從 M1 Pro 與 M1 Max 的暴力美學，回顧構成蘋果晶片研發團隊骨幹的 P.A. Semi 與 Intrinsity
當 1919 年「總體經濟學之父」凱因斯（J. M. Keynes）回顧性檢討第一次世界大戰時，所著《和平的經濟後果》這樣說：「權力政治無可避免。關於這次戰爭和結束並沒有新教訓：英國還是像過去每世紀，毀滅了一個貿易勁敵。」
這也是筆者10月26日看完新MacBook Pro發表會後，回想構成蘋果晶片研發團隊骨幹P.A. Semi和Intrinsity後唯一感想。蘋果依舊在無拘無束的封閉花園內，把最簡單的事做到最完美的「暴力美學」，貫徹到兩顆巨無霸系統單晶片。當然，遊戲應用還是Mac罩門，再強的GPU恐怕都救不回來，但可大幅提高Mac用戶的「生產力」就足以灑花放煙火了。
M1完全體：驚人的橫向擴展
如果說一年前M1只有讓人印象深刻的驚人單執行緒效率，今年M1 Pro與M1 Max則告訴世人，蘋果如何「硬幹」出M1的巨型橫向擴張版（快取記憶體階層也維持現有結構），並靠看似用不完的大量記憶體理論頻寬，支撐超出兩倍現行x86筆電處理器的多執行緒浮點運算效能。論能耗比，大概也沒啥好比較的空間了。
從晶粒圖可清楚看出，M1 Pro和M1 Max的差別就在後者下方多「長出」額外16核GPU、兩組128位元寬LPDDR5記憶體控制器、兩塊16MB系統層級快取記憶體（SLC，Systel Level Cache）、最底部疑似「兩倍規格NPU」的部分。蘋果也並未在M1 Pro / Max修改處理器核心的微架構，八個大核區塊延續M1四核一組共用12MB快取記憶體，兩小核、16核類神經網路單元和SLC，也幾乎原封不動從M1搬到M1 Pro / Max。
這種看似高度模組化、彷彿把CPU當成GPU做的手段，乍看之下似乎很簡單（M1家族三款晶片應該是一起開發），但光想到M1 Max是巨無霸晶片，要考慮到維持低功耗並搞定內部匯流排的訊號走線和時脈區域，就很不得了了。
截至目前，論「堆積木」於泛用處理器世界，唯一可大膽說「叫我第一名」的恐怕只有IBM，從Power9開始，創造「一個大核拆成兩個小核」的世界奇觀，並延續到新一代Power10。但別忘了一件事：M1 Pro和M1 Max是「消費級產品」，IBM Power9 / 10卻是單價「1萬美元」為基本單位的伺服器怪物。
蘋果為何可在M1 Pro和M1 Max做到這些事，就不得不追溯蘋果自研晶片研發團隊的起源：P.A Semi與Intrinsity了。了解這兩間公司的背景和專長，就不難預期蘋果今日成就與未來想幹的大事。畢竟蘋果從來不公開技術細節，也從不參加處理器業界學術交流活動（哪天出現在ISSCC和HotChips演講台，太陽都要從西邊出來了），要推敲蘋果幹了啥好事的線索，也就只剩下被併購的公司了。
簡單結構的延展性：P.A. Semi
2008年4月，蘋果以2.78億美元收購某無晶圓廠晶片設計公司，聽說不小心得到150名天才工程師。
公司名叫P.A. Semi，創立於2003年，位於美國加州Santa Clara，由曾在2003年獲頒IEEE Solid State Circuits Award的晶片設計大師Daniel W. Dobberpuhl成立。
Daniel W. Dobberpuhl在1976年加盟DEC，參與過1980年代這間公司最成功的產品MicroVAX，也歷經過對後世影響深遠的DEC Alpha 21064與StrongARM。隨著StrongARM從DEC移轉給英特爾，Daniel W. Dobberpuhl創立SiBytes，專注MIPS指令集的高速網路處理器，2000年被博通併購。Daniel W. Dobberpuhl於2019年10月26日辭世，享年74歲。
今日蘋果A系列與M系列處理器之所以有今天表現與地位，除了封閉性生態系統帶來的先天「不對稱」優勢，P.A. Semi團隊絕對居功厥偉。
▲ Daniel W. Dobberpuhl。
值得一提的是，同樣待過DEC並參與Alpha 21164和21264的「處理器遊俠」Jim Keller於1999年入職SiBytes，接著在博通擔任首席架構師，又在2004年轉戰P.A. Semi任職工程副總裁。他在Daniel W. Dobberpuhl領導下，累積低功耗RISC處理器的豐富經驗，直到2008年P.A. Semi被蘋果併購，也仍留在蘋果服務不短時日，參與A4和A5研發。
▲ Jim Keller。（Source：影片截圖）
P.A. Semi當時研發名為PWRficient的產品線，顧名思義，就是追求極致能耗比的處理器。總計分成三部分：相容PowerPC指令集的PA6T核心、CONEXIUM晶片內連結架構、ENVOI I/O子系統。後來蘋果自研處理器的諸多特色，或多或少都可在PWRficient摸索到蹤跡，也可從遺產判斷蘋果自家晶片未來的可能方向。基本上，筆者只能說M1 Pro / Max問世，就是開花結果的時刻，即使相隔超過12年，實在有點漫長。
