M1：Apple做到了！

作者 : Yole Développement

蘋果(Apple)真的做到了！去年11月，Apple發佈首款基於ARM架構的自研處理器SoC——M1，專為Apple Mac產品系列而設計的CPU，據稱擁有最佳的CPU效能功耗比...

蘋果(Apple)真的做到了！去年11月，這家業界主導的智慧型手機製造商Apple發佈其首款基於ARM架構的自研處理器SoC——M1。M1是Apple專為其麥金塔電腦(Macintosh；Mac)產品系列而設計的CPU，該公司聲稱M1 SoC是全世界最快的CPU，同時擁有最佳的CPU效能功耗比。

System Plus Consulting記憶體業務技術與成本分析師Belinda Dube指出，「目前有兩款新型Apple MacBook (2020年版MacBook Air/MacBook Pro)以及Mac mini (2020年版)都採用Apple的自研SoC設計。相較於英特爾(Intel) x86處理器，這一轉變已經對整個處理器和運算領域產生了衝擊。這款專用於Mac的首款新型SoC具有4個高性能的CPU核心、4個高能效CPU核心以及8個GPU核心。」

根據官方發佈的Apple M1資料，M1 SoC包含幾個主要IP模組：4個高效能Firestorm核心、4個低功耗Icestorm核心、8個GPU核心、Neural Engine神經網路引擎(機器學習核心)、雙核心安全處理器Secure Enclave、PCI Express高速序列介面(x2)、顯示引擎，其結構類似ARM的big.LITTLE以及英特爾Lakefield系列架構。

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該晶片架構據稱可實現以往採用Apple-Intel處理器架構無法達到的能效比最佳化。Apple宣稱低功耗核心只需要高效能核心1/10的電量。4個高效能核心均支援192KB指令快取和128KB資料快取，並共享12MB L2快取；4個低功耗核心支援128KB指令快取和64KB資料快取，並共享4MB L2快取。

M1晶片還包含Apple自家設計的8核心GPU，宣稱可同時執行25,000個執行緒，專用的16核心Neural Engine則可執行每秒11兆次運算。該晶片的其他組成部份還包括圖像處理器(ISP)、NVM記憶體、Thunderbolt 4控制器和Secure Enclave。

在Apple內部的這些軟硬體密切整合為個人電腦(PC)帶來了一款緊湊且高效的處理器，性能更優於許多優質微處理器。Apple Mi內含160億個使用台積電(TSMC) 5nm製程的電晶體。其晶片架構並提供了最佳化的電源效率。

Apple Mi晶片橫切面。(來源：System Plus Consulting)

Yole Développement (Yole)處理器業務技術與市場分析師John Lorenz評論道：「轉為採用M1處理器讓Apple推動了ARM架構PC的前景，以往這一領域僅限於性能較低的Chromebook。對Apple而言，這不僅是一個規格配置良好的解決方案，還可能為MacBook的元件節省部份成本。其他筆記型電腦OEM當然也會加以注意，並且可能進一步檢視其自家基於x86的解決方案。不過，Apple能在控制其作業系統(OS)的同時也為硬體和軟體之間進行更多協調，這是大多數基於Windows的OEM做不到的一點。」

System Plus Consulting的Belinda Dube進一步評論道：「在SoC方面，M1的晶片面積所做的優化似乎更針對功能而非SRAM快取。」根據System Plus Consulting發表的這份Apple M1分析報告，由於行動SoC設計取決於對UMA概念和外部LPDDR4X DRAM，可推斷其晶片快取有限。相當大的晶片面積主要被專門用作標準記憶體單元功能，這顯示Apple正利用自研晶片設計的優勢來最佳化硬體以配合作業系統。

而在封裝方面，Apple的A12X和A12Z採用相同的結構，即將DRAM整合在SoC基板上，並將矽電容器嵌入基板。

Apple Mi晶片封裝橫切面。(來源：System Plus Consulting)

Don Scansen與System Plus Consulting的團隊合作進行這項Apple M1分析報告。Don並在《EE TIMES》發佈的一篇專題文章中寫道：「Apple的晶片設計團隊為PC產品系列設計的第一款產品，超越了許多競爭對手的微處理器以及目前Apple其他產品中幾乎所有的處理器晶片，特別是單核心和GPU測評方面……。」

根據市場研究公司Yole Développement (Yole)預計，2020年APU市場規模為380億美元。由於2020年第一季的季節性疲軟疊加新冠疫情，導致2020年上半年的收益僅比2019年上半年高出3%；隨著2021年需求出現反彈，Yole預計截至2023年，產量和ASP都將適度增加，二者相結合將有助於帶動APU營收成長。

除了Apple宣佈推出兩款新型處理器晶片——A14和M1 (M1即業界引頸期盼已久的Apple自主研發Mac處理器，APU領域的其他近期消息還包括：高通(Qualcomm)選擇從台積電(TSMC)轉為三星(Samsung)代工廠為其製造最新旗艦處理器；以及，受中美關係緊張的影響，海思半導體(HiSilicon)目前與中國代工廠中芯國際(SMIC)合作開發其麒麟710A (Kirin710A)處理器晶片。