為什麼說蘋果M1晶片是顛覆性的

來源：內容由半導體行業觀察（ID：icbank）編譯自「extremetech」，謝謝。

上周，蘋果發布了其M1 SoC。M1採用與最新iPhone相同的A14 CPU，和是十年來首個挑戰AMD和Intel等公司的非x86 CPU架構。從那時起，多項關於Apple M1 晶片與AMD和Intel綜合測試表明，M1在多個領域處於領先。為此我們的觀點是：M1本身不會破壞英特爾和AMD的市場份額，但從長期來看，這對兩家公司均構成嚴重威脅。

到目前為止，我們僅參考最新的綜合基準討論了該假設。現在讓我們談談大局。

M1如何影響x86市場主導地位

M1之所以對英特爾和AMD構成威脅，並不是因為蘋果突然要佔領PC市場，因為在我們看來，近期Mac的淨市場份額增加很可能是個位數的。

對AMD和Intel來說，M1推出的背後重要意義才是他們最大的威脅。因為可以看到，這是15年以來第一次，一家沒有x86許可證的公司正在構建一種可以與X86競爭的消費者微處理器。如果蘋果維持或改善其M1處理器的性能，並一直領先於x86的競爭對手，那麼其他擁有ARM許可證的公司將會關注這一點。英偉達已經購買了ARM，等待監管機構批准，他們也不例外。如果ARM能夠勝過x86，則整個WinTel生態系統將遭受前所未有的衝擊

在前期，英特爾和AMD以前不必擔心非x86 CPU製造商的所作所為。但如果蘋果公司的M1針對不同細分市場的後續行動開始削弱x86市場份額的時候，那麼所有人（包括當前構建x86 PC的OEM）都會注意到這一點。微軟也許曾經曾經支持過英特爾，但是在Satya Nadella的領導下，微軟已大力發展雲計算和基於雲的服務。如果Microsoft願意將Linux廣泛集成到其自己的作業系統中，則不必在意Windows是在ARM還是x86上運行。如果他們不再將x86視為自動的最佳處理器選擇，那就給英特爾和AMD帶來威脅，讓後者失去利潤和市場支配力。如果發生這種情況，那將是由於多家公司的行動，而不僅僅是蘋果。而且，儘管有蘋果的推廣，但其實當前M1的速度其實落後於98％的筆記本電腦。很快，但卻也沒那麼快。

是什麼讓我們覺得M1比我們之前看到的任何產品都有威脅力呢？一下是我的理由。

英特爾的奔騰M預示了Core 2 Duo的成功

2004年底，一家名為DFI的主板公司將與英特爾的Pentium M兼容的臺式機主板推向市場。該特定的Pentium M代號為Dothan，它基於Pentium III，而不是Intel的Pentium 4「 Netburst」架構。180nm P3 Coppermine出品了130nm Tualatin，後者出品了Banias和Dothan。

就功能支持而言，DFI 855GME-MGF平臺對當時的FX和P4平臺不抱太大希望。

但讓我們重新看看這些內容：PM代表Pentium M，它在2.13GHz和1.7GHz下進行了測試。FX-55是AMD的單核Athlon 64，具有2.6GHz的雙通道內存。3500+是2.2 GHz雙通道Socket 939上的Athlon 64 3500+，而P4 3.46EE，3.8E和3.2E都是基於Prescott的奔騰4。這些還具有雙通道RAM。

DFI主板的問題在於沒有超頻支持，除了纖巧的風扇和散熱器以外，沒有其他方法可以使用。在這些結果中，奔騰M是唯一僅限於單通道RAM的系統，也是唯一使用AGP卡住的系統。然而儘管如此，奔騰M表現強勁。即使Athlon 64 3500+具有集成的內存控制器和雙通道RAM，但它與P4 3.46EE並駕齊驅，並擊敗了3500+（主頻2.2GHz）。

總結其整體性能：即使超頻，但Dothan也沒有贏得所有基準測試，在某些上面未顯示的多媒體編碼工作負載中，它遠遠落後於P4和K8。對於Dothan來說，適合其緩存的分支測試是一個很好的測試案例。依賴主內存帶寬或依賴SSE3的應用程式不支持該晶片。但是，核心是最突出的地方之一。以下是我16年前寫的內容：

Dothan僅消耗78W功耗，並在令人驚嘆的25'C時空轉，是我見過的運行速度最快的、最酷且最節能的CPU。90nm 3500+系統的功耗要大得多。即使在滿負荷情況下，系統也不會突破100W的功率……與P4相比，3500+的142W最大功率相當令人印象深刻的……

技術報告對該主板進行了舊的審查，該主板在其圖像完好無損的情況下仍然存在，因此，如果您要查看其數據，便可以在其中找到數據。我想從這次審查的結論中引述一下：「不過，在533MHz總線上超頻至2.4GHz時，Pentium M變得非常可怕，在包括遊戲在內的許多測試中，Athlon 64 4000+的性能都蒙上了陰影。」

這不僅僅是陰影。這是預兆。大約18個月後，代號為Conroe的Core 2 Duo進入了臺式機，並將AMD放逐了11年。

如今，Dothan和M1之間存在多個相似之處。像M1一樣，Dothan也沒有贏得所有基準。與M1一樣，Dothan也有某些限制：它不支持SSE3，PCIe或雙通道RAM。它缺少AMD擁有的集成內存控制器，並且缺少Hyper-Threading Prescott和Northwood曾經取得過良好的效果。

