M1晶片只需半顆?拆解新款舊版MacBook Air/Pro,揭秘真相

2020-12-23 EDN電子設計技術

iFixit針對M1版MacBook Air/Pro的拆解出來了!但是,M1晶片只有半顆?基於Arm架構的M1隻需一半?這可能是業界最大的誤讀!此前,EDN發表了多篇文章:《M1 Mac系列橫向評測》,《M1與Intel處理器縱向評測》等,今天,我們帶來最全最完整的的拆解解讀。M1晶片只有一半的謎底也將解開。FdAednc

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蘋果發布Arm架構的M1處理器,在業界是一件顛覆性的事情。這次iFixit拆解了M1處理器和Intel處理器的MacBook Air和Pro,比較了他們的相似和不同之處。FdAednc

MacBook Air:M1版採用無風扇設計

與2020年初的Intel處理器MacBook Air不同,版搭載M1晶片的MacBook Air採用無風扇設計,機身左側散熱材料下面就是SoC晶片,可能是通過D面金屬將熱量導出。原本的風扇已由位於主板左側的鋁製散熱器取代。FdAednc

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2020年以前的MacBook Air 的散熱一直被消費者指責過熱,最後蘋果在2020 年初英特爾處理器機型上加入了風扇設計,這次換成 M1 晶片後又再度移除了風扇,iFixit 認為移除風扇主要是防止零件會出故障等情況,也能省去隔一段期間就要拆開清理風扇灰塵的麻煩。FdAednc

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MacBook Air 採用更長的鋁金屬散熱片來替處理器散熱,主要是依賴傳導熱量技術,將熱能導到另一邊溫度較低的區域散熱,這種設計帶來的優勢在於降低損壞,偶爾可能要換散熱膏。不過iFixit還是對於MacBook Air無風扇設計表示了擔憂,這種散熱方案可能會讓機身的散熱時間延長很多,持續輸出高性能的穩定性會是個隱患。FdAednc

除了新主板和散熱器外,新的MacBook Air主板也因 M1 晶片而有不同設計,在 Air 內部採用新款電池型號,規格沒差異太多,其餘零件完全都差不多。iFixit說,維修的步驟 「可能幾乎完全保持不變」。FdAednc

MacBook Pro:幾乎沒有變化

與MacBook Air存在較大的變化不同,在MacBook Pro上,幾乎沒有變化,僅有的改變主要集中在整塊主板設計。iFixit開玩笑說,必須仔細檢查一下免得拆錯了機器。FdAednc

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MacBook Pro內部的改變比MacBook Air還少,這意味著一些零部件可以和上代產品通用,大大降低了維修的周期和成本。FdAednc

在之前的媒體評測中,搭載M1晶片MacBook Pro出色的散熱給大家留下了非常深刻的印象,並且風扇在運轉中幾乎聽不到聲音。iFixit也很好奇,MacBook Pro的風扇會不會有什麼與眾不同的設計,或者採用了新的冷卻技術。FdAednc

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散熱模組和13寸英特爾版一樣FdAednc

結果並非如此,M1 MacBook Pro的散熱風扇設計都與2020款英特爾版本的13寸MacBook Pro完全一樣,同樣是「祖傳的」採用一根銅管將熱導到另一個小型散熱器,再藉由風扇進行降溫。FdAednc

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2020 M1處理器版 MacBook 與 Intel處理器版 MacBook 的風扇FdAednc

至於 MacBook Pro 在 CPU 高頻率狀態下運作,風扇並非是相當安靜,M1同樣會有高溫問題,風扇聲與 2020 年 MacBook Pro (英特爾款)完全相同,在無風扇設計的 Air 確實會比較安靜。FdAednc

半顆M1處理器?最大的誤讀!也並非與內存「燒」在一起

下面是蘋果基於Arm架構自研的新款 M1 晶片的真容:M1採用先進的5納米工藝,就像新款iPhone中的A14一樣。 它包含八個CPU核心(四個針對性能進行了優化,另外四個針對效率進行了優化),以及一個集成的GPU,該GPU具有7個或8個核心,具體取決於訂購的配置。 (兩者都在完全相同的生產線上使用相同的M1晶片,但是Apple按照稱為「合併」的過程對它們進行分類,在這種過程中,檔次稍低的晶片會導致一個GPU內核被禁用)。FdAednc

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iFixit指出,儘管MacBook Air和MacBook Pro的內部結構與英特爾版本幾乎相同,但它們搭載了擁有蘋果標識的亮銀色M1晶片。FdAednc

這顆晶片看起來似乎只有一半,其實旁邊是集成的8GB (2x4GB) SK海力士 LPDDR4X 內存,蘋果稱其為 UMA(Unified Memory Architecture): 統一內存存取架構。FdAednc

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與內存「燒」在一起,完全集成?

