“外观致敬过去，性能面向未来”苹果M1系列芯片解析

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@高质量猫奴 M1系列介绍来啦！

去年WWDC大会【苹果全球开发者大会（英文全称是“Worldwide Developers Conference”）】期间，苹果宣布自己造芯，并利用两年的时间完成过渡，将旗下所有的Mac产品从intel阵营转战到自研芯片阵营。
当时人们对它还抱有怀疑的态度，觉得这颗基于ARM架构的芯片，真的能赢过英特尔？事实证明，苹果真的可以。
2020年11月，搭载M1芯片的电脑上市，不做则已一做惊人，苹果用实力告诉挤牙膏的厂商们，ARM架构也能处理复杂指令集应用，性能甚至比你们的旗舰还要好。



M1 芯片是 Apple 首款专为 Mac 设计的芯片，也是 Apple 打造的全然一新的强大芯片。

M1 芯片是 Apple 首款专为 Mac 打造的芯片
拥有格外出色的性能、众多强大的功能，以及令人惊叹的能效表现
M1 芯片，它是 Apple 全新打造的强大芯片，也是第一款专为 Mac 设计的芯片。M1 芯片专门针对 Mac 系统在小尺寸和高能效上的严格要求而优化。作为一款 SoC 芯片，M1 将众多强大技术集于一身，并且采用统一内存架构，为性能和能效带来巨大的提升。M1 也是 Apple 首款采用先进 5 纳米制程打造的个人电脑芯片，封装了惊人的 160 亿个晶体管，其数量为 Apple 所有芯片之最。这款低能耗芯片搭载了Apple最快的中央处理器核心，拥有卓越的中央处理器性能功耗比；配备了最快的个人电脑集成显卡；它的 Apple 神经网络引擎更带来了突破性的机器学习性能。得益于此，M1 芯片将中央处理器速度提升至最高 3.5 倍，将图形处理器速度提升至最高 6 倍，将机器学习的速度提升至最高 15 倍，而且在实现这一切的同时，还将电池续航时间最高提升至上一代 Mac 机型的 2 倍。这些性能和能效上的跃升，意味着 M1 芯片将 Mac 带入一个全新纪元1。
“M1 是我们专为 Mac 打造的一款 SoC 芯片，它是前所未有的。过去十余年，我们一直致力于为 iPhone、iPad 和 Apple Watch 研发更加先进的芯片，M1 芯片正是在这一基础上打造，它将 Mac 带入一个全新的纪元。”Apple 硬件技术高级副总裁 Johny Srouji 表示。“作为一款低能耗芯片，M1 拥有我们迄今最快的中央处理器核心、最快的个人电脑集成显卡，还有着机器学习超强的 Apple 神经网络引擎。M1 芯片将出色的性能、强大的功能和卓越的能效以独特方式集于一身，是我们所打造的全然一新的超强芯片。”



M1 是 Apple 首款采用先进 5 纳米制程打造的个人电脑芯片，封装了数量惊人的 160 亿个晶体管。

Mac 首款 SoC 芯片
此前的 Mac 和 PC，一直都采用不同的芯片来承担中央处理器、输入输出、安全等功能。而现在，M1 将这些技术统统整合在同一块 SoC 芯片，将集成能力提升至新的高度，带来更强大的性能和能效。M1 芯片还采用了统一内存架构，这是一种全整合定制模块，将一切都融入同一个高带宽、低延迟的内存池中。因此所有的 SoC 技术都可以访问同样的数据，无需在多个内存池之间来回拷贝，从而让性能和能效进一步提升。


卓越的中央处理器性能功耗比
M1 芯片配备 8 核中央处理器，其中包括四个高性能核心和四个高能效核心。每个高性能核心都提供出色的单线程任务处理性能，并在允许的范围内将能耗降至最低。这些中央处理器核心堪称低能耗芯片中的速度典范，让摄影师可以飞速编辑高分辨率照片，让开发者能以近乎 3 倍于以往的速度构建 app。当四个核心同时运行，多线程处理性能表现将极大提升。


四个高能效核心的性能不俗，耗电量却只有此前的十分之一。它们一起能提供和现有双核 MacBook Air 相近的性能，同时耗电量显著减少。各种轻量级日常任务，如查邮件或上网，都以高能效方式进行，从而大大延长了电池续航。在处理要求严苛的任务时，全部八个核心可同时运行，以提供令人惊叹的计算能力，并维持极其出色的中央处理器性能功耗比



M1 芯片拥有 8 核中央处理器，可提供令人惊叹的计算能力和极其出色的中央处理器性能功耗比。

集成显卡性能再创新高

M1 芯片包含 Apple 非常前沿的图形处理器，还充分利用多年来基于 Mac 应用软件的分析成果，包括日常 app 和具有挑战性的专业工作。M1 芯片中独树一帜的图形处理器，兼具格外强大的性能和令人惊叹的能效表现。这款图形处理器采用最多达 8 个强大的核心，可同时运行将近 25000 个线程，从顺畅播放多条 4K 视频流，到渲染复杂的 3D 场景，无论任务要求多么苛刻，都能轻松处理。此外，M1 芯片拥有每秒 2.6 万亿次浮点运算的数据处理能力，堪称个人电脑集成显卡中的速度担当。



