摘要:北京时间11月11日凌晨,苹果举行新品发布会,正式发布了首款针对Mac电脑的自研芯片,即此前苹果公布的“Apple silicon”,命名为M1。与此同时,苹果还推出了三款搭载M1芯片的产品,分别是新一代的入门级笔记本MacBookAir、新款高端笔记本MacBook Pro、新款迷你版台式机Mac Mini。这三款产品的起售价分别为7999元、9999元和5299元,目前已经接受预订,下周发货。

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

北京时间11月11日凌晨,苹果举行新品发布会,正式发布了首款针对Mac电脑的自研芯片,即此前苹果公布的“Apple silicon”,命名为M1。与此同时,苹果还推出了三款搭载M1芯片的产品,分别是新一代的入门级笔记本MacBookAir、新款高端笔记本MacBook Pro、新款迷你版台式机Mac Mini。这三款产品的起售价分别为7999元、9999元和5299元,目前已经接受预订,下周发货。

早在今年6月的WWDC2020大会上,苹果就正式宣布了将针对旗下的Mac电脑产品推出基于Arm架构的全新自研芯片,并在两年内逐步替代X86架构的英特尔处理器的计划。

那么接下来我们就来看看,苹果针对Mac电脑的首款定制芯片M1到底有多强。

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

160亿个晶体管

首先,苹果M1芯片似乎并不是A14的简单升级版,虽然都是基于台积电的5nm工艺打造,但是M1拥有高达160亿个晶体管,相比之前的A14的118亿个晶体管提升了约35.6%,同时也高于麒麟9000的153亿个晶体管。

8核CPU:性能及能效远超英特尔x86 CPU

在CPU部分,M1芯片集成了8个核心,包括4个高性能大核心和4个高效能小核心,不过主频并未公布,官方称8个CPU核心可混合运行以协助处理多线程任务。而此前的A14则只有两个高性能大核心。

苹果还表示其M1的大核是目前最强大的内核,性能相比上一代基于Intel处理器的Macbook Air提升了3.5倍,能带来极强的性能,在多个应用场景下均有出色表现。

那么苹果是如何实现其M1芯片在CUP性能上的巨大提升的呢?

众所周知,苹果是目前为数不多的拥有基于Arm指令集自主设计移动处理器能力的智能手机厂商,即便是三星在推出几代的自研猫鼬CPU内核之后,最终还是放弃了。可以说,在自研移动CPU内核方面,苹果的技术实力甚至要强于高通。

早在2013年,苹果就推出了全球首款基于64位的ARMv8指令集的移动处理器——苹果A7,并首发应用于iPhone 5S上。相比之下,首款基于Arm的首个64位CPU内核Cortex-A57的处理器直到2014年才正式推出。

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

而当时苹果A7的CPU内核采用的则是苹果自研的“Cyclone”微架构,苹果也将其称之为“桌面级架构”。或许从那时起,苹果就已经开始决定在未来某个时间点,将其自研CPU推向桌面级Mac产品。

根据Anandtech报道称,苹果今年推出的A14处理器的大核CPU采用了全新的“Firestorm”微架构,其拥有高达8个宽度的解码块,目前仅有IBM POWER10中的P10内核拥有这样的解码器设计。相比之下,目前英特尔的x86 CPU仍然只采用4-wide的解码器设计,Arm最新的Cortex-X1内核也只有5-wide解码器设计。此外,Firestorm还具有极强的乱序执行能力。

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

Anandtech通过分析苹果公布的M1芯片内部结构图后,认为苹果M1芯片的大核心依然是Firestorm微架构。不过M1的内核的整体二级缓存升级到了16MB,相比之下A14仅有4MB的二级缓存。另外,M1的Icestorm小核心可能也已经进行了大的修改。

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

△苹果M1内部结构图

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

苹果A14内部结构图

苹果表示M1小核心在保证基本性能的同时,能耗却只有前代的十分之一,可高效处理轻量级任务。

而大小核心的协同工作,不仅保证了整体的CPU性能,还提供了绝佳的能效比。苹果表示,相比2012年时的Mac产品所搭载的处理器,M1芯片的CPU能效比已经提升了3倍。

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

根据苹果展示的PPT显示,在10W的功耗限制下,M1芯片可提供传统X86笔记本处理器2倍以上的CPU性能。

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

8核GPU,性能达竞品两倍

早在2017年苹果就曾宣布将在未来两年内停止使用Imagination的GPU,转而采用自研的GPU。不过此后几年在自研GPU上,苹果的进展似乎并不顺利,或许研发遇到了问题,又或是因为难以避开Imagination的相关专利,今年1月,苹果与Imagination重新达成了新的多年的专利授权协议。在此背景之下,全新的M1芯片的GPU性能也是值得期待。

苹果M1配备了8核心的GPU,相比A14的GPU核心数量提升了一倍,再加上5nm工艺的加持,苹果表示,M1的GPU兼顾了性能和能效,可能是世界最强的集显,不论是剪辑还是播放多个全画质4K 视频流等重负载也没有什么压力。

根据苹果公布的数据显示,在同等功耗下,M1的GPU性能是其他最新推出的笔记本芯片的GPU性能的两倍,而在同等性下,M1的功耗只有其他笔记本电脑芯片的1/3。

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

16核NPU,算力11TOPS

苹果M1芯片还集成了与A14一样的16核的神经网络处理器(NPU),不过算力只有11TOPS,相比之下A14的NPU的算力则达到了11.8 TOPS。不知道苹果是处于何种考虑,降低了M1的NPU的算力?不过,这一点完全可以通过CPU和GPU性能的大幅提升来弥补。

