分析解讀蘋果自研Mac芯片M1，性能遠(yuǎn)超Intel

北京時(shí)間11月11日凌晨，蘋果舉行新品發(fā)布會(huì)，正式發(fā)布了首款針對Mac電腦的自研芯片，即此前蘋果公布的“Apple silicon”，命名為M1。

與此同時(shí)，蘋果還推出了三款搭載M1芯片的產(chǎn)品，分別是新一代的入門級筆記本MacBookAir、新款高端筆記本MacBook Pro、新款迷你版臺(tái)式機(jī)Mac Mini。這三款產(chǎn)品的起售價(jià)分別為7999元、9999元和5299元，目前已經(jīng)接受預(yù)訂，下周發(fā)貨。

早在今年6月的WWDC2020大會(huì)上，蘋果就正式宣布了將針對旗下的Mac電腦產(chǎn)品推出基于Arm架構(gòu)的全新自研芯片，并在兩年內(nèi)逐步替代X86架構(gòu)的英特爾處理器的計(jì)劃。

那么接下來我們就來看看，蘋果針對Mac電腦的首款定制芯片M1到底有多強(qiáng)。

160億個(gè)晶體管

首先，蘋果M1芯片似乎并不是A14的簡單升級版，雖然都是基于臺(tái)積電的5nm工藝打造，但是M1擁有高達(dá)160億個(gè)晶體管，相比之前的A14的118億個(gè)晶體管提升了約35.6%，同時(shí)也高于麒麟9000的153億個(gè)晶體管。

8核CPU：性能及能效遠(yuǎn)超英特爾x86 CPU

在CPU部分，M1芯片集成了8個(gè)核心，包括4個(gè)高性能大核心和4個(gè)高效能小核心，不過主頻并未公布，官方稱8個(gè)CPU核心可混合運(yùn)行以協(xié)助處理多線程任務(wù)。而此前的A14則只有兩個(gè)高性能大核心。

蘋果還表示其M1的大核是目前最強(qiáng)大的內(nèi)核，性能相比上一代基于Intel處理器的Macbook Air提升了3.5倍，能帶來極強(qiáng)的性能，在多個(gè)應(yīng)用場景下均有出色表現(xiàn)。

那么蘋果是如何實(shí)現(xiàn)其M1芯片在CUP性能上的巨大提升的呢？

眾所周知，蘋果是目前為數(shù)不多的擁有基于Arm指令集自主設(shè)計(jì)移動(dòng)處理器能力的智能手機(jī)廠商，即便是三星在推出幾代的自研貓鼬CPU內(nèi)核之后，最終還是放棄了。可以說，在自研移動(dòng)CPU內(nèi)核方面，蘋果的技術(shù)實(shí)力甚至要強(qiáng)于高通。

早在2013年，蘋果就推出了全球首款基于64位的ARMv8指令集的移動(dòng)處理器——蘋果A7，并首發(fā)應(yīng)用于iPhone 5S上。相比之下，首款基于Arm的首個(gè)64位CPU內(nèi)核Cortex-A57的處理器直到2014年才正式推出。

而當(dāng)時(shí)蘋果A7的CPU內(nèi)核采用的則是蘋果自研的“Cyclone”微架構(gòu)，蘋果也將其稱之為“桌面級架構(gòu)”?；蛟S從那時(shí)起，蘋果就已經(jīng)開始決定在未來某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，將其自研CPU推向桌面級Mac產(chǎn)品。

根據(jù)Anandtech報(bào)道稱，蘋果今年推出的A14處理器的大核CPU采用了全新的“Firestorm”微架構(gòu)，其擁有高達(dá)8個(gè)寬度的解碼塊，目前僅有IBM POWER10中的P10內(nèi)核擁有這樣的解碼器設(shè)計(jì)。相比之下，目前英特爾的x86 CPU仍然只采用4-wide的解碼器設(shè)計(jì)，Arm最新的Cortex-X1內(nèi)核也只有5-wide解碼器設(shè)計(jì)。此外，F(xiàn)irestorm還具有極強(qiáng)的亂序執(zhí)行能力。

Anandtech通過分析蘋果公布的M1芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖后，認(rèn)為蘋果M1芯片的大核心依然是Firestorm微架構(gòu)，不過M1的四個(gè)Firestorm內(nèi)核的二級緩存升級到了12MB，相比之下A14僅有8MB的二級緩存。另外，M1的Icestorm小核心可能也已經(jīng)進(jìn)行了大的修改。

