PowerPC 简史 伍:否极泰来 以弱胜强

PowerPC硬件历史

漫漫如长夜,浩瀚如晨曦……

前文已经提到,在 Copland 系统研发失败后,面对愈发孱弱的 Mac OS,阿梅里奥急需从外部购买一个全新系统来满足需要,Windows、Solaris、BeOS、NeXTSTEP 随即纷纷踊跃表态,希望能被苹果选中,而阿梅里奥最终的选择将决定苹果公司未来的命运。

众里寻他千百度

在众多来访者中,苹果的死敌微软也来凑了凑热闹,比尔·盖茨天天给阿梅里奥打电话,表示愿意派遣数百位工程师与苹果一道负责此项目,但苹果内部工程师们对此均不看好,这不仅将动摇他们一直视微软为假想敌的信念,在技术层面也难以实现1。并且就算成功,从此之后苹果也将无颜面对媒体和自己的忠实用户,阿梅里奥深知这一点,无奈只好一直钓着微软做掩护,另找他人。

而在其中舞姿最为热烈的,是前文提到的让·路易·加西,他的 BeOS 不可谓不独具一格,但围绕它开发的软件几乎为零2,被形容为「未经雕琢的钻石」,The Computer Chronicles 曾于 1996 年采访了其产品 BeBox,只见 BeOS 运用对称多处理能力使两块 PowerPC 603 同时运行,能同时编辑图片、播放三个视频和两条音频,其卓越的性能让主持人惊叹不已。

也正是有这份自信,加西不遗余力地对苹果吹嘘自己系统的强大3,甚至等不及下一轮谈判,直接飞到夏威夷去见正在开会的阿梅里奥4,称其早已万事俱备、只欠东风,一旦购买,新系统几周之内就指日可待了。

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BeOS 与 Jean-Louis Gassée

这样的营销攻势也果真吸引到了阿梅里奥,可到谈价格时,加西却狮子大开口,报了一个天文数字:价值约 4.5 亿美元的股票。这几乎是阿梅里奥预估价格的九倍,而 Be 公司本身受到的投资仅仅不过 2 千万美元。在一番拉扯后,最终停在了 2.75 亿美元的位置上,依旧远超阿梅里奥的预计,加之 BeOS 本身也并非尽善尽美5,阿梅里奥只好再次踏上寻找新系统之旅。

汉考克曾对 SUN 公司的 Solaris 情有独钟6,由于其属于 Unix 系统、且稳定性坚若磐石,一度也被苹果所看重,但很快他们发现其糟糕的图形界面完全不适合苹果的风格。最终他们找到了NeXT,虽然旗下的 NeXTSTEP 系统也是源自 Unix,但图形界面相比 Solaris 要友好得多,而其创始人不是别人,正是大名鼎鼎的史蒂夫·乔布斯。

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NeXTSTEP 与 Steve Jobs,从中已经能看到 OS X 的影子

从日本回来的乔布斯第一时间会见了阿梅里奥,凭借他「现实扭曲力场」的人格魅力成功赢得了阿梅里奥的好感,而在谈论价格时更是给出了比加西更诱人的条件:3 亿多美元和 150 万股票,不仅能拥有 NeXTSTEP 系统,还能拥有 NeXT 公司旗下 WebObjects 等领先业界的新技术和那 300 名精锐员工。而且不像还没有正式发布的 BeOS,NeXTSTEP 系统已经发售并且销量喜人,每年能入账 5000 万美金。

最终阿梅里奥得出结论:NeXT 第一、BeOS 第二。让他们于 12 月 10 日下午分别来到帕罗奥托的花园庭院酒店做最后的对决。在楼上会议室中,乔布斯全力以赴,将 NeXTSTEP 系统的优势展现得淋漓尽致;反观加西,认为自己早已胜券在握,没有做正式介绍,没有做任何演示,而是直接谈起了条件,胜负一目了然7

1997 年 1 月 21 日,在历经 11 年坎坷艰辛后,苹果公司总算有了一个能与微软一较高下的操作系统,乔布斯也再次回到了他心心念念的公司,兴奋的他提议与阿梅里奥好好庆祝一番,于是六月的一天,两位夫妇共 4 人,在夕阳下来到一座小镇的餐馆中同欢共庆,阿梅里奥后来回忆起这段美好经历时,写道:

接下来三个小时里,大家沉浸在一种其乐融融的氛围中。我们四人有说有笑,享受着佳酿,品尝着那尚可接受的素菜,任何人看到这一幕,都以为我们是亲密无间的好友。的确,简单的背景,烘托着互相欣赏的两对人,足以证明一种忠贞不渝的友情。

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两人关系似乎不错,至少阿梅里奥一开始是这样认为的

终于,在阿梅里奥的一番操作下,苹果的财政终于稳定不至于崩溃,新系统也到底是有了眉目,在 1996 年下半年,随着暑期返校季的到来,苹果更是迎来了小幅盈利。情况似乎在逐渐好转,阿梅里奥也松了一口气,随即欣喜地对外宣布苹果已经盈利 2500 万美元8,并大胆预测将在 1997 年冬季彻底实现盈亏平衡。

节节败退

殊不知,正是这份自信害了阿梅里奥,事实证明那个多事之秋并没给衰弱的苹果多些喘息之机,随着下半年阿梅里奥一系列的决策失误,12 月底等待他的将是一场能与 1995 年相比肩的大败。随着销量持续低迷和市场份额的不断萎缩,1997 年阿梅里奥将直面苹果史上最为混乱的一段时期。或许此时的他仍未意识到,一片片阴云正笼罩在苹果公司上方,不日将大雨滂沱,将他和他的员工们打得七零八落。

顾此失彼

对于屡战屡败的 Macintosh 市场,阿梅里奥的策略是增加广告投入:他耗费大量精力、砸入大量金钱进影视广告,努力想将产品形象树立在人们心中。终于在花费 1500 万美金后,1996 年 6 月上映的「碟中谍」主角汤姆·克鲁斯出现在了苹果的海报中,同主题的广告也制作完毕。随着电影的热映传遍各地。

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当时苹果宣传卡片的正反面

而在另一部电影「独立日」中,在花费 850 万美金后,「出生即爆炸」的 PowerBook 5300 摇身一变,成为了打败外星人、拯救世界的关键武器。但有趣的是,由于影片中有着大量爆炸场面,曾一度让经理们担心这会让人们回想起去年的电池爆炸事故。

苹果高级营销副总裁萨吉夫·查希尔听到后,无奈地笑了笑「如果我们都不自嘲, 那谁还能嘲笑我们呢?」

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多灾多难的 PowerBook 5300 当之无愧是苹果有史以来最糟糕的笔记本电脑

尽管阿梅里奥在这方面全力以赴,但苹果的顽疾,早已不是一味猛药就能治愈的,日益严重的产品质量问题让阿梅里奥的愿望如南柯一梦:去年 PowerBook 电池事故只是个开始,到 1996 年,各种设备质量问题集中爆发、层出不穷9,共 14 种型号的电脑需要修理回收;而苹果曾经的强项:技术支持此刻也陷入了半瘫痪状态10

当两部电影票房火爆、看完的观众正兴致勃勃来到商店准备购买时,好巧不巧,这正是 PowerBook 5300 停产整顿之时,货架上空空如也。在苹果自相矛盾的营销攻势下,阿梅里奥再一次蒙受了损失。

丢了西瓜捡芝麻

而这还不是最严重的打击,在接下来的 10 月,苹果为了节省销售年会的经费,将原本一场的销售大会改成了三场,分别在美国、欧洲、夏威夷举行:这样能大幅降低销售代表往返的旅费。

