蘋果移動GPU市場的王者之路

逐鹿網專注於網際網路創投市場，微信公眾號：hizhulu

2006年到2013年期間，AMD和Nvidia在移動平台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並成為最強大、最主流的GPU處理器的生產者。

本文梳理這段歷史，意在分析蘋果為何仍然可以複製自己的成功，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助下，開發了移動CPU；在沒有AMD和Nvidia的協助下，自己開發了移動GPU。

兩次研發過程中，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均專注於PC。

但在PC市場掙扎求生近十年後，兩家公司都決定在移動平台市場尋求突破。

當時的移動平台市場競爭並不激烈，兩家公司獲得了長足的發展，並都為蘋果2007年第一代iPhone所採用。

憑藉蘋果公司大量的資金支持（這歸功於蘋果的盈利能力和經濟大環境），ARM和PowerVR的技術水平得以高速發展，並雙雙超越了當年在PC平台上壓制他們的競爭對手，成為移動平台的技術領導者。

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商一躍成為智慧型手機和平板處理器的主要生產商，而移動GPU市場的歷史也十分相似。

回顧GPU的進化史，有助於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後——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

面向消費者的硬體中，最先有專用的圖形處理硬體的是1980年代出現的街機和家用遊戲機。

Commodore的Amiga幾乎就是一台作為家用計算機銷售的遊戲機；在1984年蘋果發布Macintosh電腦之後一年，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服務的專業圖像處理市場，這成為了當年除了遊戲之外，購買昂貴視頻硬體的唯一理由。

最初，蘋果公司和其他的PC製造商都自行開發圖形硬體。

後來兩家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體。

ATI在1991年已經開始銷售獨立於CPU的加速顯卡。

ATI的視頻硬體對1993年遊戲《毀滅戰士》遊戲效果的提升，讓其在一個潛力巨大但競爭日趨激烈的新市場中處於領導地位。

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展的硬體加速圖形技術。

微軟將遊戲（以及廣泛的顯卡支持）作為推銷Windows 95的主要策略。

微軟基於硬體抽象技術DirextX，在與3dfx基於API的顯卡的競爭中一開始處於劣勢，但隨後抽象圖形API技術取得突破，大批顯卡廠商紛紛倒下，這就像當年Windows的出現直接讓大量作業系統退出競爭（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1998年Dreamcast遊戲機。

這一策略取得了成功，VideoLogic決定退出PC顯卡市場，專注於給其他公司提供技術。

在此期間，公司改名為Imagination Techonologies。

3dfx曾是業界領導者，現在卻成了一家舉步維艱的公司。

3dfx在沒能取得Dreamcast的訂單後被Nvidia收購。

於是在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產品，而ATI則把自己的產品命名為「視覺處理器」（VPU）。

之後，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產品中配置第三方顯卡，不再配置自行開發的圖形硬體。

1997年賈伯斯回歸後，蘋果進一步利用高速發展的圖形技術，將ATI的Rage II 3D圖形加速顯卡整合進PowerMac G3和次年的iMac中。

在賈伯斯介紹Mac OS X的新架構時，他特地強調了蘋果在圖形和GPU上的兩個新戰略。

首先，蘋果將不再開發自己的3D圖像API，轉而支持業界標準OpenGL。

這樣，OpenGL便能夠支持ATI和Nvidia的硬體，讓蘋果公司在其Mac產品線上有兩個GPU供應商選擇。

第二，OS X的整個用戶介面都將由Quartz技術渲染。

Quartz的引擎技術原本是為遊戲開發的，這樣蘋果就能夠實現平滑動畫、實時視頻切換、Alpha透明和陰影以及完全的3D視頻硬體加速。

相比於上一代的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只用於視頻遊戲以及其他需要圖像技術的軟體，而Mac用GPU讓計算機更「魔幻」、反應更快、視覺更美觀。

雖然微軟在遊戲體驗上遙遙領先，但微軟直到2006年發布Windows Vista時，才有了水平和蘋果相當的圖像引擎，這也讓蘋果在之前的五年的計算機市場上獨樹一幟。

