苹果自研芯片的一段往事

2008年4月，Apple以2.78亿美元的代价，收购了一间无晶圆厂芯片设计公司 (Fabless Design House)，得到150名天才工程师，那间公司叫做P.A. Semi，位于美国加州Santa Clara (也刚好是Intel总部所在地)，创立于2003年，由曾在2003年获颁IEEE Solid State Circuits Award的芯片设计大师Daniel W. Dobberpuhl所成立。今日Apple的A系列与M系列处理器之所以能够有今天的表现与地位，除了封闭性生态系统带来的先天优势，P.A. Semi团队绝对居功厥伟。

Daniel W. Dobberpuhl早在1976年就加盟DEC，参与过80年代这间公司最成功的产品MicroVAX(将大多数的VAX复杂指令转由软件仿真，处理器碰到这些指令就触发例外，让操作系统搞定，结果芯片总面积缩小到五分之一，还足以提供90%原生VAX效能)，也历经过对后世影响深远的DEC Alpha 21064与StrongARM。在这之前，随着StrongARM从DEC移转给Intel，Daniel W. Dobberpuhl也创立了SiBytes，专注于MIPS指令集的高速网络处理器，在2000年被Broadcom并购。他本人在2019年10月26日辞世，享年74岁。

为何笔者要特别提这件事？因为同样待过DEC (Alpha 21164, 21264) 的「处理器游侠」Jim Keller在1999年入职SiBytes，接着在Broadcom担任首席架构师，又在2004年转战P.A. Semi任职工程副总裁，在Daniel W. Dobberpuhl的领导下，累积了低功耗RISC处理器的设计经验，直到2008年P.A. Semi被Apple并购，也仍留在Apple服务一段不短的时日，参与了A4和A5的研发工作。

P.A. Semi当时的研发重点是名为PWRficient的产品线，顾名思义，就是追求极致能耗比的处理器，总计分成3个部份：兼容PowerPC指令集的PA6T核心、CONEXIUM芯片内链接架构、ENVOI I/O子系统。后来Apple自研处理器的诸多特色，都可在PWRficient摸索到其踪迹，也可从其遗产，判断Apple自家芯片未来的可能方向。

其PA6T核心在频率2GHz时，最高功耗不超过7W，1.5GHz时更低至4W，双核心的PA6T-1692M在频率2GHz时，整颗标准功耗仅13W，最高也不超过25W，相较于同时期衍生于服务器应用的IBM PowerPC(如PowerPC 970家族)，无论同频率效能(SPEC CPU 2000) 和能耗比，均享有压倒性的优势。

这一页的内容非常的震撼，只要有经历过2005年的科科们，或多或少都知道下面的数字，代表的是什么意思，这也是Apple愿意买下这间公司的主因。

省电归省电，PA6T仍是货真价实的多指令派发、非顺序执行的高校能微架构，浮点运算性能尤其出色，约为同频率IBM PowerPC 970的2倍。也因此，当时不乏Apple将改用P.A. Semi产品的谣传，只不过，Steve Jobs却在2005年选择了Intel。

但这并不代表Apple不重视P.A. Semi的价值，而P.A. Semi也并非如外界的刻板印象，只想作低功耗的低阶产品。反之，P.A. Semi的PWRficient一开始就放眼各式各样的应用，并具备强大的多核心延展性。根据已知的规划，PWRficient将会有16核的版本。

服务器应用也是P.A. Semi锁定的目标。换言之，P.A. Semi的野心可归纳为1条公式：StrongARM的低功耗 + Alpha等级的高效能 + PowerPC指令集兼容性。

不过Apple收购P.A. Semi后也并非一帆风顺，虽然接收了150名天才工程师，但Dan Dobberpuhl与数名重要的工程师，据传因对2间公司的整合方式与股票奖励不满，在2009年底先后离开了Apple，一起创立了Agnilux，不到1年的时间就被Google买走。这次Daniel W. Dobberpuhl并没有跟着进入Google，而成为机器视觉厂商Movidius的董事会主席，而Movidius则在2016年成为Intel的一部分。

Apple吃掉P.A. Semi后，却迟迟看不到自家芯片、甚至是独创核心微架构问世，那么他们该怎么办？我们将时间轴拉回到Apple在2010年4月发表首款自研处理器A4(APL0398)，其设计衍生于Samsung S5PC110A01，最主要的差别在于GPU换成Apple长期偏好的PowerVR SGX系列，但那完全一模一样的ARM Cortex-A8核心却是大有来头—因为得到Intrinsity这间公司的技术加持，并延续了和Samsung合作 “Hummingbird” 的成果，频率从ARM公版的650MHz，一举推进到1GHz大关。

由22名业界老兵成立于1999年、设立在美国德州奥斯汀的Intrinsity，其技术强项在于优化的Wave Pipeline (无锁存管线) 电路设计，将其命名为FastMATH。Apple认知到这间公司的重要性后，就马上收入囊中，但过程却极度低调，连金额都无人知悉 (据说是5000万美元，但也有其他的版本)，唯一可以确定的是，Apple的目的非常明确，就是为了A4处理器。接着，出自于P.A. Semi团队的独特微架构Swift，就在2012年9月的A6堂堂登场，开启了Apple Silicon之路。

Intrinsity的FastMATH最有名的成功案例，是1颗超低功耗的MIPS32指令集处理器 (请各位科科务必仔细看这张简报的内容，盲目追求简单迅速便宜的VIA Centaur简直是马上逊掉了)。Apple得到Intrinsity后，更让从P.A. Semi获得的深厚功力，提升到更高的高度。如何将这些特殊的技术，有效应用到台积电的最新制程和设计工具，也算是Apple厉害的地方。

爬文至此，各位亲爱的读者们，是否能够以古鉴今，猜猜Apple Silicon的下一步会往哪边走？但假使Apple当年直接用P.A. Semi的芯片打造MacBook Air，而不是连根拔起的转进Intel，那么计算器工业界的历史，恐怕就会被整个重新改写，最起码IBM的Power Everywhere看来就不会变成幻梦一场。