但这带来了一个严重问题:整个 10 月阿梅里奥和一众高管至少有三周将彻底脱离岗位,在三大城市中疲于奔命;大量销售代表也将有一周无法工作。而圣诞季即将来临,10 月正是通过渠道销售产品的最关键时期,如此这般安排,许多公司的订单将因此而告吹。

当阿梅里奥意识到此决定将带来的严重后果时,一切都已经来不及了。

整个 10 月苹果几乎没收到任何订单,11 月也寥寥无几。更惨的是,之前屡次发生的产品质量问题、技术支持的失效事件被媒体添油加醋宣传11,使得 Macintosh 口碑在那个圣诞一落千丈,人们纷纷购买对面的 Windows 机型,谁也不愿意购买濒临倒闭的公司产品。

而在内部,苹果销售部门长期以来极不负责的行径更是将事态恶化到了难以复加的地步:每到一季度末时,为了完成上级下发的目标,销售代表就会发疯似地将大量电脑塞到经销商手里,甚至不惜惹怒他们12,导致下一季度初各路积压的货物难以消化,订单少得可怜,到季度末目标难以达成时销售代表们又再次给经销商塞进大量货物,周而复始。

如此严峻的外部环境加上内部的一盘散沙13,最终,苹果 Mac 的销量再创新低,相比斯平德勒亏损的 6900 万美元,这次直接亏了 1.2 亿美元,如此巨额的损失迫使阿梅里奥削减 4 亿美元开支并再度裁员 2700 人,前几月的盈利喜讯、预测的盈亏平衡均成了笑柄。

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苹果净收入、总收入图表,可见阿梅里奥任职期间亏损继续放大

媒体也对其治理能力和苹果的未来失望透顶,在 11 月的Comdex大会上,这种情绪被推向了顶峰,华尔街日报记者吉尔·卡尔顿回忆起当时场景时,哀伤地写道。

苹果计算机公司在哪儿呢?倒有个展厅,被遮掩在大厅远方的一个角落里,人迹罕至,因为人人都奔向与微软/英特尔有关的展厅了。即使是显赫一时的 PowerPC 也冷冷清清,门可罗雀。

曾几何时,1993 年当 PowerPC 叫嚣着要夺回微软和英特尔的霸主地位时,那可真是风光一时啊!而现在的 PowerPC 展览馆里,唯一展示用的都是由苹果、Power Computing、UMAX 和 Motorola 公司制造的。

苹果和它的三个克隆公司,总共四家公司对抗着成百家对手。探照灯的闪亮和数字艺术绘画的陈列,真让人们觉得置身于一个高科技博物馆。但按目前状况,Macintosh 似乎命中注定也快要进博物馆了。

饮鸩止渴

即使克隆厂商相对 Wintel 已经少的可怜,可面对它们那极具象征性的授权费14,阿梅里奥仍希望从他们手中榨取更多资金来填补窟窿,但曾与克隆厂商签署的合同内有一条规定:只要苹果仍在沿用 Mac OS 7,授权费就不得改变。

与此同时,在砍掉 Copland 这块肿瘤后,其研究成果被逐渐整合进下一代操作系统,最初其被称为 Mac OS 7.7,阿梅里奥却将其改为了 Mac OS 8,这样一来,超出了协议的规定范围。意味着克隆厂商必须与苹果重新签署授权协议才能使用 Mac OS 8,苹果也得以提高授权费来增加收入。

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8「上」与前代 7.6.1「下」的界面,UI 有了些「Platinum」设计语言的 3 维突起

尽管一度引来了媒体的一致口诛笔伐,但很快几大 Mac 克隆厂商均表示接受,并准备与苹果签署新协议,但这种方式无疑是杀鸡取卵,与已是心腹大患的克隆厂商谈论提高授权费无异于与虎谋皮,换来的只会是后者更加疯狂的营销,最终将苹果彻底边缘化。

幸运的是该协议最终并未完全成型15,给了后面乔布斯全面封杀以条件,下文将会进一步提及此事。

再度折戟

在如此糟糕的情形下,随着 1 月 Mac world 大会的召开,阿梅里奥迫切需要些好消息来提振大众信心,他邀请了各界许多名人,从舞蹈界的格雷戈里·海因斯到拳击界的穆罕穆德·阿里无所不包,刚成为苹果顾问的乔布斯和元老沃兹尼亚克也都悉数到场,共同见证苹果的发展。

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从左到右分别为沃兹尼亚克、乔布斯、阿梅里奥

克隆厂商们也嗅到了血腥味,Power Computing 在大会前也开始了宣传攻势,公司上下举行了一个以军事为主题的营销活动,敦促 Mac 用户「反击」,打着进攻英特尔/微软的旗号继续侵吞原属于苹果的 Mac 市场份额。

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Power Computing 有着些苏联风格的宣传

与苹果的颓丧形成鲜明对比的是,Power Computing 的事业正做得风生水起,视频墙循环播放着「我们为什么战斗」之类鼓舞人心的宣传,员工们身穿迷彩服,将创始人史蒂夫·康的名言印在海报、T 恤上发放给群众,一时间整个会议中心周围的街道上无处不是 Power Computing 的热情与活力。

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现在看来有些个人崇拜的 T 恤衫

但所有人都没想到的是,如此重大、标志着苹果未来的演讲活动在阿梅里奥手上却变成了一场大灾难:演讲稿一拖再拖,以至整场活动难以进行任何彩排,准备工作混乱不堪、效率低得可怕,作为 CEO 的阿梅里奥却并不怎么关心,圣诞节照常回家度假。

「在准备这次也许是苹果计算机公司最重要的一次演讲时,阿梅里奥更关心的是请一些名流与他一起站在舞台上,而不是发言的内容」华尔街日报记者吉尔·卡尔顿写道。

而当他站到台上时,却发现幻灯片上的顺序全乱了,提词器上显示的压根不是正式版的演讲稿,再加上阿梅里奥本就蹩脚的演讲,现场情况可想而知。

我停了下来,此时提词器上的内容早已面目全非,全场一片尴尬的沉寂,我能听见自己的心脏在砰砰直跳,这将是我一生中经历过最难堪、最不可原谅的时刻。我站在那儿等着,告诫自己放松、自然,但无济于事。

最终,阿梅里奥的愿望落空了,苹果股价并没有因此而节节高升,反而下降了 37.5 美分。随着裁员的不断进行,公司上下士气低落到了极点,仿佛苹果再度回到原地,甚至比去年初斯平德勒在任时还要糟糕。

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苹果 1994、1995、1996 年的股价,可见 Mac world 期间股价再次大跌,并持续低迷了半年之久

奋起反击

与苹果这家日薄西山的公司相对应的,此时 PowerPC 正一路披荆斩棘、势如破竹,尽管英特尔仍在后面紧追不舍,但 PowerPC 又有了新的进展:300MHz 大关告破。

作为生产该芯片的一员,Motorola 在更新制造工艺方面一直比 IBM 与英特尔慢,但随着这几年大量资金被投入到晶圆厂现代化中,Motorola 正一日千里地向前发展:其早于 IBM 和英特尔,率先推出了 250nm 工艺,即 PPC3,相比前代晶体管密度增加 30%,大有后来居上之势。

不久,IBM 也推出了该工艺,称之为 CMOS-6S216,尽管并不能算是「真 250nm」17,但随着其到来,代号为「Goldeneye」的 PowerPC 603e 频率得以提升 25%:最高可达 300MHz,与此时仍旧使用 350nm 与 0.5µm 的奔腾 MMX、Pro 形成代差优势。

