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Apple Silicon: Die Zukunft des Mac


Mac Life - epaper ⋅ Ausgabe 8/2020 vom 02.07.2020

Dieser Schritt war überfällig: Mit einer Vielzahl guter Gründe im Gepäck entscheidet sich Apple dafür, Intel den Rücken zu kehren und fortan auch Macs mit eigenen Prozessoren auszustatten.


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Foto: Apple

Bereits zum dritten Mal macht sich Apple auf zu neuen Ufern in Sachen Mac-CPUs. Das erste Mal fand ein solcher Wechsel im Jahr 1994 statt, als Apple sich von den Motorola-68000-Prozessoren verabschiedete und IBM als Hersteller der PowerPC-Prozessoren an Bord holte.

Das zweite Mal fand 2006 statt: der in der Diskussion um einen möglichen Sprung auf ARM-Prozessoren immer wieder zitierte Wechsel von PowerPC zu ...

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... Intel und deren x86-Prozessoren.

Jetzt wagt Apple den Schritt weg von Intel und hin zu selbst designten ARM-Prozessoren. Tim Cook und sein Team sprachen während der Präsentation des Vorhabens durchweg von „Apple silicon“ (zu Deutsch: Apple Silizium), was allerdings nicht mehr als ein Platzhalter für den finalen Namen der ersten eigenen Chipreihe für den Mac sein wird.

Schon jetzt besser und schneller

Durch die Präsentation der Gründe für Apples Schritt führte der 1964 in Haifa, Israel, geborene Computeringenieur Johny Srouji. Der ehemalige Intel-Mitarbeiter wurde 2008 von dem damaligen Leiter der Hardewareentwicklung, Bob Mansfield, zu Apple gelotst, um dort ein eigenes Entwicklerteam aufzubauen. Unter anderem mit den ebenfalls neuen Mitarbeitern von P.A. Semi, dem Startup, das Apple gerade aufgekauft hatte.

Vorteile des Umstiegs

leistungsstärkere Prozessoren, besonders in mobilen Macs

höherer Grad an Leistungseffizienz

maximale Unabhängigkeit in der Entwicklung für Apple

tendenziell kostengünstigere Produktion und damit höhere Gewinnmargen

So verantwortete Srouji bereits die Entwicklung des Apple-A4-Prozessors, der mit dem ersten iPad 2010 vorgestellt wurde und auch Anwendung im iPhone 4 fand. Seit Ende 2015 ist Srouji als Senior Vice President für Hardwaretechnologie Teil der Führungsriege von Apple. Standesgemäß war es also an ihm, Apples Beweggründe für den Wechsel von Intel zu ARM zu erläutern.

Ein Teil der Entscheidung liegt dabei in der Leistungsfähigkeit der eigenen Prozessoren begründet. Srouji ließ es sich nicht nehmen, noch einmal darauf zu verweisen, dass der Chip im iPad Pro von 2018 das Tablet zu einem schnelleren Gerät machte, als es die meisten Laptops zu der Zeit waren – und weitestgehend bis heute sind.

Es gehe aber nicht nur um Leistung allein, so Srouji. Vielmehr gehe es um „Performance pro Watt“, also die Frage, wie viel Energie man in den Prozessor stecken muss, um ein bestimmtes Leistungsniveau zu erreichen. Und das, ohne dass zu viel Energie in Wärme umgewandelt wird.

Allzu viele Details über die neuen Prozessoren wollte, konnte oder durfte Srouji allerdings doch nicht verraten. Vermutlich auch, weil Apple die Spannung bis zur Präsentation der ersten ARMMacs noch etwas halten möchte.

Ein großer Vorteil des Wechsels zu ARM wird sein, dass bei Apple Softund Hardware fortan noch mehr aus einer Hand stammen, was für mehr Stabilität und Sicherheit sorgt.


Geschichte wiederholt sich

Im März 1994 stellte Apple den ersten Mac mit einem PowerPC-Prozessor vor, den Power Macintosh 6100. Motorolas Fehler aus Apples Sicht – und die Geschichte gibt Apple Recht – war es, zu lange an dem bestehenden und natürlich auch gut funktionierenden CISC-Modell („Complex Instruction Set Computer“) festzuhalten, während IBM mit dem PowerPC auf RISC („Reduced Instruction Set Computer“) setzte, das deutlich schnellere Prozessoren ermöglichte.