△蘋果M1內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

△蘋果A14內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

蘋果表示M1小核心在保證基本性能的同時(shí)，能耗卻只有前代的十分之一，可高效處理輕量級任務(wù)。

而大小核心的協(xié)同工作，不僅保證了整體的CPU性能，還提供了絕佳的能效比。蘋果表示，相比2012年時(shí)的Mac產(chǎn)品所搭載的處理器，M1芯片的CPU能效比已經(jīng)提升了3倍。

根據(jù)蘋果展示的PPT顯示，在10W的功耗限制下，M1芯片可提供傳統(tǒng)X86筆記本處理器2倍以上的CPU性能。

8核GPU，性能達(dá)競品兩倍

早在2017年蘋果就曾宣布將在未來兩年內(nèi)停止使用Imagination的GPU，轉(zhuǎn)而采用自研的GPU。不過此后幾年在自研GPU上，蘋果的進(jìn)展似乎并不順利，或許研發(fā)遇到了問題，又或是因?yàn)殡y以避開Imagination的相關(guān)專利，今年1月，蘋果與Imagination重新達(dá)成了新的多年的專利授權(quán)協(xié)議。在此背景之下，全新的M1芯片的GPU性能也是值得期待。

蘋果M1配備了8核心的GPU，相比A14的GPU核心數(shù)量提升了一倍，再加上5nm工藝的加持，蘋果表示，M1的GPU兼顧了性能和能效，可能是世界最強(qiáng)的集顯，不論是剪輯還是播放多個(gè)全畫質(zhì)4K 視頻流等重負(fù)載也沒有什么壓力。

根據(jù)蘋果公布的數(shù)據(jù)顯示，在同等功耗下，M1的GPU性能是其他最新推出的筆記本芯片的GPU性能的兩倍，而在同等性下，M1的功耗只有其他筆記本電腦芯片的1/3。

16核NPU，算力11TOPS

蘋果M1芯片還集成了與A14一樣的16核的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU），不過算力只有11TOPS，相比之下A14的NPU的算力則達(dá)到了11.8 TOPS。不知道蘋果是處于何種考慮，降低了M1的NPU的算力？不過，這一點(diǎn)完全可以通過CPU和GPU性能的大幅提升來彌補(bǔ)。

蘋果表示，得益于M1強(qiáng)大的人工智能算力，搭載M1芯片的產(chǎn)品可以輕松的識(shí)別照片和視頻中的家人和朋友，理解自然的語音來進(jìn)行聽寫，甚至通過分析音頻來識(shí)別笑聲、掌聲等。

16GB的片上DRAM

此外，M1芯片還內(nèi)置了高達(dá)16GB的具有高帶寬、低延遲特性的片上統(tǒng)一內(nèi)存體系架構(gòu)，可以讓各種應(yīng)用能在CPU、GPU和NPU間高效地共享數(shù)據(jù)，無需分別去外部的內(nèi)存芯片讀取，從而可以更快速的處理各種任務(wù)。

M1處理器加持，Mac產(chǎn)品性能及續(xù)航成倍提升

具體到產(chǎn)品上，蘋果表示，搭載M1的新款Macbook Air的CPU性能是上一代基于英特爾處理的Macbook Air的3.5倍，GPU則提升了5倍，機(jī)器學(xué)習(xí)性能提升也提升了9倍。蘋果稱其整體性能超過了98%的PC筆記本。

而基于M1芯片的新款Mac mini，較上一代基于英特爾處理器的Mac mini，在CPU性能上提升了3倍，GPU性能提升了6倍，機(jī)器學(xué)習(xí)性能提升了15倍。整體性能相比其他最暢銷的PC性能高出了5倍，但體積只有它們的1/10。

從跑分來看，根據(jù)此前網(wǎng)上曝光的疑似搭載M1處理器的設(shè)備的Geekbench 5跑分顯示，M1的單核基準(zhǔn)測試得分為1634，多核基準(zhǔn)測試得分為7220。作為對比，A14單核基準(zhǔn)測試得分1583，多核基準(zhǔn)測試得分為4198；配備Intel Core i9處理器的16英寸MacBook Pro，單核基準(zhǔn)測試得分1096，多核基準(zhǔn)測試得分為6869。從跑分結(jié)果來看，M1的性能已經(jīng)超過了Intel Core i9（酷睿i9-9880）處理器。

在具體的應(yīng)用的性能提升上，蘋果表示，配備M1芯片的全新MacBook Air在Final Cut Pro、Xcode、Logic Pro、Adobe Lightroom等專業(yè)生產(chǎn)力軟件中，性能都有顯著的提升。