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IBM 与英特尔的工艺节点在各项参数上的对比表

如此一来,PowerPC 603e 的速度再度腾飞,而这对于苹果而言不可谓不是雪中送炭,为了迎合大众和媒体对多媒体电脑的热情浪潮,苹果和迪士尼于 1997 年 4 月举行了整整三天、主题为「多媒体发现」的纪念活动,并顺势推出了 Power Macintosh 6500 系列,其就搭载了最高端、可以运行在 300MHz 的 PowerPC 603ev,被誉为「世界上第一款频率突破 300MHz 的个人电脑」18

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Power Macintosh 6500,苹果宣称相较奔腾 MMX 其运行速度可达两倍之多

与此同时,PowerBook 3400 的诞生也总算让苹果有了些喘歇之机,随着命运多舛的 PowerBook 5300 终于走进历史,得益于强大的 PowerPC 603ev,新一代 PowerBook 的运行速度能达到惊人的 240MHz,成为了当时笔记本电脑的性能之最,同时保持极低的功耗19

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PowerBook 5300「左」与 3400「右」

依靠这两款强劲的产品,阿梅里奥总算平息了外部波涛汹涌的局势,使苹果不至于崩溃,但俗话说「堡垒往往是从内部攻破的」,他或许未曾意识到,在乔布斯的建议下,大量高管已然换成了 NeXT 那边的人,其中就包括主管硬件的乔恩·鲁宾斯坦,在他的领导下,一场 PowerPC 阵营的内讧正在酝酿。

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Jon Rubinstein,于 1997 年 2 月 4 日升任苹果工程主管

X704 的覆灭

相比 PowerPC 此刻的春风得意,前文提到的 X704 远没有这么幸运,533MHz 超高频率的芯片迟迟未能生产出来,交货时间推迟到了 3 月份20,可当其在 2 月份努力生产了 7000 多枚芯片时,鲁宾斯坦却于 3 月 3 日表示:虚弱的苹果已无力围绕 X704 再设计产品。

更关键的是,PowerPC 设计中心:萨默塞特再次突破了 PowerPC G2 系列的极限,得益于 IBM 的先进工艺21,代号为「Mach 5」的芯片 PowerPC 604ev 能在最高 350MHz 的频率下运行,其性能已经能比肩甚至超过 X704,同时能耗比前者要低得多22,已然成为了苹果的首选。

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MacWorld 杂志测试发现,433MHz 的 X704 性能甚至不如 225MHz 的 PowerPC 604e

无奈之下,Exponential 只好寻求各位 Mac 克隆厂商的援助。起初达成了合作协议:苹果答应为克隆厂商提供修改过的 ROM 来帮助其设计运行 X704 的产品。可只过了两天,在 4 月 17 日,早已分身乏术的苹果以「设计缺陷:频率过慢」为由终止了所有与 Exponential 的条约,使其无法向苹果或是任何克隆厂商出售 X704 芯片23

这对 Exponential 而言可谓是釜底抽薪,随着时间的推移,其受到的支持愈来愈小,不到一个月,5 月 8 日 Exponential 宣布裁员 25%,并在两周内关闭了他们在圣何塞、奥斯汀的研发中心。X704 也由此走入历史24

但故事并未就此结束,正所谓「聚是一团火、散是满天星」,Exponential 的英雄们虽然已经退散,但其技术几经波折,最终落到了英特尔手上,助其研发奔腾 II 芯片来与 PowerPC 对抗25,有关奔腾 II 芯片下文将再次提到。

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Exponential 的遗产促成了 Pentium II 的诞生与改进

剩余的员工则重起炉灶,于 1997 年建立了 Intrinsity 公司,该公司在 2009 年年中与三星在 ARM Cortex A8 的基础上研发出了大名鼎鼎的蜂鸟架构,其较高的主频让搭载此核心的三星 S5PC110 芯片名噪一时26,当然这还不是最惊人的。

2010 年,苹果极其低调地收购了 Intrinsity,22 位骨干员工最终成为了苹果芯片梦之队的一部分,一代神机:iPhone 4 中的 A4 芯片就是基于此打造,这成为了第一颗苹果独立完成了完整芯片设计的移动 SoC 芯片,借助其出色的提频技术,搭载在 iPad 上的 A4 更是突破了 1GHz,当然这一切都是后话了。

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A4「左」与三星「右」的 Die shot,可见其核心架构极其相似

飞入寻常百姓家

正当苹果借助 PowerPC 的强大性能为公司生存而拼搏之时,在 IBM 和 Motorola 这边,见 PowerPC 发展如此之迅猛,由此衍生出的 PowerPC 4xx 和 PowerQUICC 系列也走向了快车道,大举进军嵌入式市场。

PowerPC 403 与 401

早在 1994 年,急不可耐的 IBM 就推出了一款 PowerPC 403 核心,表示其他厂商可以利用该核心定制一系列芯片,从而更加快速地生产出嵌入式产品投入市场。TiVo 在索尼生产的第一款机顶盒 SVR-2000 就搭载了此核心,并发展至其他机顶盒型号。

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索尼制造的 TiVo SVR-2000

而在其内部,就有一枚配有 16MB 内存的 PowerPC 403GCX 芯片,算是 PowerPC 403GC 系列的特别定制版,负责主要的运算工作,这也是整个 PowerPC 403 系列中最高端的芯片27

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PowerPC 403GC 芯片及其 Die shot

尽管相比主流的 PowerPC 6xx 系列其在各方面都已大幅缩水:晶体管数量仅有 PowerPC 603ev 的 70%28,运行频率也只有 54MHz,而且没有浮点运算单元。但对要求低功耗、低成本、高能耗比的嵌入式市场而言,其各项指标依旧有待改进。

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索尼 TiVo SVR-2000 主板上的 PowerPC 403GCX「左上」

针对此 IBM 于 1996 年末发布了 PowerPC 401 核心,相比前代产品砍去了大量功能单元29,在相同工艺下面积也得以进一步缩小,核心部分晶体管数量仅 85000 个。

得益于上述的大改动,以此为基础构建出 PowerPC 401GF 为首的系列芯片对前代产品问题进行了改进:当两者同时运行在 50MHz 时,相比上一代其功耗降低了 60%;受益于面积的缩小30,价格更是低到 13 美元一枚,相比前者的 30 美元低了一半多31;能耗比方面也有了提升32,在同类产品中极具竞争力。

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各大嵌入式芯片性能/功耗图「左」可见 PowerPC 401GF 位于左上角,领先竞品,右边是其 Die shot

在该芯片发布后,由于其优异的各项参数,终于引起了业界的广泛关注,Microprocessor Report 期刊主编 Jim·Turley 为此专门撰写了一篇名为「401GF 是最酷、最便宜的 PowerPC」的文章,其中对其极低的成本、领先对手的能耗比盛赞有加。

这是第一次,PowerPC 芯片可以对低成本、电池供电设备市场构成可信的威胁……IBM 创造了一个非常有竞争力的 32 位嵌入式 CPU,可以与最好的 CPU 相媲美。

在舆论的推波助澜下,PowerPC 401GF 开始广泛用于机顶盒、交换机、打印机和传真机等领域,譬如日本 Kyocera、Konica Minolta ****公司旗下多款打印机均采用 PowerPC 401GF 作为运算芯片。

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Kyocera FS-680「左」以及 Konica Minolta 7022 打印机「右」

