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2020-12-19 00:15 出處：PConline原創作者：Aimo 責任編輯：censi

　　[PConline 雜談]蘋果發佈了使用了ARM結構M1處理器的MacBook，其驚人的能效表現，以及深度和移動平台融合的生態，給人留下了深刻的印象。M1處理器打破了很多人ARM性能羸弱的固有印象，而macOS和M1的契合度，更是令人驚歎連連——M1這顆ARM處理器，透過macOS 11中Rosetta 2轉譯層運行X86軟體，很多時候竟然比Intel高端處理器原生運行X86軟體更快！

macOS 11相容ARM晶片，從另一維度挑戰Windows

　　蘋果M1的出彩，是出乎很多人的意料的。特別是對比微軟在ARM領域的步履蹣跚，更凸顯出蘋果新產品的不可思議。要知道，微軟早在2012年，就推出了使用ARM處理器的Surface平板，並為之配備了轉制的Windows RT系統；最近，微軟更是力推使用驍龍ARM處理器的Surface Pro X平板，其上搭載的是相容X86軟體的Windows 10 on ARM。

微軟早已經涉足ARM領域，推出了基於ARM的Windows平板，但表現不盡如人意

　　然而，微軟的ARM產品實際表現卻令人失望。初代Surface上的Windows RT無法相容X86軟體，而Windows 10 on ARM則無法運行64位軟體，且使用X86軟體時性能極其低下。和M1以及macOS 11相比，表現有雲泥之別。

　　微軟藉助Wintel聯盟，統治了桌面市場三十年。蘋果macOS憑藉M1這顆表現驚人的ARM晶片，能否挑戰Windows？今天一起來談談這個話題吧。

M1晶片為何能有如此高性能？

　　Windows的成功，和X86處理器在性能上的強勢是密不可分的。業界有一個很著名的說法，叫“安迪-比爾”定律，安迪指的是Intel前CEO安迪·格魯夫，比爾則是大家都熟悉的微軟創始人比爾·蓋茨。這個定律的主要內容，就是安迪提供什麼，比爾就會拿走什麼，意思是Intel為代表的X86處理器提供的性能，都會被Windows為代表的軟體吃掉。

　　雖然這個定律很有吐槽軟體吃性能的意味，但也肯定了X86處理器的性能表現。而現在，M1這顆ARM處理器，在輕薄筆記本的使用環境下，性能大大壓過了X86處理器一頭，這到底是怎麼做到的呢？這和M1處理器的諸多特性是密不可分的。

　　·工藝。得益於多年和台積電的密切合作，蘋果M1處理器得以用上了最先進的5nm工藝，先進的工藝帶來了能效方面的先天優勢。而M1的設計也是和台積電的工藝特點相契合的，對比Intel，台積電的工藝並不追求高頻率，而M1的結構則主攻高IPC，並不需要高頻，雙方共同鑄造出了M1晶片的極高能效。

M1晶片使用了與之特性相契合的先進工藝

　　·規模。受益於5nm工藝，M1晶片得以在有限的面積中，集成不亞於X86處理器規模的晶體管。M1處理器包含8個CPU核心，晶片面積為119mm²，集成了160億個晶體管；作為對比，目前桌面頂級處理器AMD Zen 3中的一個CCD同樣包含8個CPU核心，面積為80.7mm²，集成41.5個晶體管。考慮到M1還封裝了GPU、RAM等其他模組，事實上雙方在CPU單元部分，規模已經是並駕齊驅。

　　·結構。M1的CPU結構設計是非常激進的。舉個例子，根據外媒Anandtech推測出來的結構圖，M1擁有8解碼超寬結構的大核心，這是一個非常誇張的規模——頂級X86處理器只做到了4解碼。而在ALU單元、FPU單元的數量配置上，M1對比目前的X86處理器也有優勢。儘管受限於工藝以及結構特點（超寬結構、短流水線），M1的頻率並不高，但IPC卻超過了許多頂級的X86處理器。

M1的大核心結構設計非常激進，X86處理器沒有這麼多路前端解碼

　　·專用電路。很多朋友都看過M1版MacBook的剪片演示，新MacBook在視頻剪輯的速度上，居然遠勝於售價高好幾倍iMac Pro，小小的甚至不需要風扇散熱的M1晶片，表現更勝於i9處理器。這其實在很大程度上，得益於M1晶片集成的專用電路。

很多需要算力的特定功能，在M1中都有專用電路實現

　　專用電路這個名詞聽起來，似乎有點陌生，但其實如果你關注挖礦，就知道這是什麼意思了。在挖礦領域，CPU速度遠不如GPU，而GPU又遠不如ASIC礦機，這是因為ASIC晶片是專為挖礦算法定制的專用電路。在M1晶片中，也存在諸多這樣的專用電路，它們能為視頻編碼解碼、機器學習、圖像處理、數據加密等計算提供硬體加速，結合macOS 11專為其打造的API，一些生產力任務能夠前所未有地高效運行。

　　·片上互聯。這又是M1晶片的一大殺手。在傳統的PC硬體結構中，記憶體、GPU、CPU等部件，需要經由主板相關總線來傳輸數據，而M1晶片則將這些部件進行了SoC化，將其集成到了同一塊晶片當中。相比傳統做法，M1晶片能極大程度地提升數據傳輸的速度，性能得到了系統性的提升。