Apple M1 芯片：Apple 願景的聖杯

已發表: 2020-11-09

蘋果。 你知道一家公司已經“成功”並且是一個龐然大物，當這個名字變成一個動詞（比如穀歌）或者當公司的名字變得比它所命名的東西更受歡迎時，即使它是在幾千年後構思的前者。 那是蘋果。

在市值達到 2 萬億美元的情況下，只有少數幾個國家的 GDP 超過了公司的市值。 如果蘋果是一個國家，如果以它的市值作為它的 GDP，它就會進入前 10 名。 很難想像巨大的數字，而蘋果的估值就是其中的典範。

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數字、估值和貨幣價值從來都不是一個獨立的屬性。 通常情況下，它得到了賺錢者向世界提供的一系列強大事物的支持，推動人類作為一場競賽走向更美好的生活。 而蘋果，考慮到它在峰會上停留了多久，也不例外。

蘋果的願景

行動勝於雄辯是理所當然的。 讓我們來盤點一下徹底改變計算世界的主要 Apple 產品，一次一個產品：

蘋果視覺
  1. iMac (1998)：憑藉其新鮮的蛋形外觀，它使個人電腦變得“個人化”。
  2. iPod（2001 年）：在磁帶和 CD 是您聽音樂的唯一方式的世界裡（不包括當時微不足道的 MP3 播放器），iPod 帶來了“口袋裡裝 1000 首歌曲”的承諾。
  3. iPhone（2007 年）：可以說是科技史上最具革命性的產品，iPhone 將“電話、通訊設備和互聯網瀏覽器”組合成一個可以放在口袋裡的設備； 引領智能手機和袖珍計算的新技術浪潮。
  4. MacBook Air (2008)：這標誌著史蒂夫喬布斯從中取出一台完整筆記本電腦的黃色信封，在大盒子金屬被稱為筆記本電腦的時候，你實際上可以隨身攜帶。

了解這裡的模式並不需要太多，就能辨別出蘋果在設計技術時所保持的真正北極星。

這是為了減少“計算機”的佔用空間，使它們更個性化、更易於訪問。 計算機可以是任何東西。 從覆蓋整個房間的機器，到放在辦公桌上的機器，再到放在口袋或手腕上的機器。

這就是他們如何成為數量龐大的龐然大物。 他們完善了自己的質量能力； 年復一年，一個又一個產品。

CISC 設計和 x86 指令集

計算機在指令集中工作（將其視為低級代碼），CPU 循環執行。 CISC是Complex Instruction Set Computer的首字母縮寫，是一種CPU設計方法，旨在結合算術運算、從內存加載和存儲在內存中等幾種低級操作； 所有這些都在一條指令中，CPU 可以在一個週期內執行。 x86 是與遵循這種 CPU 設計的 Intel 處理器兼容的 CPU 指令集。

這是幾十年來在筆記本電腦和台式機世界中非常流行的設計，並且現在仍然很強勁，以至於英特爾在筆記本電腦和台式機行業擁有強大的壟斷地位，為幾乎所有製造商提供芯片。

但從歷史上看，變化是唯一不變的，無論從技術角度還是從商業角度來看，這種設置都必須改變。

RISC 設計和 ARM 芯片的出現

CISC 是一個非常具有革命性的設計，但它強調每個程序指令的效率。 另一方面，RISC（代表精簡指令集計算機）強調每條指令周期的效率。 通俗地說，CISC 通過在 CPU 硬件中添加更多晶體管（需要更高的能量來運行）實現了更快的計算，而 RISC 則基於高效的軟件實現了這一點。 （如編譯器或代碼）這絕對需要硬件中更少數量的晶體管，從而消耗更少的能量。

這就是 ARM 芯片設計出現的地方。 ARM（Acorn RISC Machine 的首字母縮寫詞或後來稱為 Advanced RISC Machines）設計的芯片遵循 RISC 設計。 當 CISC 設計和 Intel x86 芯片被接受為標準時，它們就已經出現了。 但他們不能代替他們。 ARM 芯片沒有機會對抗 x86 芯片，儘管它們很有希望。 一位從事 ARM 設計的項目工程師有一天注意到，芯片在沒有連接電源的情況下運行。 它實際上是由通向 I/O 芯片的電源軌的洩漏供電。 這表明這些芯片運行所需的功率有多少。

有了 ARM 提供了這樣的優勢，英特爾作為筆記本電腦和台式機芯片的最大單一玩家，自然而然地加入潮流並利用 ARM 設計製造自己的芯片。 但英特爾沒有這樣做。 如果他們這樣做了，他們將不得不向 ARM 提供相當大的版稅，而他們還沒有準備好放棄。 因此，他們投資了自己的低功耗微架構。 原子芯片。 然而，考慮到他們的核心陣容表現如此出色，他們不想優先考慮原子陣容而不是他們的核心陣容，這是他們的搖錢樹並冒著殺死它的風險。 因此，Atom 芯片慢慢成為過去（這可能為未來鋪平了道路），英特爾將其核心產品線加倍。 （即專注於當前有效的方法）