PowerQUICC 系列

此时一旁的 Motorola 见 IBM 一路攻城拔寨,也推出了 PowerQUICC 系列芯片,同样主打嵌入式市场,但相比 IBM 最为专注的控制器领域,Motorola 更希望 PowerPC 芯片能与自身先进的网络通讯技术相结合,在嵌入式的另一领域做些与众不同的产品。

和 IBM 一样,Motorola 早在 1995 年就已推出了 MPC 860 和 MPC 821,形成高低端搭配试图抢占市场,后又于 1996 年推出 MPC 850 与 MPC 801,后者成为整个 PowerQUICC I 系列中最低端的芯片。

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Motorola 与 IBM 嵌入式芯片的对比,可见二者相差并不大

尽管该系列在性能、功耗、面积、成本都与 IBM 的相差不大,但其集成了串行接口,并支持全双工 UART、SPI、I2C 等协议,因此在网络通信方面独具一格。

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MPC801 的架构图,可见下方特有的串行接口

由于其对网络通讯方面的优化,因而被诸多公司所青睐,随之运用于各大网络设备中,例如 Cisco 公司旗下的 801 至 805 等多款路由器均搭载了 PowerQUICC 系列芯片。

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Cisco 801 路由器,内置了 MPC 805 芯片,运行在 33MHz

凭借 Motorola 在通讯领域的发达,PowerQUICC 在九十年代很快普及开来,迅速发展成为业界使用最广泛的通信处理器架构,甚至延伸到了军工国防领域:L3Harris 公司旗下的通讯加密/解密设备就搭载了 PowerQUICC 系列芯片。

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L3Harris RF-5811「左」及其搭载的 MPC 860「右」

在 IBM 和 Motorola 的联合推动下,1996 年 PowerPC 在嵌入式市场卖出了 50 万枚,尽管数量不多,相比其他对手仍只是星星之火,但已有燎原之势:其市场占有率相比两年前提高了五倍之多。应用领域在 PowerPC 405、440 以及 PowerQUICC II、II Pro、III 到来后更是进一步拓展:在汽车、医疗等诸多行业发光发热,当然那些就是后话了。

超人归来

时间到了 1997 年 6 月,一年多已经过去,阿梅里奥治理下的苹果内部并没有像他保证的那样盈利,甚至还有着继续衰退的趋势,一次次的亏损已然耗尽了董事会的耐心,尤其是董事长爱德嘉·伍拉德对他意见颇多。

我确实听到了董事会强烈的不满声「吉尔,你说过现在就能赚钱了。可实际上呢?咱们之间还有没有信誉可言?要是你这人言而无信,那如何领导别人?」有谁尝过夹缝中求生存的滋味!

而对外,不仅乔布斯的好友拉里·埃里森对其虎视眈眈,声称要收购苹果,使得苹果股价一降再降,乔布斯也乘势直接违约,大规模抛售持有的股票,让股价降到了冰点。

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Ed Woolard「左」与 Larry Ellison「右」前者是请回乔布斯的关键人物,后者在乔布斯夺权时发挥了巨大作用

媒体对阿梅里奥也是失望透顶,Wired 杂志上刊登了一篇「101 种拯救苹果办法」的文章,其中一条甚至认为鉴于 PowerPC 如此强劲的势头,苹果干脆让自己被 Motorola 买下,成为其一个部⻔,专门做 PowerPC 系列产品。

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101 种拯救苹果的方法文章

The Red Herring 则写了一篇「阿梅里奥,请辞职」的文章,其中大肆抨击了阿梅里奥改革的失败,并暗示乔布斯尽快重新掌权苹果。

请辞职。用垒球的行话来说,你是位可敬的中场,但现在比赛快结束了。苹果公司需要一个有技术眼光、市场营销能力和热情洋溢的人来使公司扭亏为盈。对不起,这方面你不行。

此时早就坐不住的伍拉德听取了作为顾问的乔布斯的意见,在 7 月 5 日,即美国国庆节假日之时,将阿梅里奥辞退,任命乔布斯为临时 CEO,而乔布斯也在即位后迅速翻脸,将之前称为伙伴的阿梅里奥视为笨蛋33,将他称为慈父的迈克·马库拉赶出董事会,并逼走一大批老员工,来自 NeXT 的高管掌控了整个公司,开启新政。

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Steve Jobs 在 1997 年 8 月在波士顿 Mac world 上的演讲以及 NeXT 创始人之一 Jim Hummel 为其画的漫画

上台后的乔布斯面对极低的股价和危机四伏的 Mac 市场,要求重新评估股价以使其稳定,恢复期权有效性来激励士气;并选择迅速与微软的 CEO 比尔·盖茨和好,以预装 IE 浏览器的代价换来了其为苹果开发新版 Office 软件以及 1.5 亿美元的投资,外加 1 亿美元作为之前专利诉讼的调解费,使之能挺过这段艰难时光。

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尽管 Mac world 大会上这一幕堪称灾难,但比尔·盖茨的确在关键时刻帮了苹果一把

在他的一系列举措下,Mac world 大会后苹果股价上升 6.56 美元,涨幅 33%,为 26.31 美元,是阿梅里奥辞职当天股价的两倍,市值增加 8.3 亿美元,暂时度过了危机,对乔布斯而言,下一步就是对 Mac 克隆厂商的尽数驱逐。

剿杀 Mac 克隆

早在阿梅里奥准备更改操作系统编号以提高许可证价格时,CFO 弗雷德·安德森就坚持要与克隆商重开谈判,最好将其全部消灭:此时正处于 1997 年中,Mac 克隆已经从苹果口中夺走了 20% 的市场份额,其中绝大多数都是高性能、高利润的台式机,而 Mac 的整体市场份额却已跌到了 3.8%。

与此同时,最大克隆厂商 Power Computing 很早便嗅到了危机,而在乔布斯刚来到苹果公司、宣布将基于 NeXTSTEP 开发新系统、并在 WWDC 回答记者问题时将 Mac 克隆称之为「吸血虫」后,更是让各大克隆厂商惴惴不安。

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MacWorld 杂志对此事的插图

在 7 月乔布斯上位之后,于 26 日推出了期待已久的 Mac OS 8,可在发布后媒体却发现其中并未公布任何新的许可协议,摆明了乔布斯不希望授权克隆厂商以新系统,正所谓断人财路如杀人父母,各路克隆厂商的恐慌情绪来到了顶点。

当乔布斯在波士顿 Mac world 上演讲之前,Power Computing 代表就已站在附近的交通十字路口,身穿黑色连身衣、分发着标语牌,上面写着「我们要求选择」字样,其总裁乔尔·科赫更是怒不可遏,在 Mac world 大会上,面对 700 名观众,爆发了激烈的演讲,差点发⽣了哗变。

他展示了头一批搭载 PowerPC G3 的笔电模型,「嘿,这可真是一个杰作!」观众发出一片赞同之声,「喂,不要鼓掌!猜猜会怎样?你们得不到!」科赫忿忿不平地继续说道「我不相信你会看到它,因为苹果还没有授权 PowerBook 的设计!」他警告称,整个克隆项目已处于危机之中。

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Joel Kocher,乔布斯在清理 Mac 克隆时最大的敌人

在 Mac world 大会结束的一周后,苹果正式宣布:不会接受任何 Mac 克隆机34。恼怒的科赫试图说服 Power Computing 董事会对苹果发起诉讼,但其创始人史蒂夫·康却清醒地认识到:尽管现在公司销售额一路高歌,已达 4 亿美元之巨,但却并没赚多少钱,若是与苹果陷入一场无休无止的诉讼战,这将彻底拖垮整个公司。

