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M1来了!苹果的生态圈野心补上短板

2020-11-11 18:17| 发布者: cncelab| 查看: 178| 评论: 0

摘要: M1 芯片,是苹果第一颗专门为 Mac 打造的芯片,也是 Mac 平台第一款基于 ARM 架构的芯片。它不再是单纯的 CPU 处理器,而是和 iPhone、iPad 的 A 系芯片,以及 Android 手机中常见的骁龙芯片一样,采用了 SoC 封装技 ...
【消费电子实验室-2020/11/11】中国的“双十一”就像美国的黑色星期五一样是消费者的节日,这不苹果也来蹭热点来了。恰逢“双十一”,苹果发布了三款全新的Mac电脑,分别是MacBook Air、13英寸的MacBook Pro和Mac Mini。它们看起来基本与上一代产品相同。

然而这些新品完全用苹果自主研发的M1芯片取代了英特尔处理器。周二的这场发布会标志着苹果笔记本和台式机将放弃已经使用了15年的英特尔处理器,这也将成为半导体行业的一次重大转变。在双十一这场发布会之前,Mac 是苹果唯一一条,还没用上自家处理器的产品线。

  据市场研究公司Gartner估计,按出货量计算,苹果是全球第四大PC制造商。因此,苹果在笔记本电脑和台式机中采用自研芯片的决定将对英特尔构成打击。
 
       换芯非易事,一等14年
  苹果的芯片基于ARM技术,而没有采用英特尔芯片的x86架构。ARM最初是为移动设备设计的,使用ARM架构开发的芯片始终具备更高的效率,因而可以延长电池续航时间。在笔记本电脑上,这可能意味着可以在不使用外接电源的情况下增加几个小时的使用时间。

换芯并非易事,它不仅涉及到底层架构转移、系统重写的问题,还需要考虑大量第三方软件的兼容性。2005 年,苹果抛弃摩托罗拉,从 PowerPC 投奔至英特尔怀抱时,就已经经历过一次这样的苦差事。当时最新的POWER PC G5处理器发热巨大,功耗表现极其糟糕,根本无法搭载在MacBook上,最终,苹果因自家处理器的性能和功耗不理想,被迫放弃了与IBM、摩托罗拉共同研发的POWER PC处理器,转投英特尔的怀抱。整个迁移时间耗费了苹果 4 年,以第一代 MacBook Pro 为起点,直至首个不支持 PowerPC 架构的 OS X 系统 Snow Leopard 为止,苹果才完成了 Mac 软硬件向 X86 架构的完全转移。

自苹果联合创始人史蒂夫·乔布斯(Steve Jobs)于2011年去世以来,新的问题开始困扰苹果。多年来,乔布斯为苹果带来了Mac电脑,iMac一体机,iPod,iPhone和iPad等革命性产品。

但自2011年以来,苹果再也没有给消费者带来过去那样巨大的震撼和惊喜。虽然,2014年推出的苹果手表Apple Watch算得上一项成功的产品,去年它的销量已经超过了整个瑞士手表行业的总和。但是,类似Apple Watch这样的“小玩意”,不足以与改变整个行业格局的iPhone相提并论。

在过去的14年中,苹果依靠英特尔制造的处理器为其MacBook笔记本和Mac台式计算机提供核心动力,而在今天,它将开始发售搭载与iPhone和iPad相同ARM处理器的个人计算机。苹果首席执行官蒂姆·库克(Tim Cook)在今年夏天宣布这项新计划时曾表示,苹果对Mac的发展愿景,一直是“拥抱突破性的创新,并勇于做出大胆的改变”。他补充说,苹果研发的芯片将为计算机带来“全新的技术”和“行业领先的性能”。Mac将第四次改变处理器架构,而每次作出变革,Mac都会变得更强大,功能更先进。 对于苹果来说,这一刻已经等待了14年。

M1 来了,苹果第一颗专门为 Mac 打造的芯片
M1 芯片,是苹果第一颗专门为 Mac 打造的芯片,也是 Mac 平台第一款基于 ARM 架构的芯片。它不再是单纯的 CPU 处理器,而是和 iPhone、iPad 的 A 系芯片,以及 Android 手机中常见的骁龙芯片一样,采用了 SoC 封装技术。这意味着,它是把 CPU、GPU、内存等多个模块全部整合在一起,从而实现更高的集成度,也有利于电脑内部空间的释放。

苹果已经先行公开了一部分芯片细节。首先在工艺方面,M1 和 A14 一样,都是基于最新的 5nm 制程,但相比 A14 的 6 核心设计,M1 则采用了「4+4」大小核组成的 8 核 CPU,以及 8 核心的 GPU,高达 160 亿的晶体管数量,也比 A14 要多出 35%。

