让AMD和NV后悔不已：苹果移动GPU的王者之路 _ 游民星空 GamerSky.com
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2006年到2013年期间，AMD和Nvidia在移动平台的市场竞争中完全失策，他们丢掉全球GPU主要供应商的同时，苹果则一步步取代他们并成为最强大、最主流的GPU处理器的生产者。本文梳理这段历史，意在分析苹果为何仍然可以复制自己的成功，希望能对科技界带来一些启示。
AMD和Nvidia重蹈Intel的覆辙，丢掉移动GPU市场
苹果在没有因特尔的协助下，开发了移动CPU；在没有AMD和Nvidia的协助下，自己开发了移动GPU。两次研发过程中，苹果的设计团队都参考了当时已有的处理器：ARM的CPU和Imagination Technology的PowerVR GPU。
20到30年前，PowerVR和ARM均专注于PC。但在PC市场挣扎求生近十年后，两家公司都决定在移动平台市场寻求突破。当时的移动平台市场竞争并不激烈，两家公司获得了长足的发展，并都为苹果2007年第一代iPhone所采用。
凭借苹果公司大量的资金支持（这归功于苹果的盈利能力和经济大环境），ARM和PowerVR的技术水平得以高速发展，并双双超越了当年在PC平台上压制他们的竞争对手，成为移动平台的技术领导者。
当年因特尔未能预料到iPhone的潜力，忽视了移动市场，让ARM从一家基础移动处理器生产商一跃成为智能手机和平板处理器的主要生产商，而移动GPU市场的历史也十分相似。
回顾GPU的进化史，有助于展望这一市场的未来，也能解释为何苹果在过去十年将对手远远甩在身后——尤其在移动设备和图像处理器方面。
GPU的诞生和ATI、Nvidia的垄断
面向消费者的硬件中，最先有专用的图形处理硬件的是1980年代出现的街机和家用游戏机。Commodore的Amiga几乎就是一台作为家用计算机销售的游戏机；在1984年苹果发布Macintosh电脑之后一年，Amiga就使用了先进的图像和视频技术。Mac则开拓了为桌面出版和CAD服务的专业图像处理市场，这成为了当年除了游戏之外，购买昂贵视频硬件的唯一理由。
最初，苹果公司和其他的PC制造商都自行开发图形硬件。后来两家1985年成立的公司——ATI和VideoLogic，开始向其他PC厂商销售可提升图形性能和效果的专用视频硬件。
ATI在1991年已经开始销售独立于CPU的加速显卡。ATI的视频硬件对1993年游戏《毁灭战士》游戏效果的提升，让其在一个潜力巨大但竞争日趋激烈的新市场中处于领导地位。1993年，AMD和Sun的CPU设计师成立了Nvidia。次年，一些前SGI的员工则成立了3dfx；两家公司都瞄准了迅速发展的硬件加速图形技术。
微软将游戏（以及广泛的显卡支持）作为推销Windows 95的主要策略。微软基于硬件抽象技术DirextX，在与3dfx基于API的显卡的竞争中一开始处于劣势，但随后抽象图形API技术取得突破，大批显卡厂商纷纷倒下，这就像当年Windows的出现直接让大量操作系统退出竞争（当然，不包括苹果）。
3dfx和VideoLogic的PowerVR技术成了竞争中的输家。VideoLogic将其技术授权给NEC，NEC则使用这一技术为世嘉公司开发1998年Dreamcast游戏机。这一策略取得了成功，VideoLogic决定退出PC显卡市场，专注于给其他公司提供技术。在此期间，公司改名为Imagination Techonologies。
3dfx曾是业界领导者，现在却成了一家举步维艰的公司。3dfx在没能取得Dreamcast的订单后被Nvidia收购。于是在90年代末的PC显卡市场上仅存下两家公司：ATI和Nvidia。1999年，Nvidia开始推广其称之为「世界上首款图形处理器」（GPU）的GeForce产品，而ATI则把自己的产品命名为「视觉处理器」（VPU）。之后，Nvidia的叫法成为了主流。