然而在視頻遊戲方面，蘋果則遠遠落後於微軟。

這是因為遊戲的主要平台是低端掌機、家用遊戲機以及高端PC，而後者的技術——尤其是DirectX和圖像API——完全被微軟掌握。

Mac的用戶群相對較小，完全不能吸引遊戲開放商到Mac平台。

因此，高端GPU都只出現在Windows平台；在Mac平台上也出現了一個死循環——沒有高端GPU技術造成了遊戲數量很少，而缺乏遊戲又造成了高端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軟體用戶）採用率較低。

用利潤解決問題：2000-2006

二十世紀頭十年，賈伯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，並讓讓蘋果大批量增設零售店進一步銷售iPod，增加產品曝光率。

第二個策略是2005年轉向因特爾平台，這讓Mac可以運行Windows系統，也讓開發者可以輕鬆地把流行的PC遊戲移植到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，為蘋果帶來數百億的現金流。

iPod本身是一塊硬碟加上PortalPlayer（一家無廠晶片設計商）基於ARM開發的元件。

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晶片供應交給三星。

當年，IBM也未能按蘋果的要求交付處理器，蘋果則從PowerPC轉到了因特爾平台。

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製造商只有幾家，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ARM核心的處理器，以及Imagination的PowerVR移動顯卡。

三星之前已經作為內存和硬碟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之後，Nvidia收購了這家公司，希望其能再次獲得蘋果的合同。

Nvidia打算用即將發布的Tegra晶片增強媒體播放器的性能。

而蘋果的野心則更大。

蘋果的iPhone，並不只是要用CPU運行一個為移動端優化的OS X系統，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。

由於利用了GPU性能，OS X一開始便領先了Windows整整五年，而新的移動作業系統iOS也遙遙領先其他智慧型手機。

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（還是之前借鑑了蘋果的）——窗口、滑鼠指針和桌面圖標。

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」移動作業系統和開發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發售時市面上的所有移動作業系統都沒能活下來。

iOS高度符合用戶知覺，視覺美觀，圖形環境富有趣味（歸功於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。

蘋果發布iPhone後，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而針對平板電腦發布的系統。

2012年谷歌才針對智慧型手機發布了Android 4.0——這已經是iPhone發布之後的第五年。

iPhone對GPU的重視，也讓iPhone十分適合遊戲。

從一開始，遊戲便是蘋果應用商店裡的主角，改變了大眾對蘋果「沒有遊戲」的印象。

iPhone、iPod touch還有2010年的iPad，均作為獨立的移動遊戲設備顛覆了遊戲市場。

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並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台。

後來公司意識到這一問題，開始開發Tegra——這款晶片本來是為類似iPod的視頻播放產品準備的。

2006年，有傳言稱Nvidia獲得了蘋果的訂單，但結果Nvidia的Tegra到2009年才實現量產。

2009年是iPod touch發布後兩年，微軟在這一年推出了採用了新晶片的Zune HD。

蘋果開始設計定製移動晶片

當時，在組件內部的晶片設計團隊上，蘋果已經投入了大量人力物力。

2008年蘋果收購PA Semi，並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製。

三星作為蘋果的晶片供應商繼續為部分iOS設備生產組件，但是三星自己也在為其他公司生產ARM晶片。

這些ARM晶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。

其後資金耗盡，於2006年賣給ARM。

三星輕視自家晶片

儘管三星從2006年開始一直為蘋果的iPod提供ARM晶片，2009年，三星給自己的模仿iPod的產品M1選擇了Nvidia的Tegra。

同年，三星發布了塞班系統的Omnia HD旗艦手機，回應已經發布了六個月的iPhone 3G。

三星沒有使用自家晶片，而是使用了德州儀器的OMAP 3，這款晶片搭載了新一代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晶片的手機。

蘋果使用的三星晶片，採用的是較早的ARM11 CPU和PowerVR MBX Lite圖形處理器。

然而，當年夏天蘋果發布了3GS，使用了更先進的SGX535 GPU，保持了iPhone硬體在智慧型手機中的領先地位，也提供了一套超越Android競爭者的、為GPU優化的UI。

