Arm導致蘋果與Intel徹底分手?

作者 : Challey,EDN China

11月11日凌晨2點,蘋果終於發佈了傳言已久的「喜訊」:採用Arm晶片的筆記型電腦處理器M1面世。也許是M1的魅力太大,蘋果同時誕生了基於M1「血脈」的三胞胎:MacBook Air、MacBook Pro、Mac mini。看起來,蘋果從選擇高通基頻處理器,到Mac筆記型電腦均採用Arm核心處理器,似乎是Arm這個「第三者」導致了蘋果與Intel的徹底分手......

在雙十一剁手節之際,多少人在忙於清空購物車時,蘋果(Apple)以言情劇的方式再次上演一場晶片產業的「第三者插隊成功上位劇情」:首先是在大約半年前放出風聲「Mac筆記型電腦」找到了自家的媳婦:「Arm核心處理器」,並已在轟轟烈烈的「自研熱戀」中,然後,在上個月的發佈會上欲語還休遮遮掩掩的暗示「One More Thing」。

11月11日凌晨2點,蘋果終於發佈了傳言已久的「喜訊」:採用Arm晶片的筆記型電腦處理器M1面世,也許是M1的魅力太大,蘋果同時誕生了基於M1「血脈」的三胞胎:MacBook Air、MacBook Pro、Mac mini。看起來,蘋果從選擇高通基頻處理器,到Mac筆記型電腦均採用Arm處理器,似乎是Arm這個「第三者」導致了蘋果與英特爾(Intel)的徹底分手……

而在另一邊,Intel再次黯然傷神,儘管與蘋果有過蜜月期,卻在去年剛剛便被高通搶去了手機基頻處理器,現在又痛失Mac筆記型電腦的核心,蘋果與Intel似乎是徹底分手了,英特爾會不會「肝腸寸斷」,不得而知。

這一次,M1的問世一下子就誕下三胞胎:MacBook Air、MacBook Pro、Mac mini,可見,蘋果對Arm核心的M1是「寵愛有加」,那麼M1到底有什麼魅力呢?

M1的魅力值

蘋果在官網上給M1的評價是:「Welcome to the future of Mac」,用蘋果中文的意思是:「歡迎參與Mac的未來」。

M1顏值再美也得與蘋果形影不離。

在能力方面,蘋果對M1的定義是:「Small chip. Giant leap」,亦即「小晶片,大躍進」。

M1晶片封裝了160億個電晶體,而且將中央處理器(CPU)、繪圖處理器(GPU)、神經處理單元(NPU)、各種連接功能,以及其他眾多元件,統統整合在同一個小小的晶片上。它與新推出的macOS Big Sur 默契協作,運作速度更快、影像性能更驚豔,能效表現和電池續航也創出新紀錄。

以下從製程、CPU、GPU、NPU四個方面來一一分析M1的魅力值到底如何。

M1製程

M1採用5nm製程,內含160億個電晶體,是桌面電腦端的首款5nm晶片,而此時,英特爾還停留在10nm的「安樂窩」,而前段時間還傳出這個窩還有點漏水,導致Core 11還不能如期入住。

M1 CPU

採用八個CPU核心設計,包括四個高性能大核心、四個高能效小核心。蘋果聲稱,只要十分之一的功耗,就能提供出色的性能,是得益於這四個高效核心,使其性能跟目前的Intel雙核CPU的MacBook Air不相上下。

10W功耗下,M1 CPU的性能是傳統筆記型電腦的2倍。

同樣的性能,M1只需1/4的功耗。

M1的CPU P/W:每瓦功耗下達到的性能是傳統CPU的3倍。

在CPU方面,蘋果稱每個核心都被設計為在保證最大化性能的同時,盡可能高效執行單個任務或者執行緒。

單核性能最大化,這似乎是蘋果一貫推崇的晶片設計理念,無論是行動端的A系列晶片還是這次發佈的M1。這要與蘋果的iOS、macOS基於Linux核心有關,而Android基於Java虛擬機器;Windows基於龐大而臃腫的.Net程式庫有關。