苹果着手GPU市场
90年代中期，苹果公司还在个人计算机市场苦苦挣扎。在这一时期，苹果开始在自己的高端Mac产品中配置第三方显卡，不再配置自行开发的图形硬件。1997年乔布斯回归后，苹果进一步利用高速发展的图形技术，将ATI的Rage II 3D图形加速显卡整合进PowerMac G3和次年的iMac中。
在乔布斯介绍Mac OS X的新架构时，他特地强调了苹果在图形和GPU上的两个新战略。首先，苹果将不再开发自己的3D图像API，转而支持业界标准OpenGL。这样，OpenGL便能够支持ATI和Nvidia的硬件，让苹果公司在其Mac产品线上有两个GPU供应商选择。
第二，OS X的整个用户界面都将由Quartz技术渲染。Quartz的引擎技术原本是为游戏开发的，这样苹果就能够实现平滑动画、实时视频切换、Alpha透明和阴影以及完全的3D视频硬件加速。相比于上一代的Mac OS和Windows所使用的2D像素栅格技术，这是巨大的进步。
之前，GPU只用于视频游戏以及其他需要图像技术的软件，而Mac用GPU让计算机更「魔幻」、反应更快、视觉更美观。虽然微软在游戏体验上遥遥领先，但微软直到2006年发布Windows Vista时，才有了水平和苹果相当的图像引擎，这也让苹果在之前的五年的计算机市场上独树一帜。
然而在视频游戏方面，苹果则远远落后于微软。这是因为游戏的主要平台是低端掌机、家用游戏机以及高端PC，而后者的技术——尤其是DirectX和图像API——完全被微软掌握。Mac的用户群相对较小，完全不能吸引游戏开放商到Mac平台。
因此，高端GPU都只出现在Windows平台；在Mac平台上也出现了一个死循环——没有高端GPU技术造成了游戏数量很少，而缺乏游戏又造成了高端GPU技术缺失。这进一步造成了Mac在依赖图形性能的用户中（如高端CAD软件用户）采用率较低。
via：百度百家
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用利润解决问题：2000-2006
二十世纪头十年，乔布斯领导的苹果用三个策略解决了这些问题。第一个是iPod。iPod大幅增加了苹果的收入和出货量，并让让苹果大批量增设零售店进一步销售iPod，增加产品曝光率。第二个策略是2005年转向因特尔平台，这让Mac可以运行Windows系统，也让开发者可以轻松地把流行的PC游戏移植到Mac上。第三个便是搭载了移动版OS X的iPhone。iPhone的出货量远超iPod，为苹果带来数百亿的现金流。
iPod本身是一块硬盘加上PortalPlayer（一家无厂芯片设计商）基于ARM开发的元件。起初苹果购买了90%的PortalPlayer元件。但PortalPlayer在2006年未能交货，苹果放弃了合作，转而把iPod Classic的ARM芯片供应交给三星。当年，IBM也未能按苹果的要求交付处理器，苹果则从PowerPC转到了因特尔平台。
次年，促使苹果转向和三星合作的原因又多了一个：iPhone。全世界有能力为苹果保质、保量供应应用处理器的制造商只有几家，三星便是其中之一。
三星、德州仪器和因特尔的XScale均有能力生产ARM核心的处理器，以及Imagination的PowerVR移动显卡。三星之前已经作为内存和硬盘供应商向苹果证明了自己，而因特尔则没有选择与苹果的合作。
GPU成为iPhone的关键
苹果放弃PortalPlayer之后，Nvidia收购了这家公司，希望其能再次获得苹果的合同。Nvidia打算用即将发布的Tegra芯片增强媒体播放器的性能。而苹果的野心则更大。
苹果的iPhone，并不只是要用CPU运行一个为移动端优化的OS X系统，还要搭载一个动画丰富、用GPU加速的UI。这套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一开始便领先了Windows整整五年，而新的移动操作系统iOS也遥遥领先其他智能手机。当时，诺基亚的塞班、Palm OS和黑莓还基本上是增强版的PDA和传呼机；Sun的JavaME、谷歌的Android和高通的BREW（授权给微软）当时也只是简化的JAVA虚拟机。