最终董事会驳回了科赫的提议,后者于 8 月 19 日愤而辞职,而在与苹果一番商议后,苹果于 9 月 2 日宣布将以价值 1 亿多美金的股票与 1000 万现金收购 Power Computing 的大部分资产以及部分员工,彻底终结了该公司的 Mac 克隆生涯。

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在苹果的打压下,Power Computing 丢失了许可证

其他克隆厂商见此阵仗,也都纷纷献城而降,表示不再生产克隆机。而酝酿中的 PowerPC 平台,即 PPCP:前文提到的通用硬件参考平台 CHRP 的改名。连第一款产品都还没面世就已然夭折,加上微软于 2 月初终结了对 PowerPC 的支持,从此 PowerPC 桌面端真就只有苹果一人还在孤军奋战了。

至此,Mac 克隆走进了历史长河,失去苹果认证的 Power Computing 试图制造 PC 克隆,却遭到了供应商的诉讼,于 12 月破产,来年 1 月其所有实物资产被尽数拍卖,它的辉煌时代已然过去。

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Power Computing 最后的告别,象征着一个时代的结束

生死决战

在将 Mac 克隆赶尽杀绝后,乔布斯终于再次掌控全局,好在阿梅里奥离任前也给其留下了一个不差的底子:产品质量问题基本解决、新一代 PowerBook 正在有条不紊地生产,而银行内的 15 亿美元也能让其一展拳脚。

而对此时苹果最重要的,是即将到来的 PowerPC G3 芯片,其性能高低几乎决定了苹果这家公司的命运:在软件孱弱、产品设计欠佳的大背景下,强大的性能优势将是 1997 年圣诞季苹果能逆风翻盘的唯一机会。

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A very different chip,是乔布斯 51 天扭亏为盈的首要条件

而另一边,已经占据绝对优势地位的英特尔,也在 P6 架构基础上推出了奔腾 II 芯片,在 1997 年的这个冬天,决定苹果存亡的战役即将打响。

此时的形势对 PowerPC 阵营而言并不乐观,四年前在 Comdex 大会上当苹果向微软和英特尔宣战之时,公司上至高管下至员工,都曾无比相信未来掌握在他们手中,而 Wintel 联盟已然崩溃在即,就连行业分析师也纷纷预测 PowerPC 将赢得至少 20% 的市场份额。

可如今,市场份额随着苹果的衰微,到现在也只有可怜的个位数,每年收入仅 4 亿美元,抛去 2 亿多的生产成本以及设计中心萨默塞特近 1 亿美金的运营费用,已几无盈利空间。可随着芯片工艺、架构的精进,IBM 与 Motorola 还需每年投入大量资金继续与英特尔对抗。

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1997 至 1998 年个人电脑领域的芯片市场份额图

外界也早已心灰意冷,Byte 杂志在 1996 年末就曾悲观地预测:1997 年将是 PowerPC 最后的辉煌时刻;而在 Microprocessor Report 期刊中,有篇名为「萨默塞特已然过时」的文章更是指出:IBM 和 Motorola 之间不可调和的矛盾正一步步将萨默塞特带入深渊。

在这两者中,Motorola 的处境最差:消息人士称,苹果从 IBM 购买的芯片比 Motorola 多,随着 Windows NT 逐步放弃对 PowerPC 的支持以及 Mac 克隆的终止,Motorola 已没有其他客户能向其销售 PowerPC,而 IBM 专注于服务器市场,却仍可以赚取大量利润。

由于缺乏利润,Motorola 继续资助萨默塞特开发台式机 PowerPC 已毫无意义,其应更加专注于嵌入式领域。相反 IBM 应全部承担开发新 PowerPC 的成本:这些芯片将只被苹果和 IBM 使用。

反观英特尔,虽然仍在与宿敌 AMD 明争暗斗,但得益于 Windows 江山的日益稳固,公司事业正蒸蒸日上:整个 1997 年,其净收入高达 250 亿美元,继续保持着 20% 的增速;与苹果的 10 亿年亏损形成了鲜明对比。见此大好形势,英特尔更在研发上不遗余力:相比 1994 年的 11 亿美元,其 1997 年在半导体方面的投入又翻了两倍多,达 23 亿美元。

而 PowerPC 的未来,就在这外界延绵不绝的质疑声中、对手日益强盛的阴霾下,继续跌跌撞撞地行进。

PowerPC 750「G3」

万幸的是,萨默塞特杰出的工程师们不负众望,早在 PowerPC G2 力压英特尔奔腾之时,其下一代产品 PowerPC 613 就已经开始设计,后来随着 X704 的技惊四座,其被改名为 PowerPC 750,但为精简称之为 PowerPC G3,代号 Arthur。

PowerPC G3 基于 603e 改进而来,外表看,其 Die 面积为 67mm²,比后者还少 15%,却集成了前代 2.5 倍的晶体管数量,达到 640 万,甚至高于 G2 时代最强 604e 近 25%,这是因其运用了最新的 Motorola 250nm 工艺35,这一先进工艺的到来令单个晶体管价格暴跌,致使 G3 的制造成本相比 603e 上浮很小,仅从 30 升至 40 美元。

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PowerPC 750 及其 Die shot

若深入其内部,与在 Power Macintosh 成型之前就已设计完成的 PowerPC 601、603、604 不同,PowerPC G3 的架构设计从头至尾都是为了优化 Mac OS 性能而来,萨默塞特的工程师们花费大量精力,分析了各种软件在 Mac OS 上的运行表现,并针对弱点进行改进。

工程师们分析认为,Mac OS 内部虽然大量代码已经实现原生,但仍有相当数量代码需要通过模拟器运行,而内建在 ROM 里的模拟器对缓存非常敏感,一旦缓存过小,运行非原生代码时就会带来巨大性能下降36

为此工程师们以增加缓存为首要目标,将原先 32KB 的 L1 缓存翻倍,形成双路共 64KB 的 L1 缓存,这与 G2 时代最高端的 PowerPC 604e 相当,整体性能提升 15%;并为 PowerPC G3 开辟了一条 64bit 的 L2 总线,最高可支持 1MB 容量,这一方面使访问 L2 缓存更加容易,同时也能缓解 60x 总线的压力37

尽管 L2 的运行频率只有 PowerPC 的 2/3 或 1/2,但相比之前仅 533MB/s 带宽的 60x 总线,其 1.3GB/s 的高带宽已有了巨大飞跃,更不用说总线很大一部分还需与内存通信,因此在运行中 L2 缓存的带宽可提升三至四倍,同时 60x 总线也从 50MHz 频率提升到了 66MHz,光这两项升级,PowerPC G3 性能就可提高至少 50%。

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PowerPC 750 架构图,可见 L2 有了专门的总线「右下」

在测试中,工程师们发现在 Mac OS 运行下的软件极易出现 TLB 未命中38、分支频繁的情况,因此提高 TLB 命中率与分支预测准确性成了升级的重点,G3 改进了 TLB 命中率39,并运用 604 搭载的动态分支预测器以提升准确性40,在这两项改进的加持下,Mac 软件的性能提升了 21%41

之前 PowerPC 603e 的吞吐量并不高42,且整数性能不足43;为此 G3 每周期从缓存中获取的指令翻倍,并在后端新增一个简单整数单元,能处理除乘法以外的所有整数指令,并使 G3 能并行执行两个连续整数运算,吞吐量和整数性能均有了大幅提高。

