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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將相容ARM晶片
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
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
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
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
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晶片的一大殺手齔。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。

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