蘋果的A4 vs. 三星的5款CPU、GPU

2010年年中，蘋果發布了與三星合作製造的A4。

蘋果在初代iPad和iPhone 4中使用了這款晶片，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個月之後才面世，但三星趕在iPhone 4之前發布了兩款智慧型手機，讓三星作為蘋果的晶片供應商獲得了主場優勢。

三星的設計基本都基於蘋果產品，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網絡發布了一款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，並沒有影響到開發者和用戶。

反觀三星——在Galaxy S之後，三星發布了5款子產品，而每款都使用不同的CPU和GPU。

這其中包括兩代高通驍龍處理器，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，蘋果發布iPad 2。

iPad 2 採用了A5雙核處理器和SGX543雙核圖形處理器。

在發布會上，賈伯斯特意強調蘋果是第一家能夠量產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。

谷歌當時則剛剛發布了針對平板的Android 3.0 Honeycomb，摩托羅拉搭載Nvidia新Tegra 2 晶片的Xoom平板使用了這一系統。

三星也發布了自己的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晶片，而不是三星自家的晶片。

三星並沒有用產品回應蘋果新的A5處理器，而是使用低端的Mali圖形處理器開發了自己的Exynos 4。

三星把這款晶片用在了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的晶片；第三個使用了驍龍 S3和Adreno圖形處理器。

GPU碎片化影響Android硬體廠商

在蘋果為一個GPU架構優化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品都基於同一個圖形架構，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採用不同架構的、在銷量較低的設備上。

另外，因為價格原因採用最好的GPU的Android產品經常銷量最低。

這逼迫谷歌和其夥伴只能為「最小公分母」進行優化。

而高端產品則由於銷量很低，不值得進一步開發。

基於OMAP的產品的一系列失敗，是2012年德州儀器決定退出消費者市場、停止開發的原因之一。

Nvidia之後也退出了智慧型手機市場。

蘋果設備的銷量驅動了其投資開發新的高端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。

儘管發貨量大，市場還是需要新的廉價Mali晶片，以為未來的低端產品使用。

蘋果的A5X和A6：速度快，不便宜

這種趨勢，在第二年更加明顯。

這一年蘋果發布了的2048*1536視網膜螢幕的「新iPad」，搭載了A5X處理器和四核PowerVR SGX543MP4 GPU。

當年秋季，蘋果發布了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合作夥伴則在2012年迅速降價專注低端市場。

谷歌的Nexus 7搭載了Tegra 3晶片，這款產品為199美元的低價做出了大量犧牲。

這也讓Nexus 7的軟體層面存在各種瑕疵，而這些問題在發布一年之後才得以重視。

然而，科技媒體紛紛讚揚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。

而蘋果的產品在消費者中的形象則是：價位較高，但性能可靠、軟體支持好、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

蘋果順理成章地發布了帶有A7處理器的iPad Air。

新產品在不犧牲續航的基礎上，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專門生產晶片；這樣讓蘋果公司更專注於轉向64位，擴大蘋果產品在性能上的領先優勢。

A7的發布讓谷歌改變了廉價產品策略。

2014年谷歌的Nexus 9隻有一個選擇（德州儀器的OMAP已經退出市場）：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。

很多優秀的開發者都利用了這套新的API開發新應用。

Metal可以讓遊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勢，在移動遊戲方面尤其明顯；而Metal則讓優勢進一步增加。

去年，暴雪發布了《爐石傳說：魔獸英雄傳》iOS版。

遊戲的總監Jason Chayes接受Gamespot採訪時，說了為何遊戲移植到Android平台上十分困難。

「螢幕解析度太多，設備性能差別也很大——要保證我們的遊戲介面的質量，以上這些全得考慮。

」

雖然蘋果的GPU優勢在遊戲上體現地最明顯，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的最新平板晶片能「差不多」達到蘋果A8X的性能，但在Nvidia在現在和可預見的將來都沒有手機產品，這是Nvidia不願意看到的。

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後，至少因特爾在補貼硬體廠商讓他們使用因特爾產品。

（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——這無疑發人深省。

這也說明，無論蘋果的下一步動向是什麼，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。

本文編譯自Appleinsider，逐鹿網微信公眾號：hizhulu