最終，與Pentium M的出色每瓦性能相比，這都不重要。從長遠來看，該設計被證明能夠超越市場上的其他競爭對手。將M1與Intel和AMD當前的CPU進行比較，令人驚訝的是這些模式重疊的緊密程度。

同樣，我們看到高端x86 CPU在單線程基準測試中以更高的TDP領先。x86和M1之間的差距還不足以彌補高端英特爾和AMD晶片帶有10-16個內核，而M1是4 + 4晶片這一事實。只要有足夠的時鐘速度，散熱空間和內核，x86就可以滿足要求。您可以說FX-55和各種Prescott與原始Pentium M完全相同。

CPU行業中的一種趨勢表明，每瓦性能更好的高效率CPU傾向於比每瓦性能更差的低效率晶片擴展到更高的絕對性能水平（There’s a trend in the CPU industry that suggests high-efficiency CPUs with better performance per watt tend to scale to higher absolute performance levels than low-efficiency chips at weaker performance per watt）。由於CPU功率曲線不是線性的，因此就功率和散熱而言，最後幾百MHz的時鐘是迄今為止最昂貴的，並且當您接近5 GHz時，曲線會變得更陡峭。這意味著，儘管新的功能單元也要消耗功率，但通過構建更多的片上資源並減少時鐘來提高IPC效率會更高。

我們對M1知之甚少，無法對它能達到多高的頻率做出任何預測，但是我們已經聽到的效率數據表明，蘋果至少有一些餘地來燃燒功率以獲取頻率。它更有可能構建具有更大CPU內核的更大的SoC。可以想像在接下來的18-36個月內具有更大緩存和16-32個大內核的工作站級M x晶片並不奇怪。我們可以在一年內看到6-16個CPU核心SoC（源自FireStorm或A15）。

我們可以假設臺積電的5nm節點將繼續成熟，並且其時鐘速度將持續提高。我們可以假設Apple將考慮CPU製造商通常為改善臺式機電源範圍（例如更大的緩存和更高的時鐘）性能而進行調整的所有標準槓桿和撥盤。M1的基線效率越高，Apple嘗試各種提高性能的方法的實驗空間就越大。目前，Apple在許多應用程式中均具有每瓦性能和絕對功耗方面的優勢，而如果我想長期淘汰x86，那正是我想要的。

無論哪種方式，兩家公司的問題都不是M1本身。蘋果將在高端產品上使用M1的老大哥，以及消費者和OEM廠商願意向電池壽命更長，性能更高的平臺遷移的意願。

儘管出於不同的原因，AMD和英特爾在對抗M1方面處於有利位置。從2017年初到現在，AMD在移動領域的實力都比英特爾要弱，但它始終保持著不斷發展。AMD的Zen 3移動部件將於明年面世時。只要繼續執行到Zen 4中，並且Zen 4保持改進的步伐，AMD就不會有什麼麻煩。

同時，英特爾目前處於良好狀態。儘管自身面臨製造問題，但當前的蘋果M1專注於移動市場，而英特爾最近又通過Tiger Lake更新了行動裝置。如果蘋果公司已經發售了TGL硬體，那麼英特爾將不會像其他蘋果產品那樣早。短期而言，問題是當蘋果將晶片帶入工作站時，M1的臺式機/工作站版本與高端Xeon相比將如何。從長遠來看，英特爾及其其餘OEM合作夥伴面臨的主要問題是7nm移動過渡如何進行。

如果英特爾能夠繼續提供性能改進的產品，那麼它將有自己的改進故事可以談論。這裡的危險是將7nm進一步推遲，或者如果該公司被迫將其領先的晶圓廠工作外包出去。英特爾不會試圖贏得蘋果的支持，儘管蘋果已經揚帆起航，但它絕對希望讓某些OEM擁有自己的正面故事來講述電池壽命和性能，即使與ARM驅動的系統相比也是如此。

M1不是魔術。僅僅因為成為ARM內核，但它並不比x86快。ARM的標準許可內核遠不及x86 CPU的性能。經過多年的精心工作，蘋果公司已在脫穎而出。儘管如此，不能保證英特爾和/或AMD會輸掉這場戰鬥。

但是請不要誤會，這將是一場戰鬥。關於M1的散熱，die尺寸，功耗或內核數，沒有任何跡象表明Apple無法繼續擴展該晶片，也沒有任何跡象表明它的潛力已到盡頭，或者說核心IPC無法持續改進。通常，我會說我們應該每年更新一次，但是由於Apple計劃明年進行整個向ARM的過渡，因此更新的速度可能會更快。但是，到明年這個時候，該公司應該在臺式機和筆記本電腦上擁有完整的產品陣容，除非它推遲了發布的過渡時間表。

上一次我們看到的比較是，在一個新出現的大型核心競爭對手和另外兩個高性能，效率較低的微體系結構之間，新來者及其後代統治了市場11年。不要以為M1會自動贏得這場戰鬥。但是請記住，這是蘋果公司的第一個大獲成功，而不是最後一次。