軟硬體的結合使得蘋果能夠把處理器設計得在性能方面非常突出,世界頂級的外觀和工業設計讓全球消費者主動拜倒在蘋果的「石榴裙下」。

Intel CPU

Intel一直死守在CPU的多核心與頻率的擠牙膏式的升級上,導致產業對Intel既愛又恨,恨之切又毫無辦法。

M1 GPU

M1的GPU方面,與CPU一樣設計了8核心,包括128個執行單元,支援最多24,576個併發執行緒,浮點性能高達2.6TFlops。

由於筆記型電腦需要良好的續航時間,蘋果不得不在性能與功耗方面進行平衡。但是蘋果表示M1擁有世界上最快的整合GPU,一般的整合顯卡無法達到這樣的效果:10W功耗下性能是最新筆記型電腦晶片的2倍。

10W功耗下性能是最新筆記型電腦晶片的2倍。

同樣性能只需要1/3的功耗。

Intel GUP

GPU一直是Intel的短處,在繪圖時代早已被Nvidia搶去了風頭,而Nvidia正在收購Arm;而Intel的「死敵」AMD則在GPU市場快速追趕Nvidia,該公司最近收購了Xilinx,加強了FPGA方面的能力,兩方面夾擊讓Intel雪上加霜。

M1 NPU

M1整合了16個核心的NPU,實現每秒11萬億次操作。

MI還擁有新的硬體加密和生物辨識特性,支持Thunderbolt和USB 4.0埠、Secure Enclave安全模組、機器學習加速器、高品質ISP等。

Intel NPU

Intel在NPU方面幾乎是空白,只是在最近發佈的Tiger Lake才整合高斯網路加速器GNA 2.0專用IP模組,可以在低功耗狀態下進行神經推理運算,比如接受處理音訊指令時可以更省電。

而蘋果早在2018年手機A12處理器上就整合了NPU。現在A系列已經發展到A14,其NPU的研發應該比較成熟,加上這次M1與A系列同樣基於Arm,因此,Intel的CPU與蘋果的M1在NPU方面將無法相提並論。

M1整體性能

M1的性能可以綜合為:5-8-8-16-160。5nm製程、8核心CPU、8核心GPU、16核心NPU,共160億個電晶體。

蘋果為何「移情」Arm?

以上諸圖中,蘋果比較的「傳統」晶片,相信大家都知道,指的就是Intel。看了上面基於Arm核心的M1性能,不是幾倍於傳統CPU/GPU,就是在同樣性能下,只需1/n的功耗。用手機產業的行話來說是「碾壓」。

有人就會想,難怪蘋果要拋棄Intel,「迎娶」Arm核心的M1。如果從表面上看蘋果的選擇,那就會掉入常說的「擇偶俗套」了。其實,蘋果選擇自研基於Arm核心的M1,一方面確實是其基於自身針對Arm核心強大的研發設計能力,以及來自行動手機端A系列晶片的既有經驗,從而研發出高性能的M1。

另一方面,更重要的是,蘋果要打造自己的統一生態。眾所周知,蘋果有兩大產品系列和兩大作業系統,基於iOS的iPhone、iPad、Apple Watch,基於macOS的MacBook系列,這也構成了蘋果的主營收入。

其實iOS是基於macOS而來,但是蘋果內部兩大「金雞母」由於CPU架構的不同,使得蘋果的生態硬生生的被分裂成行動和桌面個人電腦兩塊,兩者的應用雖然都是App,但是卻不能互通往來。

macOS系列很長一段時間一直採用Intel的x86 CPU,iOS系列自蘋果自研A4處理器以來一直採用Arm架構的CPU。兩者在指令架構、底層實現,以及上層的功耗、散熱等終端表現都不一樣。

x86架構性能好,但是耗電多、電壓高,主要用於桌面電腦和伺服器,生產廠商為Intel和AMD。Arm架構耗電小、電壓低,但是傳統的Arm處理器單核心性能不如x86,主要用於行動裝置。