尽管 G3 的基础架构基于 603e,且在单元组成上与 604 有诸多相似之处44,尽管其乱序程度并不如后者45,但由于其较短、较充实46的流水线,外加上述改进,使其性能有了大幅跃升47,其整数性能甚至超过了 604e,而浮点性能也是 603e 的近两倍48

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604e、750、740「即不带 L2 缓存的 750」的性能、价格对比,由于对 Mac 的优化,MacBench 分数的提升幅度要大于测试理论性能的 SPEC95

Pentium II

而另一边的英特尔面对其劲敌:AMD 的 K6 芯片,也再接再厉,于 1997 年基于奔腾 Pro 的 P6 架构推出了奔腾 II 芯片,试图再度拉开与 AMD 的差距。

从各项参数上看,其要比 G3 亮眼的多:集成了 750 万个晶体管,比 G3 多了近 17%;初代频率更是来到 300MHz,终于突破了从 1995 年 11 月以来频率长期在 200MHz 左右的停滞,现已能与 PowerPC 并驾齐驱,但其较为落后的 350nm 工艺,使 Die 面积来到 203mm²,是 G3 的 3 倍。

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Pentium 芯片「初代代号 Klamath」以及其独特的包装

若是深入其内部,最显著的改动即是其基于 P6 添加了 MMX 指令的支持,并稍微得到了加强49,这一提升使其在多媒体领域性能大幅增强,这无疑是相比 PowerPC 的一大优越之处:Photoshop 等生产力软件已适配了这一扩展指令集,在下文的性能比较中是其对付 PowerPC 的一大利器。

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Pentium II 与 Pentium Pro、带 MMX 的 Pentium 性能比较,可见 MMX 在多媒体领域处理能力的强大

而在其他方面其改动则相对较小:与 G3 类似,其 L1 缓存容量翻倍,达到双路共 32KB,L2 缓存也保留了前代的独立总线,但与 G3 一样,其频率只能达到 CPU 的 1/2 或 1/3,而非奔腾 Pro 那样能全速运行;并且寄存器别名表得到了简化50,在运行 16 位程序时性能也有了优化51

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Pentium II 的 P6 架构图「左」及其 Die shot「右」

正面交锋

1997 年 11 月 10 日,苹果推出了一系列搭载 PowerPC G3 芯片的产品:Desktop、MiniTower 以及 PowerBook,尽管这些在阿梅里奥治下研发出来的产品相貌平平,几无乔布斯的「灵魂」,但这是那个特殊时期苹果唯一能拿得出手的东西。

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Power Macintosh「上」MiniTower「左」以及 PowerBook「右」

在英特尔一边,笔记本领域仍旧是奔腾 MMX 在挑大梁,而当 PowerBook G3 横空出世之后,不仅将前任 PowerBook 3400 以 65% 的性能差距击败,更是轻松压制住了奔腾 MMX 的优势,再度获得「世界上最快笔记本电脑」的美誉。

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PowerBook G3 与上代以及搭载 Pentium MMX 的笔电的性能对比

而在桌面市场,266MHz 的奔腾 II 不仅大幅超越前辈奔腾 Pro,并且领先 AMD K6 芯片不少,甚至能和 250MHz 的 PowerPC 604e 分庭抗礼,成为当之无愧 x86 阵营的最强芯。

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Byte 杂志对五大芯片的对比

但当 PowerPC G3 上场后,情况有了些微妙的变化,其在 266MHz 运行时就已接近上代 PowerPC 604e 在最快 350MHz 运行的性能;即使在面对最高配、有 MMX 加持且运行在 333MHz 的奔腾 II 时,G3 也仅在对手能利用 MMX 单元的部分稍落下风,而在其他方面做到了大幅超越。

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Byte 杂志对几大产品运行 Photoshop 时的性能测试,其中 Unsharp Mask 和 Gaussian Blur 均能利用到 Pentium II 的 MMX 单元

而在理论层面52,PowerPC G3 与奔腾 II 的差距更是近一步扩大:在执行整数运算这一最常见的任务时,得益于 G3 的双整数单元以及其对 Mac 软件的优化,G3 比奔腾 II 快了近两倍;而在浮点运算方面,G3 也不逊色,以 30% 优势领先奔腾 II53

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Byte 杂志对两大芯片的性能测试,由于使用的编译器能让 PowerPC 更加快速的执行 Bitfield 算法「左」因此特意将之关闭以示公平「右」

在能耗比层面,PowerPC G3 的优势才真正显现出来:在 233MHz 运行时其功耗只有 5.6W,在 300MHz 时为 7.3W。而初代奔腾 II 在 266MHz 运行时功耗高达 38.2W,在 300MHz 时更是直逼 42W。

PowerPC G3 也保持了长期以来的价格优势:相比奔腾 II 75 美元的生产成本 ,其仅为 40 美元;在同为 266MHz 的情况下,G3 仅 500 多美元,而奔腾 II 为 700 多美元54,继续保持着与英特尔近两倍的性价比优势。

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PowerPC 750「左」与 Pentium II「右」散热器的大小对比,可见 Pentium II 发热之大

显然,PowerPC G3 再次取得了胜利,并被 Microprocessor Report 期刊评为 1997 年「编辑选择的最佳 RISC 芯片」,其出色的表现甚至惊讶到了萨默塞特的工程师们,他们原先打算同时在 603e、604e 基础上改进,以形成高低搭配,但由于 G3 的表现过于出色,以至于 604e 改进型的研发计划因此而终止,下一代 PowerPC 芯片 G4 将仍基于此架构研发,当然这些都是后话了。

最终,在 1998 年到来之际、1 月位于旧金山的 Mac world 大会如期召开,在会上乔布斯宣布了苹果这个圣诞季的战果,喜悦之情溢于言表。

在结束演讲时,他第一次使用了后来变成标志性结束语的那句话「噢,还有一件事……」这一次,是「考虑利润」。听众没命地欢呼鼓掌:在经历了两年的巨额亏损后,苹果终于在该季度赢利,获得了4500 万美元利润,打破了分析家的最好预计。1998 年整个财年,苹果实现了 3.09 亿美元的赢利。乔布斯归来,苹果归来。

而就在苹果起死回生、风光无限之际,AIM 阵营内却暗流涌动,在乔布斯剿杀 Mac 克隆时,曾给克隆厂商、也是 AIM 成员之一的 Motorola 开出了条件,向其 CEO 高尔文打电话道:只要 Motorola 能加速研发可用于笔记本电脑的新 PowerPC 芯片,苹果将会考虑为 Motorola 破例,授权其 StarMax 克隆机继续售卖。

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Motorola CEO Christopher Galvin,也是创始人 Paul Galvin 的孙辈

可不知怎的,二人却越聊越激烈,最后大吵一架、不欢而散。事后虽然 Motorola 损失 1 亿美元,停止了克隆机的生产,并表示日后仍会继续 PowerPC 的开发与生产55,可乔布斯并未满意,他召集董事会商议,开始逐渐萌生向英特尔靠拢的想法,这一设想将在未来愈发清晰,并最终决定了 Mac 未来的道路。

Footnotes

  1. 苹果工程师们认为盖茨在故意掩饰一些重大问题,比如「字节顺序」:PowerPC 大多在大端模式下运行,而 x86 通常在小端模式下运行。提交的解决方案也非常不成熟,阿梅里奥称之为大二学生的观点:自以为样样都懂实则浅薄无知。汉考克在调查后也证明了这一点,但盖茨始终安慰阿梅里奥「这都是小事,我们每天都要处理类似问题,你的人排斥微软,所以才说不行」。

