當然，不包括蘋果)。

　　3dfx和VideoLogic的PowerVR技術成了競爭中的輸家。VideoLogic將其技術授權給NEC，NEC則使用這一技術為世 嘉公司開發(fā)1998年Dreamcast游戲機。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。在此期間， 公司改名為Imagination Techonologies。

　　3dfx曾是業(yè)界領導者，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，蘋果進一步利用高速發(fā)展的圖形技術，將ATI的Rage II 3D圖形加速顯卡整合進PowerMac G3和次年的iMac中。

在喬布斯介紹Mac OS X的新架構時，他特地強調了蘋果在圖形和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，轉而支持業(yè)界標準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供應商選擇。

　　第二，OS X的整個用戶界面都將由Quartz技術渲染。Quartz的引擎技術原本是為游戲開發(fā)的，這樣蘋果就能夠實現(xiàn)平滑動畫、實時視頻切換、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，這是巨大的進步。

　　之前，GPU只用于視頻游戲以及其他需要圖像技術的軟件，而Mac用GPU讓計算機更「魔幻」、反應更快、視覺更美觀。雖然微軟在游戲體驗上遙 遙領先，但微軟直到2006年發(fā)布Windows Vista時，才有了水平和蘋果相當?shù)膱D像引擎，這也讓蘋果在之前的五年的計算機市場上獨樹一幟。

　　然而在視頻游戲方面，蘋果則遠遠落后于微軟。這是因為游戲的主要平臺是低端掌機、家用游戲機以及高端PC，而后者的技術——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技術造成了游戲數(shù)量很少，而缺乏游戲又造成了高端GPU技術缺失。這進一步造成了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

　　二十世紀頭十年，喬布斯領導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 零售店進一步銷售iPod，增加產(chǎn)品曝光率。第二個策略是2005年轉向因特爾平臺，這讓Mac可以運行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，轉而把iPod Classic的ARM芯片供應交給三星。當年，IBM也未能按蘋果的要求交付處理器，蘋果則從PowerPC轉到了因特爾平臺。

　　次年，促使蘋果轉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、保量供應應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)作為內存和硬盤供應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一開始便領先了Windows整整五年，而新的移動操作系統(tǒng)iOS也遙遙領先其他智能手機。當時，諾基亞的塞班、Palm OS和黑莓還基本上是增強版的PDA和傳呼機;Sun的JavaME、谷歌的Android和高通的BREW(授權給微軟)當時也只是簡化的JAVA虛擬 機。

　　在當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、鼠標指針和桌面圖標。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的移動處理器，而它們也成了iPhone遙遙領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，均作為獨立的移動游戲設備顛覆了游戲市場。

　　AMD、Nvidia在移動GPU上迷失方向

　　Imagination把其PowerVR技術瞄準新興的移動設備市場，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的桌面圖形技術和AMD的CPU技術整合，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用處理器中。這是高通對之前BREW的「功能機」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上與ATI競爭，導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)品準備的。2006年，有傳言稱Nvidia獲得了蘋果的訂單，但結果Nvidia的Tegra到2009年才實現(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。

　　蘋果開始設計定制移動芯片

　　當時，在組件內部的芯片設計團隊上，蘋果已經(jīng)投入了大量人力物力。2008年蘋果收購PA Semi，并秘密取得了架構授權，使得蘋果不僅可以進行CPU和GPU的外圍設計，還能對核心做出重要定制。

　　三星作為蘋果的芯片供應商繼續(xù)為部分iOS設備生產(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。

　　基礎的圖形處理器就是指ARM Mali，這是挪威大學的GPU項目，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，回應已經(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旗艦摩托羅拉Droid也使用了OMAP 3.

　　當時，很多人認為iPhone 3G會敗給某款使用德州儀器OMAP 3芯片的手機。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，當年夏天蘋果發(fā)布了3GS，使用了更先進的SGX535 GPU，保持了iPhone硬件在智能手機中的領先地位，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，讓三星作為蘋果的芯片供應商獲得了主場優(yōu)勢。

　　三星的設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計。

　　次年，蘋果為Verizon網(wǎng)絡發(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?，不同的Adreno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架構和GPU設計(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，喬布斯特意強調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架構優(yōu)化iOS的同時，光在三星的旗艦機里，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型和來自小廠家的設備。

　　因為蘋果的大部分平板和手機產(chǎn)品都基于同一個圖形架構，這使得蘋果有能力在下一代圖形技術上進行更多的投入，而不是把資源都耗在支持采用不同架構的、在銷量較低的設備上。

　　另外，因為價格原因采用最好的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」進行優(yōu)化。而高端產(chǎn)品則由于銷量很低，不值得進一步開發(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者市場、停止開發(fā)的原因之一。Nvidia之后也退出了智能手機市場。

　　蘋果設備的銷量驅動了其投資開發(fā)新的高端GPU技術，而大部分Android設備均是搭載了Mali圖形處理器的低端設備。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。當年秋季，蘋果發(fā)布了iPad 4，其搭載了一款性能更強的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Nexus 7(包括2013年版)的低價，更讓Android平板價廉、質劣的形象在消費者心中根深蒂固。而蘋果的產(chǎn)品在消費者中的形象則是：價位較高，但性能可靠、軟件支持好、畫面流暢，因為蘋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)航的基礎上，有64位處理器性能，且機體更薄。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向64位，擴大蘋果產(chǎn)品在性能上的領先優(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)新應用。Metal可以讓游戲和其他需要圖形性能的應用繞過OpenGL，利用蘋果64位處理器的強大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，設備性能差別也很大——要保證我們的游戲界面的質量，以上這些全得考慮?！?/p>

　　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、視頻剪輯應用，以說明Metal不僅可以提升性能，也可以讓移動設備做很多之前不能完成的任務。

　　AMD和Nvidia未來何在?

　　Nvidia的最新平板芯片能「差不多」達到蘋果A8X的性能，但在Nvidia在現(xiàn)在和可預見的將來都沒有手機產(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，都應該對其密切關注——至少要比虛張聲勢、假模假樣的三星、微軟、谷歌和Nvidia要更認真。需要擔心的不只是高通——未來會證明這一點。