在当时考虑过把桌面系统缩小、放到移动端的公司只有微软，而微软移植的却是最不适合移动端的桌面UI（还是之前借鉴了苹果的）——窗口、鼠标指针和桌面图标。反观苹果——苹果在把Mac变成iPhone的过程中，唯一没有移植的便是桌面UI。
重视GPU，让iOS领先Android
苹果的「桌面级」移动操作系统和开发工具需要一块性能极强的移动处理器，而它们也成了iPhone遥遥领先竞争对手的重要原因。iPhone发售时市面上的所有移动操作系统都没能活下来。
iOS高度符合用户知觉，视觉美观，图形环境富有趣味（归功于GPU加速），这也是iPhone销量居高不下的因素。谷歌则完全没有意识到iPhone成功的关键。
苹果发布iPhone后，谷歌把Android推倒重来，试图模仿iPhone。但谷歌却忘记了提升图形效果（就像微软在Windows上一样）。这一直到2011年Android 3.0发布才有所改善——而3.0却又是一个谷歌为应对iPad 3而针对平板电脑发布的系统。2012年谷歌才针对智能手机发布了Android 4.0——这已经是iPhone发布之后的第五年。
iPhone对GPU的重视，也让iPhone十分适合游戏。从一开始，游戏便是苹果应用商店里的主角，改变了大众对苹果「没有游戏」的印象。iPhone、iPod touch还有2010年的iPad，均作为独立的移动游戏设备颠覆了游戏市场。
AMD、Nvidia在移动GPU上迷失方向
Imagination把其PowerVR技术瞄准新兴的移动设备市场，2002年ATI也开启了Imageon产品线。2008年ATI被AMD收购。AMD在x86市场上要抗击重新崛起中的因特尔，而把ATI的桌面图形技术和AMD的CPU技术整合，便是AMD战略的一部分。
2008年，AMD决定放弃Imageon，将其卖给高通。高通将其改名为Adreno并整合到新的骁龙应用处理器中。这是高通对之前BREW的「功能机」战略的颠覆。做出这个决定无疑是受了iPhone成功整合CPU和GPU的影响。
与此同时，Nvidia正尽全力在桌面图形技术上与ATI竞争，导致其完全忽视了移动平台。后来公司意识到这一问题，开始开发Tegra——这款芯片本来是为类似iPod的视频播放产品准备的。2006年，有传言称Nvidia获得了苹果的订单，但结果Nvidia的Tegra到2009年才实现量产。2009年是iPod touch发布后两年，微软在这一年推出了采用了新芯片的Zune HD。
苹果开始设计定制移动芯片
当时，在组件内部的芯片设计团队上，苹果已经投入了大量人力物力。2008年苹果收购PA Semi，并秘密取得了架构授权，使得苹果不仅可以进行CPU和GPU的外围设计，还能对核心做出重要定制。
三星作为苹果的芯片供应商继续为部分iOS设备生产组件，但是三星自己也在为其他公司生产ARM芯片。这些ARM芯片一般搭配的是基础的图形处理器，而不是苹果订购的更昂贵、性能更好的PowerVR GPU。
基础的图形处理器就是指ARM Mali，这是挪威大学的GPU项目，取名为Falanx。其后资金耗尽，于2006年卖给ARM。
三星轻视自家芯片
尽管三星从2006年开始一直为苹果的iPod提供ARM芯片，2009年，三星给自己的模仿iPod的产品M1选择了Nvidia的Tegra。
同年，三星发布了塞班系统的Omnia HD旗舰手机，回应已经发布了六个月的iPhone 3G。三星没有使用自家芯片，而是使用了德州仪器的OMAP 3，这款芯片搭载了新一代Cortex-A8 CPU和PowerVR SGX530图形处理器。新的Palm Pre和谷歌的Android 2.0旗舰摩托罗拉Droid也使用了OMAP 3.