苹果表示,得益于M1强大的人工智能算力,搭载M1芯片的产品可以轻松的识别照片和视频中的家人和朋友,理解自然的语音来进行听写,甚至通过分析音频来识别笑声、掌声等。

16GB的统一DRAM

此外,M1芯片还支持高达16GB的具有高带宽、低延迟特性的片上统一内存体系架构,可以让各种应用能在CPU、GPU和NPU间高效地共享数据,无需分别去内存芯片读取,从而可以更快速的处理各种任务。

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

M1处理器加持,Mac产品性能及续航成倍提升

具体到产品上,苹果表示,搭载M1的新款Macbook Air的CPU性能是上一代基于英特尔处理的Macbook Air的3.5倍,GPU则提升了5倍,机器学习性能提升也提升了9倍。苹果称其整体性能超过了98%的PC笔记本。

而基于M1芯片的新款Mac mini,较上一代基于英特尔处理器的Mac mini,在CPU性能上提升了3倍,GPU性能提升了6倍,机器学习性能提升了15倍。整体性能相比其他最畅销的PC性能高出了5倍,但体积只有它们的1/10。

从跑分来看,根据此前网上曝光的疑似搭载M1处理器的设备的Geekbench 5跑分显示,M1的单核基准测试得分为1634,多核基准测试得分为7220。作为对比,A14单核基准测试得分1583,多核基准测试得分为4198;配备Intel Core i9处理器的16英寸MacBook Pro,单核基准测试得分1096,多核基准测试得分为6869。从跑分结果来看,M1的性能已经超过了Intel Core i9(酷睿i9-9880)处理器。

在具体的应用的性能提升上,苹果表示,配备M1芯片的全新MacBook Air在Final Cut Pro、Xcode、Logic Pro、Adobe Lightroom等专业生产力软件中,性能都有显著的提升。

比如Final Cut Pro的转码速度最高提升了3.9倍;

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

Xcode的项目构建速度最快提升了3.6倍;

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

Logic Pro的Amp Designer插件数量可增至2.5倍;

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

Adobe Lightroom的图像导出速度最快提升了2.3倍。

苹果自研Mac芯片M1详解:性能及能效成倍提升,远超Intel处理器!-芯智讯

苹果公司软件工程高级副总裁Craig Federighi还表示,基于M1芯片的Mac,运行JavaScript的速度提升了1.5倍,响应速度快了1.0倍。

在续航方面,得益于M1的高能效特性,其电池寿命也相比上一代的Macbook提升了2倍。苹果表示全新MacBook Air续航可长达18小时,全新MacBook Pro 13续航更是破纪录达到了20小时。可让用户不接电源的情况下,移动办公时间更加持久。此外,更高的芯片能耗比,还意味着实现同样的性能所带来的发热量更低,因此全新的MacBook Air可以再次回归无风扇设计,做到高性能与低噪音兼顾。

软硬件的大一统

从首款采用自研芯片的iPhone 4开始,苹果就一直在推动软硬件跨平台的大一统。此前iPhone、iPad、Apple Watch等产品都采用的是基于Arm架构苹果自研芯片,及苹果自己系统。但唯独在苹果的Mac电脑上,依然采用的是基于X86架构的Intel处理器。由于底层硬件的不同,也使得苹果在系统软件生态上产生了割裂,移动设备上是一套硬件和软件系统,Mac产品上是一套硬件和软件系统。

而随着苹果自研Mac芯片的推出,将进一步提升苹果整体的软硬件一体化的优化整合能力。使得苹果的iPhone、iPad、Mac等产品都将基于同样的Arm芯片架构,从而使得的外围硬件生态可以共享,更为关键的是,这也将彻底打通iPhone、iPad、Mac的系统软件生态,在Mac电脑上同时运行iPhone和iPad软件将不再是问题。

在此前的WWDC2020大会上,苹果就曾表示,开发人员还可以在基于其自研处理器的Mac产品上正常使用iOS和iPadOS应用程序,而无需进行任何修改。新推出的macOS Big Sur系统也已经可以平稳、无缝地过渡到苹果Mac芯片。

而为了让开发者能将原来运行在X86架构Intel芯片之上的Mac应用,更轻松的适配苹果自研的Mac处理器,苹果还提供了一系列的工具。比如,可帮助开发者构建同时能在x86和Arm架构芯片上运行的应用的Universal 2,可以自动将为英特尔处理器编写的指令转译苹果Arm芯片可以理解的指令,使得苹果Arm芯片直接能运行原x86平台应用程序Rosetta 2。

在今天的发布会上,苹果表示,目前基于M1芯片的Mac产品已经可以运行各种苹果原生应用。M1芯片还将在下个月支持Lightroom,明年支持Photoshop。所有应用在M1芯片上运行非常流畅,渲染效果也很出色。

可以预见的是,随着M1的顺利推出,并成功在Mac产品上应用,苹果利用自研Mac芯片替代英特尔X86处理器的计划或将进一步提速,可能用不到两年就会全部完成替换。毕竟,凭借苹果自身强大的出货能力,自研的Mac芯片的成本要远低于采购英特尔处理器的成本。

编辑:芯智讯-浪客剑