PA6T核心在時脈2GHz時，最高功耗不超過7W，1.5GHz時更低至4W，雙核心PA6T-1692M在時脈2GHz時，整顆標準功耗僅13W，最高也不超過25W。相較同時期衍生自伺服器應用的IBM PowerPC（如PowerPC 970家族），無論同時脈效能（SPEC CPU 2000）和能耗比，均享有壓倒性優勢，P.A. Semi也不搞大型化多層快取記憶體「金字塔」。
省電歸省電，PA6T仍是貨真價實的多指令派發、非循序執行的高效能微架構，浮點運算性能尤其出色，約為同時脈IBM PowerPC 970的「兩倍」（別忘了PowerPC 970源自Power4）。因此當時不乏蘋果將用P.A. Semi產品取代IBM和Motorola的傳言。
不過賈伯斯卻在2005年選擇了英特爾。假使蘋果當年直接用P.A. Semi晶片打造MacBook Air，而不是「連根拔起」轉進英特爾，那計算機工業界的歷史，恐怕就會重新改寫，最起碼IBM的Power Everywhere看來不會變成幻夢一場。
但這並不代表蘋果不重視P.A. Semi的價值（要不然也不會花錢併購了），P.A. Semi也並非如外界刻板印象，只想做低功耗的低階產品。反之，P.A. Semi PWRficient一開始就放眼各式各樣應用，並具備強大的多核心延展性。據已知資料，PWRficient將有16核版。
伺服器也是P.A. Semi鎖定的目標。換言之，P.A. Semi的目標可歸納為一條公式：StrongARM的低功耗＋Alpha等級的高效能＋PowerPC指令集相容性，都是當時最重要的指標。
不過蘋果收購P.A. Semi後也非一帆風順，雖然接收150名天才工程師，但Dan Dobberpuhl與數名重要的工程師，因對兩間公司的整合方式與股票獎勵制度不滿，2009年底先後離開蘋果，一起創立了Agnilux，不到一年就被Google買走。這次Daniel W. Dobberpuhl並沒有跟著進入Google，而成為機器視覺廠商Movidius的董事會主席，而Movidius則在2016年成為英特爾的一部分。
最佳化的電路設計：Intrinsity
蘋果吃掉P.A. Semi後，卻遲遲看不到自家晶片，甚至獨創核心微架構問世，他們該怎麼辦？
蘋果2010年4月發表首款自研處理器A4（APL0398，iPhone 4的心臟），衍生自三星S5PC110A01，最主要的差別在於GPU換成蘋果長期偏好的PowerVR SGX系列，但完全一模一樣的ARM Cortex-A8核心卻大有來頭，因得到Intrinsity公司的技術加持，延續和三星合作「Hummingbird」的成果，時脈從ARM公版的650MHz一舉推進到1GHz大關。
成立於1999年、設立在美國德州奧斯汀的Intrinsity，強項在最佳化Wave Pipeline（無鎖存管線）電路設計，命名為FastMATH。當蘋果認知到這間公司的重要性後，就馬上出手收入囊中，但過程卻極度低調，連確切時間和收購金額都無人知悉（據說是5千萬美元，但也有其他版本）。唯一可確定的是，蘋果目的非常明確，就是為了A4處理器。接著出自P.A. Semi團隊的獨特微架構Swift，就在2012年9月A6堂堂登場，開啟Apple Silicon之路。
Intrinsity人數就沒P.A. Semi那麼多了：22名業界老兵。
Intrinsity的FastMATH最有名成功案例，是超低功耗的MIPS32指令集處理器，時脈2GHz時只有4W，1GHz時更只有1.5W。蘋果得到Intrinsity後，更讓從P.A. Semi獲得的深厚功力提升更高。如何將特殊電路設計技術有效用到台積電最新製程，也是Intrinsity厲害的地方。
Apple Silicon的下一步？
看到這裡，想必各位一定會好奇，穩扎穩打、持續推陳出新的Ax與Mx之外，蘋果下一步會踏入哪些新領域呢？坦白講，目前看不出來。但我們有充分理由相信，在商言商，蘋果不太可能重回品牌伺服器與儲存設備市場（很久以前的Xserve和Xserve RAID），就算要打造伺服器等級處理器，也是關起門來自己用，頂多像Google和AWS出租雲端CPU，這不太像近期會成真的可能性。
話說回來，Apple Silicon效能表現看起來再好再威，影響範圍也只限蘋果生態圈和用戶，會不會真的讓微軟卯起來「有為者亦若是，將現有Wintel生態系統整個砍掉重練」，還得好好觀察。
唯一可確定的是，搞不好某些骨灰級果粉也許不太在乎M1 Pro和M1 Max究竟有多厲害，可能還比較關心「終於回歸」的HDMI連接埠、SD卡插槽、MagSafe充電線、改回實體功能鍵的Touch Bar、鍵盤手感，以及意外附贈的「瀏海」。說到底，決定使用者體驗的因素並非只有效能，冤有頭債有主，蘋果個人電腦市占率至今仍無法突破10%，終究還是有原因。
（首圖來源：蘋果）