苹果的移动GPU王者之路:AMD/NV肠子都悔青了

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。

苹果的移动GPU王者之路:AMD/NV肠子都悔青了

AMD和NVIDIA重蹈Intel的覆辙,丢掉移动GPU市场

苹果在没有Intel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(严格来说不属于自主研发)。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Intel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。

苹果的移动GPU王者之路:AMD/NV肠子都悔青了

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。

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Intel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Intel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Intel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Intel则没有选择与苹果的合作。