蘋果中的 ARM

考慮到 ARM 芯片的低功耗，這完全符合蘋果的北極星：減少計算的足跡。 如果芯片使用更少的功率，它們需要更少的電池來運行，並且可以更“便攜”。 Apple 收購了 PA Semi，並在 ARM 設計上年復一年地投入巨資進行進一步研究，從而生產出更快的 CPU。 Apple 開始在其所有低功耗低計算設備（例如 iPhone、iPod、iPad 和 Apple Watch）上使用他們的芯片。 他們通過實施 SoC 設計（即片上系統）來做到這一點。 SoC（基於 ARM 架構）將計算機的所有主要不同組件（例如 RAM、I/O、無線）組合到單個芯片中，如果它們不在單個芯片中，則通過這些組件之間的連接減少瓶頸和昂貴的信息交換. 但就性能而言，它仍然不是桌面級 x86 芯片的替代品，這是他們最大的挑戰。

然而，隨著時間的推移，蘋果不斷完善自己的基於 ARM 的芯片，如下圖所示，他們用於 iPhone 11 陣容的 A13 仿生芯片實際上是一個轉折點，使其比最強大的英特爾更強大桌面級CPU。

英特爾與蘋果的頂級性能

這就是英特爾芯片的瓶頸出現的地方，而不僅僅是預測。

M1 芯片和強大的 ARM 計算機的出現

Apple Silicon 基於 ARM 架構並使用小電池供電，它真正開始提供比需要專用高功率電源和其他系統（如風扇或液體冷卻來冷卻它）的芯片更強大的計算能力。

這一前所未有的進步為蘋果在基於 x86 的芯片市場上使用自己的基於 Apple ARM 的芯片製造筆記本電腦鋪平了道路。 2020 年 11 月，Apple 發布了帶有自己基於 ARM 的芯片的筆記本電腦系列，他們將其稱為 Apple M1 芯片。

但是，由於 ARM 是與 x86 完全不同的體系結構，因此為 x86 機器編碼的軟件將無法在基於 ARM 的設備上運行。 那麼，這是否意味著 Apple 設計了一款可以運行市場上所有產品的筆記本電腦？ 不完全的。 這就是 Apple 的 Rosetta，他們的翻譯環境發揮作用的地方。 它充當 x86 編碼軟件和基於 ARM 的 M1 芯片之間的中間人。

至少可以說，這對現實世界的影響是驚人的。 由於 M1 芯片基本上是一個 SoC，GPU、Neural Engine 甚至 RAM 等大部分關鍵組件都嵌入到芯片中，從而降低了功耗並提高了性能。 自古以來，公司只能通過破壞另一個來改進一個。 提高性能意味著增加功耗和縮短電池壽命； 而增加的電池壽命意味著較低的性能。 M1 在競爭中遙遙領先，打破了這個循環。

m1芯片

加拿大著名的 YouTube 技術頻道 Unbox Therapy 的 Lewis Hilsenteger 展示了他如何從配備 M1 芯片的新款 MacBook Air 中導出編輯過的視頻，所需時間幾乎是基於英特爾的 MacBook Pro 的一半。 Air 甚至沒有風扇來冷卻芯片！ 考慮到這個測試是在一個為 x86 機器而不是基於 ARM 的 M1 （謝謝你，Rosetta）的軟件上運行的，就 M1 芯片和作為翻譯引擎的 Rosetta 的性能而言，這絕對是瘋狂的。 當我們看到為基於 ARM 的 M1 芯片編碼的軟件時，我們只能想像性能和電池增益會是多少。

現在，這也帶來了蘋果在未來採用 M1 芯片時將面臨的小挑戰。 那就是：讓開發人員專門為基於 ARM 的 M1 定制開發他們的軟件版本。 考慮到 Apple 是龐然大物，Apple 台式機和筆記本電腦的用戶數量以及 M1 芯片的驚人性能，開發人員應該很快就會趕上潮流，尤其是考慮到它來自一家以領先而聞名的公司。技術革命不斷。 蘋果聲稱過渡期為 2 年。 到那時，Rosetta 將成為 x86 軟件和基於 ARM 的 M1 之間的中間人，看看它的性能，我相信沒有人會抱怨。

說 M1 芯片將成為所有筆記本電腦製造商的井噴，而英特爾作為一家公司是低估了不可避免的事情。 由於現在大多數人都攜帶的兩種關鍵技術設備（即筆記本電腦/台式機和智能手機）在相同的 CPU 架構 (ARM) 上運行，應用程序的交叉兼容性將成為現實，它與運行應用程序的 MacOS Big Sur 兼容在 iPad 和 iPhone 上也可以在 MacBook 上運行。 M1 是筆記本電腦和台式機計算方向發生重大變化的時代，比 iPhone 更是如此。 蘋果公司在創新方面的這種一致性表明，對於一家公司來說，擁有並堅持宏大願景比通過專注於銷售而不是創新來獲得短期金錢收益如此重要。 英特爾是後者的典範，它專注於核心系列而不是 Atom，它們的低功耗微架構。 數量上的高度總是跟隨質量上的實力，而蘋果是這種意識形態的先鋒。