单纯看架构,苹果这颗 M1 其实和之前衍生版 A 系芯片十分类似,比如说早前 用于 iPad Pro 上的 A12X/A12Z,之于 iPhone 的 A12,也是靠增加 CPU/GPU 的核心数来提升性能。从这点来看,M1 与 A14 确实也会有不少联系。​但既然是用于 Mac 平台的芯片,M1 显然也会获得比 A14 更好的散热条件,再加上一、二级缓存大小的变化,和高带宽的使用,往往也预示着更出色的性能释放。

在发布会上,苹果强调了 M1 芯片的「每瓦时性能」优势,同时也和业内主流笔电处理器做了对比。其中在 10W 功耗下,M1 的 CPU 性能是竞品 PC 处理器的两倍,而且 M1 仅需使用四分之一的功耗,就能匹敌竞品 PC 处理器的峰值性能。

GPU 的情况也类似,同样是 10W 功耗下拉开两倍的性能差,而且也在更低功耗下实现了同等的性能水准。

在性能提升之余,苹果还专门提到了 M1 芯片的「统一内存设计」。

传统 PC 中,CPU 和 GPU 的内存在物理上是相互独立的,这就导致某些共享数据需要在两个内存池做一次交换和分配。

但本次 M1 芯片采用了和 iPhone 等其他苹果设备类似的「统一内存设计」,其实就是让 CPU 和 GPU 共享同一个内存池,不仅可以让数据共享更为高效,降低延迟,同时也能更加省电。

而 16 核的神经网络引擎,则和之前 A14 的架构类似。我们在之前的文章中也提及,近几代 iOS 系统已经有很多功能离不开机器学习,比如说图像合成、图库分类乃至是电源管理等,背后都有类似技术的参与。

如今,机器学习移植到 Mac 端的价值也是如此,有了 M1 芯片的硬件级支持,像是改善电脑照片的合成速度,提升语音识别的准确性等,都可以为 Mac 所用,各种由 iOS 平台移植过来的 APP,也可以在 Mac 平台上用上机器学习技术。

剩下的特性也很简单,无非就是对 USB 4、PCI 4.0、NVMe 存储等特性的支持,以及苹果专门的编码、解码引擎,和安全隔离区技术等,其实有不少都已经在苹果的 T2 芯片中出现过了。
其中,专用编解码引擎将会显著改善 Final Cut Pro 这类苹果第一方视频编辑应用的运行效率,提升幅度也是倍数级的;而安全区则是将苹果一贯重视的隐私保护,沿用到 Mac 上。

新Mac处理器我们带来哪些改变
苹果表示,未来的应用程序开发人员开发一个应用程序,就可以将其推送到所有设备,而仅仅需要根据设备的不同适配键盘、鼠标或触摸手势的操作接口。

其结果,将可能进一步模糊计算机与手机、平板等设备之间定义的界限。这些变化已经在苹果最新的操作系统macOS11 BigSur身上悄然体现,新的Mac操作系统与iPhone上的iOS操作系统拥有很多相似的外观、图标和声音。

有市场分析师表示,操作现款Mac电脑,给人感觉与操作PC电脑没有什么不同。而在未来,Mac的操作将更像iPhone,我们将可以像使用iOS设备一样使用Mac。

在应用程序方面,苹果表示,向新芯片的过渡可能会有些坎儿,首先是基于X86处理器的应用程序向ARM平台过渡的问题,开发人员会尽快更改应用程序的编码方式以适配新的设备。同时,苹果会像过去三次更换处理器架构时一样,在新操作系统内置官方虚拟机(2005年,苹果在MacOSX 10.4.4中内置了Rosetta虚拟机,可以将PowerPC处理器代码动态转换为Intel处理器代码,从而大大简化了向X86的过渡)。

我们现在使用的大多数软件,包括网络浏览器,照片和电影编辑软件,甚至包括微软的Office办公套件,都将在第一时间就可以在新Mac计算机上使用。

在硬件方面,苹果未来的MacBook笔记本和Mac台式机在外形上的变化可能比过去任何时候都大。ARM精简指令集的高执行效率和低发热量使得iPhone和iPad仅需要热管就可以压住正常的散热。如果苹果公司能够在其Mac上实现同样的散热效果,那么占用机箱内部空间、迫使笔记本电脑变厚的散热风扇可能会从此消失。

在价格方面,苹果改用自研芯片而非采购英特尔芯片的另一个好处在于,当一个公司拥有苹果这样的体量时,用自己的生产线制造自己的产品通常会更便宜。通常来说,处理器的价格占到笔记本电脑成本的20%。

现在,新一轮革命开始了。通过将所有设备使用相同的芯片以及通用操作系统平台,苹果将建立涵盖其台式机、笔记本电脑、机顶盒、平板电脑、手机和智能手表的强大生态圈。


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