Apple begründete den Schritt damals mit drei Argumenten, die uns auch am Abend der WWDC-Keynote wieder begegneten: Man brauchte schnelle Prozessoren, die nicht zu warm werden und die eine klare Roadmap für die zukünftige Entwicklung vorweisen können. Motorola arbeitete zu der Zeit bereits an eigenen RISC-Prozessoren, was für Apple aber nicht schnell genug voranging. Apple setzte also alles auf eine Karte und musste hoffen, Softwareentwickler bei Laune halten zu können, damit diese ihre Programme auf die neue Prozessorarchitektur anpassen würden.

Außerdem musste Apple darauf vertrauen, dass die (potenziellen) Kunden die Vorteile der neuen Mac-Generation erkennen und entsprechend neue Computer kaufen würden.

Als zusätzlichen Anreiz schuf Apple den „Classic Mode“, der es erlaubte, (einige) ältere Programme auch auf den neuen Macs auszuführen. Ebenfalls etwas, was Apple nun zum zweiten Mal wiederholt.

Steve Jobs war zu der Zeit übrigens nicht Teil der Operation. Er war Jahre zuvor bei Apple rausgeflogen und konnte diesen Wechsel nur von den Zuschauerrängen aus verfolgen.

Der Wechsel zu Intel

Während PowerPC-Prozessoren für Jahre die Nase auch im Vergleich mit Intel deutlich vorn hatten, war dieser Vorsprung schon nicht mehr so deutlich, als Steve Jobs 1997 zu Apple zurückkam. Bei Apple wusste man natürlich, dass man mit den PowerPC-Prozessoren zunehmend ins Hintertreffen geraten würde. Dennoch dauerte es bis zum 6. Juni 2005, dass Steve Jobs den Wechsel von PowerPC- zu Intel-Prozessoren verkündete.

Stein der Weisen? Rosetta Stone!

Besonders brisant, das hat Apple in der Vergangenheit gelernt, sind bei solch grundlegenden Veränderungen die Übergangszeiten. Die Phasen also, in denen zwei Systeme parallel existieren und auch beide aktuell sind. Deshalb werden Developer in dieser Zeit, die sicherlich fünf, sechs vielleicht noch mehr Jahre andauern wird, Apps entwickeln können, die auf beiden Plattformen, Intel und ARM, lauffähig sein werden. Das neue Betriebssystem macOS 11 Big Sur liefert dafür gleich mehrere Technologien. Mit Xcode 12 entwickelte Apps können direkt als „Universal 2“-Programme kompiliert und somit sowohl auf Intelwie auch auf ARM-Macs installiert werden. Parallel dazu verpasst Apple einem anderen alten Bekannten ein Update. Rosetta 2 soll dafür sorgen, dass bereits bestehende Mac-Apps, die noch nicht auf ARM angepasst wurden, trotzdem auf den neuen Macs ausgeführt werden können. Die Namensgebung des letztgenannten Werkzeugs ist dabei besonders gelungen. Bei dem eigentlichen „Stein von Rosette“ – oder dem Rosetta Stone, wie er als Ausstellungsstück seit 1802 im British Museum in London heißt – trug maßgeblich zur Entschlüsselung und Übersetzung ägyptischer Hieroglyphen bei, dass der Stein 196 v. Chr. mit dem gleichen Text in drei Sprachen versehen wurde. Und die Anwendung hilft bei der App-Übersetzung.

Was unterscheidet ARM von Intel?

Bei der ARM-Architektur handelt es sich um ein Mikroprozessordesign, das bereits 1983 vom britischen Unternehmen Acorn entwickelt wurde. Anders als beispielsweise Intel fertigt ARM (ursprünglich eine Abkürzung für „Acorn RISC Machines“, später „Advanced RISC Machines“), das seit 1990 eine Ausgründung von Acorn ist, keine eigenen Prozessoren, sondern vertreibt Lizenzen für das Design, auf dem andere aufbauen können. Neben der Entwicklerlizenz können sogenannte „IP-Cores“, wie etwa CPU-Kerne der ARM-Cortex-A-Reihe, erworben werden. Dazu hat sich unter anderem Apple entschieden und nennt die eigenen iPhone-Prozessoren auch deshalb etwa A13.

