同樣是5奈米製程,Mac上的M1晶片是如何從iPhone上的A14晶片再進化?

同樣是5奈米製程,Mac上的M1晶片是如何從iPhone上的A14晶片再進化?

Mac 換上了蘋果自家處理器M1這件事不僅涉及到底層架構轉移、系統重寫的問題,還需要考慮大量第三方軟體的相容性。

不過,這對蘋果來說也不是第一次了。2005 年,蘋果拋棄摩托羅拉,從 PowerPC 投奔至英特爾懷抱時,就已經經歷過一次這樣的苦差事。

當時,整個遷移時間耗費了蘋果 4 年,以第一代 MacBook Pro 為起點,直至首個不支援 PowerPC 架構的 OS X 系統 Snow Leopard 為止,蘋果才完成了 Mac 軟硬體向 X86 架構的完全轉移。

當然了,當時蘋果願意去冒風險,只是單純地想讓 Mac 擺脫舊技術,獲得更有競爭力的晶片,以期獲得性能的提升。

如今,蘋果想脫離英特爾,擁抱自研晶片,理由也是如此。只不過以蘋果現在的處境,單純地追逐性能,顯然已不是自研晶片的唯一目的了。

蘋果 M1 晶片不再是單純的CPU處理器

M1 晶片,是蘋果第一顆專門為 Mac 打造的晶片,也是 Mac 平台第一款基於 ARM 架構的晶片。它不再是單純的 CPU 處理器,而是和 iPhone、iPad 的 A 系晶片,以及 Android 手機中常見的驍龍晶片一樣,採用了 SoC 封裝技術。

同樣是5奈米製程,用在Mac上的M1晶片與用在iPhone上的A14晶片有哪些異同?

這意味著,它是把 CPU、GPU、記憶體等多個模組全部整合在一起,從而實現更高的集成度,也有利於電腦內部空間的釋放。在架構上,的確是很接近A系列的晶片。

不過,到底有哪些異同呢?

 

M1晶片與A14晶片規格對比

首先,我們從cpu-monkey上公布的對比來參考,兩者在主要規格上其實真的挺類似。

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M1 和 A14 一樣,都是基於最新的 5nm 製程,但相比 A14 的 6 核心設計,M1 是採用八核心架構,包括 4 個效能核心、4 個節能核心,為「4+4」大小核組成的 8 核 CPU,以及 8 核心的 GPU,高達 160 億的晶體管數量,也比 A14 要多出 35%。

單純看架構,蘋果這顆 M1 其實和之前衍生版 A 系晶片十分類似,比如說早前 用於 iPad Pro 上的 A12X/A12Z,之於 iPhone 的 A12,也是靠增加 CPU/GPU 的核心數來提升性能。

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從這點來看,M1 與 A14 確實也會有不少聯繫。​

但既然是用於 Mac 平台的晶片,M1 顯然也會獲得比 A14 更好的散熱條件,再加上一、二級暫存記憶體的變化,和高頻寬的使用,往往也預示著更出色的性能釋放。

在發佈會上,蘋果強調了 M1 晶片的「每瓦時性能」優勢,同時也和業內主流筆電處理器做了對比。其中在 10W 功耗下,M1 的 CPU 性能是競品 PC 處理器的兩倍,而且 M1 僅需使用四分之一的功耗,就能匹敵競品 PC 處理器的峰值性能。同樣是5奈米製程,Mac上的M1晶片是如何從iPhone上的A14晶片再進化?

GPU 的情況也類似,同樣是 10W 功耗下拉開兩倍的性能差,而且也在更低功耗下實現了同等的性能水準。

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不過疑問還是有的,比如說蘋果所說的「競品」對比也十分模糊,以及在 Air 和 Pro 兩種機器下,不同的散熱是否會影響性能釋放,這些都需要等之後的評測來解答。

 

統一記憶體架構

在性能提升之餘,蘋果還專門提到了 M1 晶片的「統一記憶體架構」。

傳統 PC 中,CPU 和 GPU 的記憶體在設計上是相互獨立的,這就導致某些共享資料需要在兩個記憶體間做一次交換和分配。

但本次 M1 晶片採用了和 iPhone 等其他蘋果裝置類似的「統一記憶體架構」,其實就是讓 CPU 和 GPU 共享同一個記憶體,不僅可以讓數據共享更為高效,降低延遲,同時也能更加省電。

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機器學習效能提升,讓特定工作負擔降低

CPU與GPU如果操的太兇,勢必就會帶來耗電以及散熱的問題。因此,必須把機器學習帶到Mac端來。

16 核的神經網路引擎,則和之前 A14 的架構類似。近幾代 iOS 系統已經有很多功能離不開機器學習,比如說圖像合成、圖庫分類乃至是電源管理等,背後都有類似技術的參與。因此,現在把這部分導入Mac,特別是許多用戶要用的影像設計、影片剪輯等應用,應該可以沿用在行動端的經驗,持續在Mac上發揮優勢。

有了 M1 晶片的硬體級支持,像是改善電腦照片的合成速度,提升語音識別的準確性等,都可以為 Mac 所用,特別是各種由 iOS 平台移植過來的 APP,也可以在 Mac 平台上用上機器學習技術。

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再來剩下的特性也很簡單,無外乎就是對 USB 4、PCI 4.0、NVMe 儲存等特性的支持,以及蘋果專門的編碼、解碼引擎,和安全隔離區技術等,其實有不少都已經在蘋果的 T2 晶片中出現過了。

其中,專用編解碼引擎將會顯著改善 Final Cut Pro 這類蘋果第一方影片編輯應用的執行效率,提升幅度也是倍數級的;而安全區則是將蘋果一貫重視的隱私保護,沿用到 Mac 上。

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