苹果自研m1芯片解析:装不了Windows的Mac也很香

Mac(Macintosh 麦金塔)电脑本就是Apple的出发点,和与生俱来的DNA。在乔布斯与沃兹尼亚克创办Apple品牌之初,”Apple Computer“苹果电脑,就是Apple的全部产品。

Apple自研的硬件结构与Mac OS的结合,成为了Wintel之外世界唯一的独立个人电脑架构

回顾Apple发展的历史,风风雨雨不仅没有使之沉默,不仅没有使乔布斯沉寂,相反的,科技电子的发展给了苹果力挽狂澜的能力。iPod与iPhone的问世,成功地改变了人们的生活,让人类发觉科技本可以如此艺术,让用户体验成为了新时代科技的焦点,让”生态闭环“这一曾被投资人嘲笑的观念逐渐发挥威力。

越来越多的人们进入Apple的怀抱,享受Apple消费电子产品带来生活的便利,并沉醉于Apple提供完整,无缝的生态闭环。这样的闭环不仅能提供无上的体验,更重要的,闭环左右了消费者进行电子产品换代时的选择,带动了公司的产品线,让Apple 重回Apple Computer。

在今天凌晨的发布会上,Apple公司现任CEO Time Cook骄傲地宣布,上一季度,Mac电脑的销量收获了30%的增长,这无疑与iPhone,iPad竭力为用户打造的工作流和生活习惯密切相关。

此外,Apple的品牌形象和设计始终在线,始终代表着专业,出色,细致。

“用Mac,做出色的事”

一方面,很多深受专业用户喜爱的专业软件,可以在Mac上流畅稳定运行。Mac出色的性能,优秀的色彩管理能力和完整的工作流得到他们的肯定,他们成为了Apple品牌形象的背书;

另一方面,使用Apple也能为使用者带来形象的提升红利。

所以Apple除了享受高利润高附加值之外,还会受到开发者和供应商的关注,愿意跟随Apple进行行业标准的提升或变革。Apple因此占据了这一次变革的天生优势。

M1:Apple对芯片世界的终极反抗

2005年,Apple在乔布斯的指挥下,发起了针对IBM PowerPC芯片的叛逃。选择PowerPC因为当时的PowerPC是最强的。

2020年,Apple在库克的指挥下,发起了针对 x86阵营的对抗,因为Apple有理由相信,他们自己会造出更好的处理器。

“让Mac以惊人的性能向前飞跃,定制技术和行业领先的能效”

在iPhone与iPad研发制造的这十余年中,Apple积累了诸多硅晶半导体世界的经验。这些经验现如今被用来反哺于个人电脑处理器,M1

严格意义上来讲,M1并不是通俗意义上的CPU,而是等同于手机的SOC模块。

基于TSMC 5nm工艺生产制造,160亿晶体管(对比华为麒麟9000:153亿)

一块芯片,将诸多原本分散在主板各处的芯片,集成于一体。我认为这样做的好处有三:

1.架构优化:UMA统一内存架构。UMA的设计将内存由原先x86架构的专用于CPU改进为通用内存。GPU,神经网络引擎,各种模块都能统一调用,免除数据多处复制产生的延迟和损耗;

2.成本优化:更少的芯片,更高的生产良率;

3.主板面积降低:还给电池更大空间。续航提升不是难事。

CPU方面:

8核心CPU,依然沿用ARM 常见的大小核模式:分为高性能核心和高效能核心

其中4个为高性能核心。每个性能核心均为运行单个任务或线程,苹果试图将此设计为世界上性能最高的CPU内核。超宽的执行架构(发射?表意笔者不能明确),每个核心独享192k指令缓存,128k数据缓存,4核心共享12MB 二级缓存。

另外4个核心为高效能(低功耗)核心,宽执行架构,128k指令缓存,64k数据缓存,共享4MB 二级缓存,Apple称只有大核十分之一的功耗。

发布会全场,无论哪款产品,Apple都没有提及CPU 是基于ARM的哪款内核,工作频率也没有公开。

集成于Soc中的性能控制器,实时决策代码运行所需要调用的核心,以期获得最佳效能。这在手机平台早就随处可见,而苹果本就擅长,除了发挥单个核心的性能,就是调配每个核心做最擅长的事。这一优势也被植入了Mac。

由此,苹果有理由,也有了信心去打造世界上提供最佳每W CPU 性能的处理器,争取获得性能密度最大化。

GPU方面:

不罗嗦,先说参数:

8核心GPU,128执行单元,24576并发线程,每秒2.6万亿次浮点运算,82TMUs,41ROPs(和移动端独立显卡GTX1060Max-Q,RX 5300M处在同一或更高水平,属于移动端中高端显卡),这个成绩将远远甩开任何一款Intel已经公开型号的显卡