比如Final Cut Pro的轉(zhuǎn)碼速度最高提升了3.9倍；

Xcode的項(xiàng)目構(gòu)建速度最快提升了3.6倍；

Logic Pro的Amp Designer插件數(shù)量可增至2.5倍；

Adobe Lightroom的圖像導(dǎo)出速度最快提升了2.3倍。

蘋果公司軟件工程高級副總裁Craig Federighi還表示，基于M1芯片的Mac，運(yùn)行JavaScript的速度提升了1.5倍，響應(yīng)速度快了1.0倍。

在續(xù)航方面，得益于M1的高能效特性，其電池壽命也相比上一代的Macbook提升了2倍。蘋果表示全新MacBook Air續(xù)航可長達(dá)18小時(shí)，全新MacBook Pro 13續(xù)航更是破紀(jì)錄達(dá)到了20小時(shí)?？勺層脩舨唤与娫吹那闆r下，移動(dòng)辦公時(shí)間更加持久。此外，更高的芯片能耗比，還意味著實(shí)現(xiàn)同樣的性能所帶來的發(fā)熱量更低，因此全新的MacBook Air可以再次回歸無風(fēng)扇設(shè)計(jì)，做到高性能與低噪音兼顧。

軟硬件的大一統(tǒng)

從首款采用自研芯片的iPhone 4開始，蘋果就一直在推動(dòng)軟硬件跨平臺(tái)的大一統(tǒng)。此前iPhone、iPad、Apple Watch等產(chǎn)品都采用的是基于Arm架構(gòu)蘋果自研芯片，及蘋果自己系統(tǒng)。但唯獨(dú)在蘋果的Mac電腦上，依然采用的是基于X86架構(gòu)的Intel處理器。由于底層硬件的不同，也使得蘋果在系統(tǒng)軟件生態(tài)上產(chǎn)生了割裂，移動(dòng)設(shè)備上是一套硬件和軟件系統(tǒng)，Mac產(chǎn)品上是一套硬件和軟件系統(tǒng)。

而隨著蘋果自研Mac芯片的推出，將進(jìn)一步提升蘋果整體的軟硬件一體化的優(yōu)化整合能力。使得蘋果的iPhone、iPad、Mac等產(chǎn)品都將基于同樣的Arm芯片架構(gòu)，從而使得的外圍硬件生態(tài)可以共享，更為關(guān)鍵的是，這也將徹底打通iPhone、iPad、Mac的系統(tǒng)軟件生態(tài)，在Mac電腦上同時(shí)運(yùn)行iPhone和iPad軟件將不再是問題。

在此前的WWDC2020大會(huì)上，蘋果就曾表示，開發(fā)人員還可以在基于其自研處理器的Mac產(chǎn)品上正常使用iOS和iPadOS應(yīng)用程序，而無需進(jìn)行任何修改。新推出的macOS Big Sur系統(tǒng)也已經(jīng)可以平穩(wěn)、無縫地過渡到蘋果Mac芯片。

而為了讓開發(fā)者能將原來運(yùn)行在X86架構(gòu)Intel芯片之上的Mac應(yīng)用，更輕松的適配蘋果自研的Mac處理器，蘋果還提供了一系列的工具。比如，可幫助開發(fā)者構(gòu)建同時(shí)能在x86和Arm架構(gòu)芯片上運(yùn)行的應(yīng)用的Universal 2，可以自動(dòng)將為英特爾處理器編寫的指令轉(zhuǎn)譯蘋果Arm芯片可以理解的指令，使得蘋果Arm芯片直接能運(yùn)行原x86平臺(tái)應(yīng)用程序Rosetta 2。

在今天的發(fā)布會(huì)上，蘋果表示，目前基于M1芯片的Mac產(chǎn)品已經(jīng)可以運(yùn)行各種蘋果原生應(yīng)用。M1芯片還將在下個(gè)月支持Lightroom，明年支持Photoshop。所有應(yīng)用在M1芯片上運(yùn)行非常流暢，渲染效果也很出色。

可以預(yù)見的是，隨著M1的順利推出，并成功在Mac產(chǎn)品上應(yīng)用，蘋果利用自研Mac芯片替代英特爾X86處理器的計(jì)劃或?qū)⑦M(jìn)一步提速，可能用不到兩年就會(huì)全部完成替換。畢竟，憑借蘋果自身強(qiáng)大的出貨能力，自研的Mac芯片的成本要遠(yuǎn)低于采購英特爾處理器的成本。
責(zé)編AJX