Man kann mit Fug und Recht behaupten, dass ARM die populärste Prozessorfamilie der Welt ist. Während es mehrere Milliarden Intel-PCs auf der Welt gibt, gehen selbst konservative Schätzungen von deutlich über 100 Milliarden ARM-Geräten aus. Angefangen bei Computern über die Apple Watch bis hin zu Haushaltsgeräten, von denen man ohnehin gerne einmal vergisst, dass auch sie inzwischen Computer sind.

Für Apple sind ARM-Chips nichts Neues. Inzwischen gehört es fast schon zum Allgemeinwissen von Apple-Fans, dass sämtliche neuartigen Apple-Geräte, wie iPhone, iPad, Apple Watch und Apple TV, mit ARM-Prozessoren ausgestattet sind. Tatsächlich aber brachte Apple schon 1993, 14 Jahre vor dem iPhone, das erste eigene Gerät mit einer ARM-Recheneinheit auf den Markt: den Newton, der gewissermaßen als Großvater des iPhone gilt.

Foto: iFixit

In einem viel beachteten Auftritt begründete Jobs den Schritt damit, dass man die besten Computer für die eigene Kundschaft bauen wolle. Vor zwei Jahren habe Apple von dieser Bühne einen Power Macintosh G5 mit 3-GHz-Prozessor versprochen und dieses Versprechen nicht halten können. „Ich glaube, viele von euch hätten auch gerne einen G5 in ihrem PowerBook, und wir konnten das bislang nicht liefern“, so Jobs weiter.

Der wichtigste Grund für den anstehenden Wechsel sei aber ein anderer: „[…] obwohl wir jetzt großartige Produkte haben und obwohl wir einige großartige Produkte geplant haben … wenn wir vorausschauen, können wir uns einige fantastische Produkte vorstellen, die wir für euch bauen wollen, aber wir wissen nicht, wie wir das mit den kommenden [PowerPC-Prozessoren] machen sollen.“

Wenn man sich Intel anschaue, dann hätten sie großartige Leistungswerte, aber eine andere Sache wäre ebenso wichtig: die Leistungsaufnahme. Die Frage, die man sich stelle, sei: Wie viel (Rechen-)Leistung bekommt man für jedes Watt? Wenn man sich die Roadmap für PowerPC ansehe, käme man auf einen Wert von 15, Intel aber verspräche 70, und damit wäre klar, was zu tun sei.

Eine Erklärung, die fast wortgleich auch Anwendung auf den Wechsel von Motorolas 68000er-Chips zur PowerPC-Plattform hätte finden können. Und jetzt erneut auf den Wechsel von Intel zu ARM.

Was den Wechsel zu Intel noch mehr wie eine Erfolgsstory aussehen lässt, ist die Geschwindigkeit, mit der der Wechsel vollzogen wurde. Im Juni 2005 kündigte Steve Jobs an, dass man ein Jahr brauchen würde, um die ersten Intel-Macs zu präsentieren. Stattdessen war es schon auf der MacWorld Expo im Januar 2006 so weit – nach der Hälfte der versprochenen Zeit.

Sprichwörtlich sehenden Auges lief Intel seit Jahren in genau das gleiche Problem, das Apple zuvor zum Wechsel zu Intel und davor zum Wechsel zu PowerPC bewog. In der jüngsten Vergangenheit hatte Intel mit mehreren Problemen in der Fertigung und daraus resultierenden Verzögerungen zu kämpfen und konnte nicht die Prozessoren liefern, die Apple erwartet hatte.

Freilich äußert sich Apple nur selten über Partner, vor allem nicht mit negativen Kommentaren, aber es ist ein offenes Geheimnis, wie unzufrieden man in Apples Hauptquartier in Cupertino mit Intel ist. Die vermeintliche Trägheit oder Unfähigkeit Intels hat zu Verzögerungen bei Apple geführt und mutmaßlich viele Verkäufe gekostet. Und selbst wenn alles gut liefe, dürfte es Apple ein gewaltiger Dorn im Auge sein, von einer anderen Firma abhängig zu sein.

Wie läuft der Umstieg auf die ARM-Architektur?

Eigentlich müssen wir uns nur noch einmal die WWDC von 2005 anschauen. Dort hat Steve Jobs nicht nur die Gründe für den Wechsel zu Intel dargelegt, sondern auch aufgezeigt wie die Timeline für diesen Wechsel aussehen würde. Tim Cook musste sich also eigentlich nur den Jobs- Text von damals transkribieren (lassen) und an den passenden Stellen „PowerPC“ durch „Intel“ und „Intel“ durch „ARM“ ersetzen. Voilà!