但别忘了,这不是独立显卡,这只是寄SOC篱下的一部分。单就显卡的运算速度,M1中集成的GPU当之无愧是“市售性能最强集成显卡”,在独立端,即使是独立显卡乃至工作站显卡,都不逞多让

不过同样的,Apple自从做好准备,放下Imagination PowerVR,就在自研GPU这条路上勇往直前很久,自研GPU也经受了多代iPad和iPhone的考验,也是来自消费端的反哺。

SOC中的其他角色:

SOC不只是CPU+GPU+内存,苹果在移动消费电子领域深耕多年,积累经验颇多的安全芯片,加解密芯片,电源管理,内存管理,ISP,各类高低速接口管理(包括PCIe4,USB4)等,完全完整植入。

这不仅得益于Apple在工业设计多年的积累,更要求Apple在芯片设计和封装定制方面有丰富的经验。

接下来发布会详细说明了神经引擎(NPU),16核设计,每秒11万次大规模运算

相比较竞品,PC中没有这一单元,而手机中,高通在其目前的旗舰产品,骁龙865的产品白皮书中标注:Pushing 15 TOPS AI performance while using lower power(在使用更低功耗下推动15万亿次计算)。虽然这个数字并不亮眼,但这将是AI芯片技术在个人电脑产品中的首次出现和尝试,这将推动机器学习在视频分析,语音识别,和图像处理之类任务的性能表现,并进一步降低GPU和CPU的工作负荷与功耗。

处理器基本就是这个意思,就算说完了。但本文就此即将结束了吗,并没有。

因为还有一些在苹果看来习以为常的内容,他们是:软硬件的结合,与用户体验的新突破。

正是得益于此,Apple才能呈现出同一套硬件, Mac OS有更长的续航,更好的性能与更低的发热。而Windows就必须忍受性能的低劣与烫手的痛苦。

端到端的控制,软件与硬件的完美相融,这依然是乔布斯遗留给我们,给后人的科技美学。

所以发布会后半程苹果着重介绍了Mac OS 的最新系统Mac OS Big Sur

Big Sur会最大化地展现M1芯片的全部威力,充分释放SOC各方面的性能。具体来说,Apple介绍了在如今的过渡阶段,Big Sur的三大杀器:

通用应用:专业领域厂商愿意为Apple开发被全新硬件兼容的新版本软件。Autodesk, Adobe,Cinema 4D ,等专业应用程序开发商,都已经公布了新版程序上线时间表。这些程序将会完美兼容Mac电脑在Intel或ARM平台运行。

Rosetta 2:可能很多人对Rostta这个名字感到陌生,事实上,它正是2005年Apple进行从PowerPC到Intel平台迁移的功勋悍将。如今,Rosetta重出江湖并仍将担此重任得益于Mac OS出色的沙箱设计,Rosetta将会以很高的效能运行,虽然客观上一定会有性能损失,但每一次苹果的芯片迁移带来的性能提升,都能让大多数使用者难以体会到其中的损耗。

iOS应用兼容:Mac可以直接运行iOS和iPadOS应用。毕竟ARM血缘能完整的为广受好评的iOS应用提供各种支持。

到这里,基本就是发布会针对M1处理器的详尽介绍。有很多内容Apple都没有做深入的介绍,也引发了我的一些思考:

1.虽然在发布会后半段,[email protected]haser 的微博,我找到了详尽的型号和比较

原来成绩是与Intel的前两代产品进行比较,有低功耗低压4核心处理器,还有低档i3处理器。视频还是用ProRes 422规格来比试的。这就有点胜之不武了。

2.发布会全程,Apple都没有提及M1整块SOC的功耗情况,也没有提及工作主频。即将上市销售的三款产品,现在已知的区别只在于,Macbook Air其中一款的GPU少一个核心,内置的内存容量有所区别。

当时更重要的是,M1功耗和主频和性能的关系,将留给我们一个大大的问号。这样一块外界必然无从超频下手的SOC,性能,功耗,发热的转折点在何处,甜点频率是多少。虽然我们愿意相信苹果有能力找到并将最好的留给用户,无需我们发掘。但对于硬件世界,相对开放更有助于未来的研发和学习。

3.M1内置安全芯片,并且BigSur全部文件自动加密。安全100分。但若意外来临,集成有安全芯片,加解密模块和存储管理模块的SOC发生故障,苹果是否有能力,帮助用户免费,或成本价收回他们重要的数据呢,或者是否会被拒绝,或敲竹杠。

4.SOC高度集成化,无法单独替换维修。若SOC中某一个小模块出现故障,是否会导致用户惨失整机维修价值,导致用户不得不付出更大的成本购买新机。

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