当时，很多人认为iPhone 3G会败给某款使用德州仪器OMAP 3芯片的手机。苹果使用的三星芯片，采用的是较早的ARM11 CPU和PowerVR MBX Lite图形处理器。然而，当年夏天苹果发布了3GS，使用了更先进的SGX535 GPU，保持了iPhone硬件在智能手机中的领先地位，也提供了一套超越Android竞争者的、为GPU优化的UI。
苹果的A4 vs. 三星的5款CPU、GPU
2010年年中，苹果发布了与三星合作制造的A4。苹果在初代iPad和iPhone 4中使用了这款芯片，三星则把它放在了初代Galaxy S、Nexus S和Galaxy Tab上。
三星模仿iPad的平板电脑在11个月之后才面世，但三星赶在iPhone 4之前发布了两款智能手机，让三星作为苹果的芯片供应商获得了主场优势。
三星的设计基本都基于苹果产品，Galaxy S在外观上和iPhone 3GS十分相似，这最终让苹果诉诸法律，请求法院停止三星抄袭其设计。
次年，苹果为Verizon网络发布了一款CDMA版的iPhone 4. 这款iPhone 4使用了相同的A4处理器，只是把原先的Infeneon基带处理器换成了高通的，并没有影响到开发者和用户。
反观三星——在Galaxy S之后，三星发布了5款子产品，而每款都使用不同的CPU和GPU。这其中包括两代高通骁龙处理器，不同的Adreno图形处理器；一款爱立信CPU，配合ARM Mali图形处理器；博通CPU，搭配VideoCore的GPU。5款相同品牌的子产品中，共有四种CPU架构和GPU设计（每个GPU的性能都完全不同）。
苹果A5 vs. 更多的三星CPU、GPU
2011年3月，苹果发布iPad 2。iPad 2 采用了A5双核处理器和SGX543双核图形处理器。在发布会上，乔布斯特意强调苹果是第一家能够量产双核平板电脑的公司，而且iPad 2新的GPU功耗和A4相同，图形性能却提高了8倍。
谷歌当时则刚刚发布了针对平板的Android 3.0 Honeycomb，摩托罗拉搭载Nvidia新Tegra 2 芯片的Xoom平板使用了这一系统。
三星也发布了自己的Android 3.0平板，Galaxy Tab 10.1。让人难以理解的是，这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。
三星并没有用产品回应苹果新的A5处理器，而是使用低端的Mali图形处理器开发了自己的Exynos 4。三星把这款芯片用在了Galaxy SII的其中一个版本上。Galaxy SII也有三个不同版本：第一个使用了OMAP 4和PowerVR图形处理器；第二个使用了博通和VideoCore的芯片；第三个使用了骁龙 S3和Adreno图形处理器。
GPU碎片化影响Android硬件厂商
在苹果为一个GPU架构优化iOS的同时，光在三星的旗舰机里，谷歌的Android就需要支持至少5个不同的GPU，此外还有三星的其他机型和来自小厂家的设备。
因为苹果的大部分平板和手机产品都基于同一个图形架构，这使得苹果有能力在下一代图形技术上进行更多的投入，而不是把资源都耗在支持采用不同架构的、在销量较低的设备上。
另外，因为价格原因采用最好的GPU的Android产品经常销量最低。这逼迫谷歌和其伙伴只能为「最小公分母」进行优化。而高端产品则由于销量很低，不值得进一步开发。
基于OMAP的产品的一系列失败，是2012年德州仪器决定退出消费者市场、停止开发的原因之一。Nvidia之后也退出了智能手机市场。