根據iFixit拆解的說法:通過將RAM「燒」到M1封裝裡,M1的每個部分(CPU,GPU,神經引擎等)都可以訪問相同的內存池,而不必在多個地方複製或緩存數據。FdAednc

(原文:By baking RAM into the M1 package, each part of M1 (CPU, GPU, Neural Engine, etc) can access the same memory pool without having to copy or cache the data in more than one place. )FdAednc

不過,Challey 認為,這個解讀不合理,從拆解出的情況來看,蘋果應該是把2條4G的SK海力士LPDDR4X內存通過普通工藝(非晶片級)與M1晶片「捆綁」在一起,這樣做的目的一方面是能夠節省空間,增加集成度;另一方面,也是蘋果最重要的「技術營銷」手段,讓個人私自更換或升級內存更難,從而提高高配置產品的收入。FdAednc

半顆M1晶片?

同時,業界對此均沒有深入解讀,可能導致讀者直觀的認為蘋果研發的基於Arm的M1處理器只有半顆,甚至只需半顆。對此,Challey仔細研究後發現並非如此。FdAednc

經手工修補後的實際完整的晶片圖如下:FdAednc

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實際上晶片是蓋住了兩條內存條的,這種集成只是簡單「鑲嵌」在一起。製圖:Challey。FdAednc

進一步分析(by Challey)晶片左右兩邊均為內存位,M1版無論是MacBook Air還是MacBook Pro,均有兩種內存配置:8G和16G。因此,當低配時只有一邊「鑲嵌」了兩條內存;當高配時,兩邊均有內存,這時就有4*4G=16G內存了。FdAednc

這種晶片與內存雖然進行了「捆綁」式集成,但由於不是採用晶片級內存集成,不會提高系統級處理速度。FdAednc

iFixit認為,集成內存「看起來能提升速度和效率」,但是讓用戶無法自行進行更換,只能在剛開始選配時就做好決定。將整臺設備全部集成在一塊主板上,對於維修人員來說是「毀滅性」的打擊,用戶想升級硬體或某個部件出問題,只能整臺換掉或買新機。FdAednc

M1版MacBook Pro 主板(下圖)

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M1版MacBook Air 主板(下圖)

在M1版的兩款新的MackBook Pro和MacBook Air中,內存與晶片均這樣「集成」在一起。FdAednc

關於兩塊主板之間的差異,iFixit注意到Pro帶有更強大的電源相位設計和幾個額外的I/O擴展器晶片:恩智浦PCAL6416AHF(標記為L16A)– I2C / SMB I/O擴展器(x2)FdAednc

T2消失

曾經在Intel處理器版本的Mac系列上,都集成了蘋果臭名昭著的 T2 晶片(上圖)。FdAednc

在這之前的很多年裡,蘋果一直在不斷的將很多與安全性/加密相關的晶片級任務從Intel處理器轉換到自己定製的T2晶片上。如今,這塊T2晶片已經不再需要,直接通過 M1 內部的SE進行處理,在 M1 已經包含安全隔離區(Secure Enclave)和更多內建安全功能,同等 A 系列晶片相同。FdAednc

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拆解清單

這是iFixit在M1版MacBook Air/Pro 這兩臺機器上發現的完整晶片清單:FdAednc

  •     蘋果M1 SoC(主晶片+ 2個Hynix 4GB LPDDR4X 4266 MHz IC)
  •     英特爾JHL8040R Thunderbolt 4重定時器(x2)(基本上是Thunderbolt 4擴展器/中繼器)
  •     (威騰電子?)SDRGJHI4 – 128GB快閃記憶體(x2)
  •     蘋果1096和1097 –可能是PMIC
  •     德州儀器CD3217B12 – USB和供電IC
  •     蘋果 USI 339S00758 – Wi-Fi 6 /藍牙5.0模塊
  •     華邦Q64JWUU10 – 64 Mb串行快閃記憶體
  •     瑞薩501CR0B
  •     Intersil 9240H1(也見於2019 MBP 13英寸)
  •     美國國家半導體4881A07
  •     Siliconix 7655 – 40A電池MOSFET
  •     恩智浦PCAL6416AHF(標記為L16A)– I2C / SMB I/O擴展器(x2)(M1 MacBook Pro版)

結語

Challey:蘋果近年來一直以自己的方式來研發設計Mac系列產品 ,在處理器和晶片方面,蘋果終於成功替換了Intel處理器,幾乎完全使用了包括M1等核心處理的晶片;FdAednc

在維修和售後服務上,蘋果也一直在提高集成度,讓自行升級與維修變得越來越難,這也可能是蘋果對筆記本存量市場的一種長遠策略。未來再通過第三方對Mac系列進行維修,難度將會越來越高。不過,相信,中國深圳的華強北在這方面極具天賦,哪怕蘋果再怎麼「深度集成」,都有辦法進行「更深度」的維修。FdAednc

本文拆解的圖片和部分內容來源於iFixit。FdAednc

有關蘋果M1處理器,EDN發表了多篇有關M1的文章,有興趣的可以點擊閱讀:FdAednc

《是Arm,導致了蘋果與Intel的徹底分手嗎?》FdAednc

《蘋果M1晶片的高性能是怎麼來的?》FdAednc

《蘋果 M1 Mac系列(Mac mini/Pro/Air)橫向評測》FdAednc

《M1縱向評測:蘋果Mac系列M1單核「碾壓」Intel十核i9...》FdAednc

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