  2. 为此在硅谷有一个笑话「Be had never been」Be 既指其公司,也表存在之意。

  3. 为了赢得阿梅里奥的信任,他表示自己可以在汉考克手下工作,并一年只象征性的拿一美元工资;强调自己对苹果很有感情且愿意提供帮助,试图打动阿梅里奥,当然这个伎俩乔布斯也用过。

  4. 关于到底是阿梅里奥邀请加西还是加西主动飞去的现仍存疑,阿梅里奥在书中说是加西跃跃欲试,坚持要飞来见他,加西则在媒体面前声称是阿梅里奥主动邀请他的。

  5. 除了上文提到的零软件支持,BeOS 当时并没有打印功能,还需要编写一套打印机驱动程序才能正常工作,这无疑会拖延新系统的发布时间,根据当时工程师们的计算,购买后仍需三年的时间和上百万美元新系统才能成型。

  6. 到了后面就算阿梅里奥已经打消这个念头了,汉考克依旧不依不饶,不同意他对 Solaris 的看法,替它争辦说这是最佳选择。在整个评估过程中,她都力荐与 SUN 公司商讨。

  7. 在此说两个小插曲:加西在听到消息后,立即向阿梅里奥发送邮件表达祝贺,表示自己和乔布斯不在一个层次,认为他做出了正确决定。而盖茨却情绪失控,向阿梅里奥咆哮道「难道你不清楚乔布斯对技术一窍不通吗?他只是个营销小丑,别的什么也不是!你买那个垃圾做什么?我真不知道你竟会如此愚蠢!」这或许也侧面证明了阿梅里奥选择的正确吧。

  8. 后面他在书中表示当时他曾经一度犹豫过这样做的风险:一旦宣布盈利而下季度亏损所带来的灾难将是毁灭性的。但几乎全体员工包括财务官安德森都建议他宣布盈利,所以他才照做,并声称这是他一生中做过的最愚蠢决定。

  9. 最骇人听闻的质量问题事故,是位于日本的一台 Power Macintosh 的显示器突然爆炸,房间的半边被震垮,墙壁、天花板以及家具全部毁于一旦。幸运的是顾客善解人意,并未引起太大的波澜。

  10. 在此有个被报道的故事:1996 年 4 月 29 日,位于加州的一位女士致信阿梅里奥,抱怨苹果技术人员在指导她为 Power Macintosh 安装软件时的糟糕经历:4 名技术人员说法大相径庭,而且全都没用。在 7 个小时里,她联系了 10 到 20 名技术人员,最后不得不重装所有文件,并且把打印机给扯到地上。「我气得想尖叫」她说,从 PC 转到 Mac 上,为的就是更好的质量和服务,但一无所获「令人伤心的是,尽管许诺会给我回电话,但没一人这样做。苹果的技术支持是行业最差的」。

  11. 媒体不但大肆抨击苹果产品的质量堪忧和已处于半瘫痪的技术支持,还将矛头指向了阿梅里奥本人的消费活动上:其在上任后不久就在太浩湖畔买了套 470 万美元的豪宅,这成为了媒体攻击的重点,尽管事后他辩称此交易是在任命他为 CEO 之前就已达成,只是拖了一年的手续而已。

  12. 有时苹果的销售主管会亲自打电话给大型经销商们提出此要求,并暗示若不照办,未来将不会找他们销售产品,因为曾经 Macintosh 高企的利润是众多经销商们的香饽饽,但时过境迁,到了 98 年 2 月,除 CompUSA 外,已几无大型经销商还在帮苹果销售。

  13. 据阿梅里奥所说:圣诞季期间,销售主管们压根不关心销路情况,开会时 75% 至 90% 的精力都被用在了讨论如何最大限度提高自己年终奖金上,以及如何将大量商品塞入经销商手中。

  14. 当阿梅里奥向 CFO 弗雷德·安德森询问每台克隆机苹果能获利多少时,安德森回答了一个几无价值的数字:大约 50 美元,他建议阿梅里奥随着 Mac 克隆性能的水涨船高,收费也应提高,像高端机的获利至少应提高十倍。

  15. 在 6 月 4 日,苹果与克隆厂商之间对于许可条款已经达成了基本协议,并在两周后将条款写入文件,于 30 日提交给了美国证券交易委员会,但随着 7 月 4 日阿梅里奥的辞职,该协议最终并未生效。

  16. CMOS-6S2 与 PPC3 二者各项特性大体相同,似乎仅 Motorola 的 PPC3 在栅极长度方面相较 IBM 小了 10%。

  17. 尽管 PPC3 与 CMOS-6S2 的晶体管栅极长度均是 250nm,但金属互联层是由之前的 350nm 工艺微缩 10% 后形成;而英特尔虽然号称 350nm 工艺,但晶体管栅极长度却是 280nm,且金属互联层间距更小,因此 Motorola 的优势并不太大。

  18. 但讽刺的是,由于良率问题,300MHz 版本的 Power Macintosh 需要今年晚些时候才会大批量上市,而那时下文 350MHz 的 PowerPC 604 与 PowerPC G3 早已大放异彩,因此有关这颗芯片的评测都少得可怜。

  19. 得益于工艺从 0.5µm 提升至 350nm,相比前代 PowerBook 5300 搭载的 117MHz PowerPC 603e,PowerBook 3400 的 PowerPC 603ev 在 200MHz 运行时功耗基本相同,均是 4 至 5W,且电压从 3.3V 降至 2.5V。

  20. 1996 年秋天,第一批 X704 芯片出厂时仅仅只有 410 MHz,工程师们发现其中一个软件设计工具中有一个阻碍芯片的 bug,若要纠正需要数周时间。

  21. 如前文插图所示,Mach 5 用的是「真 250nm」的 CMOS-6X,Motorola 方面以 PPC4 工艺与之对应。

  22. 得益于 250nm 工艺相比 0.5µm 的先进以及 CMOS 的低功耗,PowerPC 604ev 在 300MHz 运行时功耗为 8 至 14W,电压仅为 1.8V,相比之下 X704 功耗为 75 至 85W。

  23. 这使得 Exponential 为 Mac 研发芯片投入的 4000 万美金付诸东流,且苹果在取消条约后理应支付给 Exponential 的 140 万美金直至今日也不见踪影,而现有的资金无法支持其对 ROM 软件代码进行逆向工程作为替代方案售卖给克隆厂商,最终资金的匮乏加速了 Exponential 的消亡。

  24. 在缺乏资金的窘境下,Exponential 于 7 月向曾经的盟友:苹果发起了诉讼,指控其中断合同且干扰其与克隆厂商的交易,要求赔偿 5 亿美元,随后 1998 年苹果也向其发起反诉讼,指控其违反合同以及非法处置股东资产,这一系列官司最终不了了之。

  25. Exponential 以约 1200 万美元的价格将 X704 总计 50 多项的专利组合出售给 S3 Inc,1998 年 12 月,S3 公司和英特尔宣布了一项为期 10 年的专利交叉许可协议,该协议使英特尔能够获得大部分 Exponential 的原始技术,许多都用于英特尔的奔腾 II 芯片。

  26. 当时蜂鸟架构号称「是高端移动处理器核心中拥有最低漏电、动态功耗的核心」,且 Cortex A8 核心在当时只能在 650MHz 下运行,但在经 Intrinsity 修改、加入多米诺骨牌逻辑后,蜂鸟架构可在 1GHz 下运行,可见其先进性。

