开发者深究苹果 M1 芯片为何如此之快：专用芯片发挥威力

苹果的 M1 芯片是苹果在 Mac 上搭载的单核 CPU 基准测试成绩最快的芯片，在多核性能方面，也击败了许多高端英特尔 竞品。开发者 Erik Engheim 近日分享了对 M1 芯片的深入研究，探讨了苹果新处理器为何比它所取代的英特尔芯片快了那么多。
首先，M1 并不是一个简单的 CPU。正如苹果所解释的那样，它是一个系统级芯片，即一系列芯片都被安置在一个硅片封装中。M1 容纳了 8 核 CPU、8 核 GPU（部分 MacBook Air 机型为 7 核）、统一内存、SSD 控制器、图像信号处理器、Secure Enclave 等大量模块。

英特尔和 AMD 也在单一封装中内置多个微处理器，但正如 Engheim所描述的那样，苹果之所以有优势，是因为苹果没有像竞争对手那样专注于通用 CPU 核心，而是专注于处理专门任务的专用芯片。 除了 CPU (拥有高性能和高效率的内核) 和 GPU，M1 还有一个神经引擎，用于处理语音识别和摄像头处理等机器学习任务，内置视频解码器 / 编码器，用于视频文件的高能效转换，安全加密器用于处理加密，数字信号处理器用于处理解压音乐文件等数学密集型功能，图像处理单元则加快了图像处理应用所做的任务。 值得一提的是，还有一个新的统一内存架构，让 CPU、GPU 和其他核心之间相互交换信息，通过统一内存，CPU 和 GPU 可以同时访问内存，而不是在一个区域和另一个区域之间复制数据。访问同一个内存池，而不需要复制，加快了信息交换的速度，从而提高整体性能。 所有这些具有特定用途的芯片都能加快特定任务的速度，从而带来人们看到的改进。 这也是为什么很多使用 M1 Mac 进行图像和视频编辑的人看到这样的速度提升的部分原因。他们所做的很多任务，都可以直接在专门的硬件上运行。这就是为什么便宜的 M1 Mac Mini 可以不用费很大力气就能对一个大的视频文件轻松进行编码，而昂贵的 iMac 的风扇都开足马力，仍然跟不上。 专用芯片已经使用了多年，但苹果正像 Engheim 所描述的那样，“朝着这个方向更彻底地转变”。其他 Arm 芯片制造商如 AMD 也在采取类似的做法，但英特尔和 AMD 依靠销售通用 CPU，出于授权原因，戴尔和惠普等 PC 制造商很可能无法像苹果那样在内部设计出完整的 SoC。 苹果能够将硬件和软件整合在一起，这是大多数其他公司无法复制的，这也是 iPhone 和 iPad 比其他智能手机和平板电脑更具优势的地方。
除了自主设计的系统级芯片的好处，苹果还在 M1 中使用了 Firestorm CPU 内核，这些内核 “真正的快”，能够通过 Out-of-Order 执行、RISC 架构以及苹果实现的一些特定优化来并行执行更多指令，Engheim 对此有深入的解释。 Engheim 认为，英特尔和 AMD 由于 CISC 指令集的限制，以及他们的商业模式，不容易为 PC 厂商打造端到端的芯片解决方案，因此处境艰难。