Für Entwickler soll der Plattformwechsel laut Apple mit minimalem Aufwand verbunden sein. Dass man sie ein halbes Jahr im Voraus „warnt“, unterstreicht diese Aussage nur sehr bedingt. Wir jedenfalls sind gespannt auf die ersten Kommentare von Entwicklern, die das Verfahren ausprobiert haben.


Ganz so leicht hat Apple es sich natürlich doch nicht gemacht, aber der Prozess weist bemerkenswerte Parallelen auf. Bis zum Ende des Jahres 2020 will Apple erste Macs mit ARM-Prozessoren vorstellen, innerhalb von zwei Jahren die Produktion von Intel-Macs komplett einstellen. (Wobei Intel- Macs noch für viele weitere Jahre unterstützt werden sollen.)

Johny Srouji erklärte noch einmal, worin hier die Stärke von Apple in Verbindung mit ARM liege: Man könne nun Prozessoren fertigen, die perfekt auf den Mac abgestimmt sind. Zwar bekommen Entwickler, die schon jetzt für die neuen ARM-Macs programmieren wollen, einen Mac mini, in dem ein A12Z-Bionic-Prozessor aus dem 2020er-Modell des iPad Pro steckt. Apples finale Mac-Prozessoren werden allerdings mit Sicherheit nicht von der iPad-Resterampe stammen.

Auch unterstreicht Srouji, dass man sich keine Sorgen zu machen bräuchte, ob Apple wirklich in der Lage sei, sämtliche Macs, also auch den iMac Pro und den Mac Pro, mit eigenen Prozessoren auszustatten. Apple wird – das machte auch Tim Cook noch einmal klar – alle Macs auf ARM umstellen. Sicherlich manche früher und andere später. Aber alle innerhalb einer Frist von zwei Jahren.

In der Umstellung eigener Anwendungen ist Apple bereits bemerkenswert weit. Nicht nur, dass das neue macOS 11 Big Sur (natürlich) schon auf ARM-Macs lauffähig ist, auch alle hauseigenen Anwendungen sind schon so weit – inklusive der Profi-Anwendungen Final Cut und Logic.

Ein Nebeneffekt der Umstellung auf ARM ist übrigens, dass Entwickler ihre iPhone- und iPad- Apps ohne jedwede Modifikation auf Macs nutzbar machen können. Die dafür freigegebenen Apps werden sich einfach über den Mac App Store installieren lassen. Allerdings ist fraglich, ob das für jede Anwendung sinnvoll ist. Schließlich sind sie für Touch-Bedienung konzipiert, die Macs (noch) nicht bieten. Somit sind die auf diesem Weg auf den Mac gelangenden Apps so etwas wie eine Vorstufe von Catalyst-Apps. Um Schwierigkeiten in der Bedienung zumindest etwas auszugleichen, verpasst macOS 11 Big Sur diesen unangepassten Apps aber Menüleisten- Einträge, über die sich zum Beispiel die App-Einstellungen werden aufrufen lassen.

Fazit

Der Wechsel von Intel zu ARM als Prozessorarchitektur für die Macs ist ein logischer und vielleicht sogar schon überfälliger Schritt. Apple hat seit 2007 sehr gute Erfahrungen mit ARM-Prozessoren gemacht und produziert schon jetzt teilweise leistungsstärkere und dabei energieeffizientere Prozessoren, als Intel es aktuell vermag.

Außerdem hat Apple bereits zweimal bewiesen, dass man einen guten Plan für solche Umstellungen hat. Etwaige Katastrophen sind also nicht zu befürchten.

Bei der sich seit Wochen immer weiter verdichtenden Gerüchtelage gehen wir davon aus, dass Apple diesmal wirklich ausreichend vorbereitet ist und sich eine neue Ära für den Mac ankündigt.

„Wirklich überraschend kommt dieser Schritt nicht mehr. Zu deutlich ist die Überlegenheit Apples in Sachen Prozessordesign in den vergangenen Jahren geworden. Was natürlich eine herbe Klatsche für Intel ist. Apple ist allerdings auch kein Wohlfahrtsverein und muss zusehen, dass die eigenen Produkte den Anforderungen der Anwender genügen. Mit Intel scheint das nicht länger erreichbar zu sein.“

s.schack@maclife.de@Mac_Life