Arm晶片的生產商有許多家,這是因為它的商業模式是授權制。該公司出售指令集的授權,購買授權的公司可以基於公版的設計,開發自己的Arm晶片。高通、三星、華為、蘋果等公司的晶片,都屬於這個模式。

近幾年,Intel x86架構發展遲緩,無論是製程還是在AI方面的NPU都落後Arm很多,Arm架構則進步顯著,已經從行動裝置向桌面電腦和伺服器進軍了,同時自從華為在基於Arm的麒麟處理器成功整合NPU以來,其性能和表現都非常搶眼,因此,蘋果也跟進在A12裡面加入了NPU。

AI將是未來科技最重要的一個領域,其在繪圖處理、語音辨識等行動領域有著廣泛的應用,而Intel等x86的架構顯然還是遲遲未動。如果採用同樣的Arm架構的CPU,那麼蘋果iOS和macOS的App將會不可避免的逐漸統一,那時候,蘋果開發者就更方便了。蘋果基於這樣的生態將更具競爭力,這對Android和華為的鴻蒙,甚至於Windows都可能帶來更大的壓力。

蘋果為何移情高通基頻處理器?

由於高通基頻處理器晶片也是採用Arm核心設計,也許有人會認為,蘋果去年以後為什麼會拋棄Intel基頻處理器,可能是因為這個原因。蘋果想與Intel一刀兩斷,又或者是因為Intel基頻處理器研發團隊太不爭氣了,導致手機訊號很差,被消費者大吐槽。

但是,請注意以下三點:

1.現在已經發佈的iPhone 12採用久經考驗的高通基頻處理器,可依然還是出現了訊號問題:主要現象是手機訊號會越來越弱,然後進入無服務的狀態,就仿佛進入了訊號盲區。但進入無服務狀態之後,手機不會自己切換回來,所以就會一直沒有訊號,不管主卡還是副卡都會出現這種現象,很隨機,唯一的解決辦法就是重啟。

2.iPhone 11採用Intel基頻處理器,雖然訊號差點,但依然能用,只是被吐槽,還沒有到不能用的嚴重程度。在這個方面,高通基頻處理器與Intel基頻處理器只是五十步笑百步。

3.2019年7月蘋果宣佈,將以10億美元的價格收購Intel智慧型手機數據機大部分業務(也就是Intel手機基頻處理器)。大約2,200名英特爾員工將加入蘋果,蘋果也將從英特爾收購IP和設備。從這點看出,蘋果花重金買下Intel基頻處理器部門,是有想法的,只是變化趕不上計畫,iPhone 12要發佈了,買下的Intel基頻處理器還是沒法研發出來。但是不能肯定蘋果完全拋棄了他們,畢竟10億美元對蘋果來說不多,但也不是少數目,說不定幾年以後這個部門突然崛起,爾後蘋果再毫不留情的把高通拋棄。

結局?

現在,基於Arm的M1華麗亮相,確實顯示蘋果徹底拋棄了Intel,這似乎是蘋果與「第三者」Arm的「閃婚」,導致了蘋果與Intel的徹底分手。事實上,蘋果早就「鍾情」於Arm,還在賈伯斯時代,2010年蘋果就發佈了自研的A4處理器,最早用於iPad,然後正式用於iPhone 4,再一直進化到最新的A14和M1。

據相關消息,蘋果在2017年就確立了自研筆記型電腦處理器專案,打造統一生態的戰略。因此M1絕不是我們看到的短短半年「閃婚」的結果。蘋果的這種軟硬體大統一生態將對整個IT產業,包括Intel、AMD、Arm、RISC-V,以及Windows產生巨大的影響。

表面上看起來,是第三者Arm的「魅力值」越來越高,導致了蘋果與Intel的徹底分手,但真正的第三者應該是蘋果宏偉的統一生態策略。

本文原刊登於EDN China網站

 

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