苹果设备的销量驱动了其投资开发新的高端GPU技术，而大部分Android设备均是搭载了Mali图形处理器的低端设备。尽管发货量大，市场还是需要新的廉价Mali芯片，以为未来的低端产品使用。
苹果的A5X和A6：速度快，不便宜
这种趋势，在第二年更加明显。这一年苹果发布了的2048*1536视网膜屏幕的「新iPad」，搭载了A5X处理器和四核PowerVR SGX543MP4 GPU。当年秋季，苹果发布了iPad 4，其搭载了一款性能更强的A6X处理器和新的PowerVR SGX554MP4 GPU。新款 iPhone 5使用了A6处理器，图形性能也比之前的A5提升了一倍。
苹果在推动高端市场，而谷歌和其Android合作伙伴则在2012年迅速降价专注低端市场。谷歌的Nexus 7搭载了Tegra 3芯片，这款产品为199美元的低价做出了大量牺牲。这也让Nexus 7的软件层面存在各种瑕疵，而这些问题在发布一年之后才得以重视。
然而，科技媒体纷纷赞扬Nexus 7（包括2013年版）的低价，更让Android平板价廉、质劣的形象在消费者心中根深蒂固。而苹果的产品在消费者中的形象则是：价位较高，但性能可靠、软件支持好、画面流畅，因为苹果不会使用低端组件来压低价格。这形成了鲜明的对比。
苹果的A7、A8：64位Rogue 6架构GPU
苹果顺理成章地发布了带有A7处理器的iPad Air。新产品在不牺牲续航的基础上，有64位处理器性能，且机体更薄。GPU性能的大幅提高，让苹果不再需要为iPad专门生产芯片；这样让苹果公司更专注于转向64位，扩大苹果产品在性能上的领先优势。
A7的发布让谷歌改变了廉价产品策略。2014年谷歌的Nexus 9只有一个选择（德州仪器的OMAP已经退出市场）：Nvidia的Tegra K1。选择这款处理器意味着谷歌必须把价格翻倍，定为399美元，而市面上有些廉价的Android平板甚至只要50美元（质量都很差）。
同时，苹果推出了新的API：Metal。很多优秀的开发者都利用了这套新的API开发新应用。Metal可以让游戏和其他需要图形性能的应用绕过OpenGL，利用苹果64位处理器的强大GPU。
苹果在图形处理速度上有很大优势，在移动游戏方面尤其明显；而Metal则让优势进一步增加。
去年，暴雪发布了《炉石传说：魔兽英雄传》iOS版。游戏的总监Jason Chayes接受Gamespot采访时，说了为何游戏移植到Android平台上十分困难。
「屏幕分辨率太多，设备性能差别也很大——要保证我们的游戏界面的质量，以上这些全得考虑。」
虽然苹果的GPU优势在游戏上体现地最明显，苹果公司也展示了一系列图形编辑、视频剪辑应用，以说明Metal不仅可以提升性能，也可以让移动设备做很多之前不能完成的任务。
AMD和Nvidia未来何在？
Nvidia的最新平板芯片能「差不多」达到苹果A8X的性能，但在Nvidia在现在和可预见的将来都没有手机产品，这是Nvidia不愿意看到的。
同时，AMD不仅缺少移动GPU，还几乎没有市场份额。AMD的位置甚至在因特尔之后，至少因特尔在补贴硬件厂商让他们使用因特尔产品。（造成了每年400亿美元的损失）
世界上影响力最大的两个的GPU厂家，AMD和Nvidia，还有两个微处理器的发明者因特尔和德州仪器，全都几乎被苹果逐出了移动市场——现在市场中只有低端零件厂商，和苹果高端、高销量的iOS设备竞争——这无疑发人深省。
这也说明，无论苹果的下一步动向是什么，都应该对其密切关注——至少要比虚张声势、假模假样的三星、微软、谷歌和Nvidia要更认真。需要担心的不只是高通——未来会证明这一点。
