為什么搭載ARM架構(gòu)的蘋果MacBook跑x86軟件不卡

相信大家都已經(jīng)知道，蘋果在最新一場秋季發(fā)布會中，宣告了全新的MacBook產(chǎn)品。新MacBook換用了蘋果自研的基于ARM架構(gòu)的M1芯片，蘋果從X86陣營轉(zhuǎn)向，投入了ARM的懷抱。

在傳統(tǒng)觀念中，ARM是用于移動平臺的架構(gòu)，和桌面的X86芯片相比，ARM芯片的能效更高，但性能羸弱。這次蘋果MacBook換用ARM，同時macOS 11仍對以往基于X86 macOS開發(fā)的軟件兼容，這就讓很多朋友感到困惑——用新的MacBook跑當前的X86軟件，到底會不會卡？

這種擔心是有道理的。在此之前，微軟已經(jīng)做過了這方面的嘗試。微軟推出了使用ARM芯片的Surface Pro X平板電腦，兼容X86的Win10軟件。然而人們發(fā)現(xiàn)，體驗并不理想，傳統(tǒng)軟件運行起來緩慢遲鈍。換用ARM芯片的MacBook會不會有這樣的問題？這就來分析一下。

MacBook的ARM芯片足夠強嗎？

新MacBook跑舊軟件到底慢不慢，最關鍵的因素自然是新的M1芯片。人們普遍認為，ARM芯片的性能水平無法和X86比肩，畢竟ARM是簡單指令集RISC而X86是復雜指令集CISC，復雜指令集自然強大得多，但事實上這是一個誤會。

在規(guī)模上，蘋果M1芯片足以和頂尖的X86桌面處理器并駕齊驅(qū)

CPU發(fā)展到今天，RISC和CISC的邊界其實已經(jīng)相對模糊了。在當前的X86處理器中，復雜指令也是會分拆成為類簡單指令來執(zhí)行的。

而在規(guī)模上，蘋果設計的ARM芯片已經(jīng)追趕上了X86，例如A14的芯片面積為88mm，共118億個晶體管，而AMD最新發(fā)布的Zen3處理器中一個CCD的面積為80.7mm，共41.5億個晶體管?？紤]到A14還封裝了AI模塊、GPU等，A14芯片使用的是5nm工藝，而5800X使用的是7nm工藝，事實上大家的CPU單元部分，規(guī)模已經(jīng)是并駕齊驅(qū)。

了解了規(guī)模，再來看看性能實測，這里引用Anandtech的數(shù)據(jù)。Anandtech使用了行業(yè)權威性能測試套件SPEC 2006來對比測試蘋果A14、AMD Zen3以及英特爾Tiger Lake的性能，結(jié)果如下。

首先是整數(shù)性能，可以看到A14并不落下風。

再來看看浮點性能，A14和Zen3要明顯領先于Tiger Lake。

Anandtech還使用了大家非常熟悉的Geekbench來測試，結(jié)果如下。

可以看到，在單線程性能上，A14的確已經(jīng)能追上當前頂級的X86處理器。這次蘋果MacBook使用的M1處理器，架構(gòu)和A14相似，但規(guī)格更高，晶體管規(guī)模達到了160億個，增加了兩個大核心，在性能上方面是可以令人放心的。

其實到了這里，我們也不難找出為什么Surface Pro X運行緩慢的原因。Surface Pro X使用的是高通SQ1/SQ2處理器，這基本是驍龍855的馬甲。而即使是驍龍865+，對比A14以及最新的X86處理器，性能也依然不太夠看……

此情此景下，加之Win10 on ARM較低下的指令翻譯效率，Surface Pro X運行X86軟件的體驗就不甚理想了。是的，到了這里大家應該也能看到ARM處理器運行X86軟件，除了自身性能之外的其他影響因素了——操作系統(tǒng)的指令翻譯效率。

macOS 11的指令翻譯效率高嗎？

X86軟件想要在ARM芯片上運行，需要進行指令翻譯。雖然ARM指令集并不意味著性能低下，但畢竟它和X86還是不同的，指令需要翻譯過來，才能讓ARM芯片執(zhí)行。

在今年的WWDC大會上，蘋果已經(jīng)公布了指令翻譯的方案。蘋果宣布，將會為macOS平滑過渡到ARM平臺，推出Rosetta 2中間轉(zhuǎn)換層。如果你是老果粉，對于Rosetta這個詞一定很熟悉——蘋果Mac電腦當年從IBM PowerPC架構(gòu)，遷移到Intel X86平臺，所使用的轉(zhuǎn)換層正是Rosetta。

Rosetta 2的作用在于，它通過指令翻譯，可以讓ARM平臺的macOS，直接運行絕大部分的X86軟件。從蘋果的介紹來看，Rosetta 2的性能還相當不錯，它并不是在軟件運行的時候，才翻譯指令的，而是在軟件安裝時就做好了轉(zhuǎn)換。

當然，這也并非說Rosetta 2可以實現(xiàn)性能完全無損，它對AVX指令兼容并不好，如果X86軟件依賴AVX乃至AVX2，那么在ARM平臺上由于沒有對應的高性能指令，運行效率會有明顯下滑。并不是所有的軟件都會用到AVX指令集，總體來說，Rosetta 2的性能應該還是可以接受的。

這次Mac從X86遷移到ARM，Rosetta 2對舊有X86軟件的兼容也起著至關重要的作用

至于Rosetta 2的實際表現(xiàn)會如何？我們可以從兩方面來衡量。

首先是參考Rosetta。蘋果從PowerPC遷移到X86時，也使用了類似方案，當年并沒有太多人抱怨Rosetta性能低下，我們自然也可以對Rosetta 2抱有期待。

其次是參考開發(fā)者的實測。實際上，蘋果早前就已經(jīng)推出了基于A12Z芯片的Mac mini開發(fā)機，開發(fā)者們很早就能接觸到Rosetta 2，但到目前為止并沒有什么關于Rosetta 2性能低下的爆料，可見Rosetta 2的實戰(zhàn)表現(xiàn)應該相當不錯。

到了這里，我們又可以來分析一下為什么Surface Pro X的表現(xiàn)會如此糟糕了。在Surface Pro X的Windows 10 on ARM中運行X86軟件，是邊轉(zhuǎn)碼邊運行的，并不像蘋果Rosetta 2那樣在安裝時作好轉(zhuǎn)碼工作，運行時無需再次轉(zhuǎn)碼。加上性能較弱的SQ1/SQ2處理器，運行X86軟件拖慢卡頓也就在情理之中了。

總結(jié)

到了這里，相信大家都可以得出結(jié)論了。MacBook使用的M1處理器性能非常強大，足以和頂尖的X86處理器同臺競技；而蘋果又在macOS 11中準備了高效的Rosetta 2指令翻譯方案，因此對于能否流暢運行之前的X86軟件，大家無需太過擔心。

根據(jù)蘋果的說法，情況要比筆者文中分析的更加樂觀。蘋果宣稱，M1要比之前MacBook所使用的X86處理器性能高1倍，同時功耗僅為25%。從各種角度來看，新的MacBook都非常值得期待，一起來靜待上市實測吧。
責編AJX