  27. PowerPC 403 是 IBM 推出的一个核心,围绕其衍生出多款嵌入式定制芯片,分别有 PowerPC 403GA/GB/GC,其中 PowerPC 403GC 是最高端的,不仅有其余没有的内存管理单元,芯片体质也更好,能在较低电压下跑到额定频率。

  28. 相比 PowerPC 603ev 的 260 万晶体管,PowerPC 403GCX 的晶体管数目为 182 万。

  29. 相比 PowerPC 403GCX,PowerPC 401GF 去掉了内存控制器、直接内存访问通道以及串行接口,其中内存管理单元 MMU 功能也被阉割,不能进行内存地址转换。

  30. 相比 450nm 下 PowerPC 403GCX 47.4mm² 的面积,500nm 工艺下 PowerPC 401GF 仅为 22mm²,少了一半多。

  31. 所有芯片售价均按照采购 10000 枚芯片时的平均成本计。

  32. PowerPC 403GCX 在 33MHz 下的功耗为 200mW,在 50MHz 下为 340mW,而 PowerPC 401GF 在 50MHz 下为 140mW,将其电压从 3.3V 调至 2.5V 后,在 25MHz 运行时仅为 40mV,能耗比几乎是前者的五倍。

  33. 乔布斯对阿梅里奥的蔑视在此可见一斑,当时如果哪个职员说了句被乔布斯认为很愚蠢的话,他往往用一句新发明的口头禅对他们讥讽一番「你是吉尔一号,你是吉尔二号」。

  34. 几乎同一时间,在苹果提交给美国证券交易委员会的文件中也暗示道:向克隆厂商开放市场的优势可能会被竞争中固有的劣势所抵消。

  35. 原先 Motorola 与 IBM 计划用 350nm 工艺进行生产,运行在 200MHz 下;后面计划超常进行,最后用的是 250nm 工艺,即前文所述的 PPC3,能在 366MHz 下运行。

  36. 这也是为什么 X704 最终会失败:其 L1 缓存只有双路 4KB,在模拟状态下运行非原生 App 时的表现可想而知。

  37. 在测验中,工程师们发现随着频率的提高,需要同时访问 L2 缓存与内存的 60X 总线的压力也会愈来愈高,甚至在 200MHz 下性能会出现停滞:核心会被迫因等待数据而频繁停止工作。

  38. TLB,即页表缓存,是一种内存缓存,用于存储虚拟内存至物理内存的映射,能够显著减少访问用户内存位置所花费的时间,如若没有命中,则内存访问时间会大幅增加,影响 CPU 高频下的运行效率。

  39. 萨默塞特的工程师们运用了一个叫做 TableWalking 的技术来改进 TLB 命中率、加快其更新频率,该技术在现代 CPU 中非常常见。

  40. 之前 603e 搭载的静态分支预测器预测效果并不理想,错误率经常在 25%-35% 之间,G3 搭载了 604 同款动态分支器、并在配上 512×2bit 的 BTH 后,错误率降低到 20% 左右,但相比奔腾 II 的 10% 仍有差距。

  41. TLB 命中率提升后,性能提高 6%,而在分支预测准确率提高后,性能提高 15%,共 21%。

  42. 尽管 603e 每周期最多可以发出两条指令和一个分支至执行单元,但由于其每周期只能从指令缓存中获取两条指令,在该瓶颈下,其大多数情况都无法保证每周期完整地执行三条指令;相比之下 604 每周期可以发出四条指令至执行单元、英特尔 P6 架构为三条指令。

  43. 在之前的 603e 中,每周期发出至执行单元的指令中只有一个可执行整数运算,另一个必须是加载/存储或浮点指令,许多情况下无法并行执行两个连续的整数运算。

  44. G3 的单元组成与 604e 几乎一样,均含有:32KB 指令缓存、32KB 数据缓存、两个整数单元、一个浮点单元、一个加载/存储单元和一个分支单元,且都具有动态分支预测能力,但 G3 的加载/存储单元有所改进:能在一个周期内处理加载并存储到高速缓存。

  45. G3 指令窗口非常小,其含有六个通用和浮点重命名寄存器,虽然高于 603 的五个通用和四个浮点重命名寄存器,但仍只有 604 的一半。且 ROB 仅为 6 条目,相比之下 604 为 16 条目,英特尔 P6 架构为 40 条目。

  46. 不同于之前在动态分支预测时,需要通过分支目标缓冲区「BTB」来获知最近执行分支指令行为的存储地址,然后取出进行分析,G3 直接将最近执行的分支指令存储在了 64 条目的分支目标指令缓存「BTIC」中,这样在获取时能有效节省周期,减少流水线空泡,提升性能。

  47. 尽管其乱序程度不如 PowerPC 604e,但萨默塞特工程师们估计就算去除 L2 缓存、频率一致,G3 也只比 604e 慢了 6%,并且在运行 Mac App 时反倒快了 16%。

  48. 在浮点运算方面 G3 的优势并不大:尽管相比前代 603e 解决了流水线气泡问题,但由于其没有完整的双浮点运算单元,相比 604e 进行双精度浮点运算时需要更多周期完成,因此在浮点运算方面慢于 604e,作为对照,当 PowerPC 603e 以 240MHz 运行 SPEC95 时,其整数、浮点分数分别为 5.5 与 4.0。

  49. 与奔腾 MMX 相比,其在 MMX 和浮点模式之间的上下文切换时间有所缩短,尽管很少有应用程序会频繁切换模式,但对某些 3D 或其他需要快速切换的软件而言是一大升级。

  50. 寄存器别名表「RAT」是寄存器重命名的核心所在:它维护指令使用的寄存器名称和物理寄存器名称之间的映射。为了简化 RAT,奔腾 II 的 MMX 值存储在浮点寄存器中,而非之前那样存储在单独的寄存器中。

  51. 在运行 16 位代码时,需要经常对段寄存器进行写入处理:在奔腾 Pro 中,写入前必须排空流水线,造成 20 至 30 周期的延迟。奔腾 II 使其可以基本无延迟地执行段写入。这项改进能让 16 位性能提升 8-10%。

  52. SPEC95 测试中,在配备 512KB L2 缓存的情况下,266MHz 的奔腾 II 的整数、浮点分数分别为 10.8 与 6.43,300MHz 为 11.6 与 6.79;而 PowerPC G3 在 233MHz 运行时的整数、浮点分数分别为 10.5 与 7.7,266MHz 为 11.8 与 8.0。

  53. 尽管浮点性能只高了 30%,但 Byte 杂志在测试 Photoshop 时也出现了两倍性能差距:进行随机旋转测试时,G3 在完成时间上仅为 3.8 秒,而奔腾 II 则用了 7.5 秒,估计 G3 在 Mac 软件上的优化成果非常显著。

  54. 300MHz 的奔腾 II 属于服务器级别,因此价格高昂,需要 1981 美元,而在选用支持 ECC 内存的型号时价格也会上升,如 266MHz 的奔腾 II 在支/不支持 ECC 时价格分别为 805、775 美元,此处选用的是 266MHz 奔腾 II 不支持 ECC 的型号以示公平。

  55. 据华尔街日报记者吉尔·卡尔顿所述:两位拒绝透露姓名的 Motorola 高管曾表示:在这次冲突后,Motorola 未来在交付 PowerPC 芯片时将可能不再给苹果过去一直享有的优惠待遇,以后苹果将只是个一般的客户。甚至苹果与 IBM 一度将 Motorola 驱逐出了 AIM 联盟,该事件后文将再次提到。