M1 芯片配备 Apple 迄今打造的最强大图形处理器，堪称个人电脑集成显卡中的速度担当。


超快的设备端机器学习能力
M1 芯片为 Mac 带来 Apple 神经网络引擎，并大幅提升机器学习 (ML) 任务的处理速度。M1 芯片中的神经网络引擎采用 Apple 先进的 16 核架构，每秒能进行 11 万亿次运算，将机器学习速度最高提升到了 15 倍。事实上，整个 M1 芯片都为充分发挥机器学习技术而设计，加上中央处理器的机器学习加速器以及强大的图形处理器的辅助，在 Mac 上运行视频分析、语音识别以及图像处理等任务的机器学习能力均跃升至全新境界。



开发者可利用 M1 芯片中 Apple 神经网络引擎的疾速表现，充分挖掘机器学习的潜力。

M1 芯片满载更多创新科技

M1 芯片满载众多强大的定制技术，包括：

• Apple 最新的图像信号处理器 (ISP)，通过更出色的降噪功能、扩展的动态范围和优化的自动白平衡，进一步提升视频质量。
  
• 最新的安全隔区，提供先进的安全保护。
  
• 高性能的存储控制器配备 AES 加密硬件，带来更快、更安全的固态硬盘表现。
  
• 低能耗、高能效的媒体编码与解码引擎，性能表现更出众，并延长电池续航时间。
  
• Apple 设计的雷雳控制器支持 USB 4，传输速率最高达 40Gb/s，还可兼容比以往更多的外设。
  

介绍完了芯片，就来到了大家最感兴趣的跑分环节
首先是Geekbench 5，经过测试，这颗M1芯片跑出了1745的单核分数和7308的多核心分数。


此外还测试了M1芯片Cinebench R23的跑分，M1分别获得了1498的单核分数和7508的多核心分数。


而作为对比，搭载i9-9880H的19款16寸MacBook Pro单核跑分在1100分左右，多核心则只有6000+的分数，远远低于M1芯片。


CPU如此之强，GPU性能当然也不能落下。在Gfxbench数据库中，基于同样的macOS和Metal API情况下，M1芯片的GPU性能在部分测试中已经持平甚至超越了16英寸MacBook Pro基础款所搭载的AMD Radeon Pro 5300M独显。


此外，还有用户放出了256GB版新款MacBook Air的SSD基准测试成绩，可以看到新款MacBook Air所搭载的SSD写入速度为2190 MB/s，读取速度为2675 MB/s。


关于这一点，苹果在发布会上就已经提到过：“M1芯片的存储控制器和先进的闪存技术，将固态硬盘性能最高提速至2倍，预览海量图片或导入大文件都快过以往。”



而对于Apple M1芯片的强大性能，苹果高管自己也曾表示“没想到会那么强”。

<hr/>两年过渡期，Apple 额外提供Universal 2 和 Rosetta 2 来帮助开发者转换架构
与传统的 x86 芯片相比，苹果自研的 ARM 芯片拥有更高的能效比
本来以为M1芯片已经足够强悍了但是今年发布的M1 pro和M1 max只能用杀疯了来形容
我算是明白了M1和去年MacBook pro 的定位：就是苹果试水用旧材料堆的！！



M1 Pro 和 M1 Max 堪称 Apple 迄今打造的最强芯片，性能与能效均非前代所能相比。

“M1 芯片凭借无比强大的性能、精心打造的技术和业界领先的能效，为我们最受用户欢迎的系统带来了巨大变革。此前从未有人将 SoC 芯片设计应用在专业级的系统上，我们的 M1 Pro 和 M1 Max 首开先例，”Apple 硬件技术高级副总裁 Johny Srouji 表示，“依托中央处理器和图形处理器性能的大幅提升，最高可达 6 倍的内存带宽，新增 ProRes 加速器的媒体处理引擎，以及其他多种先进技术，M1 Pro 和 M1 Max 引领 Apple 的芯片产品开拓出新的天地，在专业级笔记本电脑领域独树一帜。”
原有的M1 5nm工艺制造，160亿个晶体管，集成四大四小八个CPU核心、八个GPU核心、16个神经引擎AI核心，支持统一内存架构。
M1 Pro：性能与处理能力再上新台阶
先来看M1 Pro，依然采用5nm工艺，晶体管数量多达达337亿个，其中CPU核心来到十个，包括8个大核心、2个小核心。



M1 Pro 封装了 337 亿个晶体管，达到 M1 内晶体管数量的 2 倍以上。该芯片最高可配置 32GB 的高速统一内存。


其中，大核心采用超宽流水线架构，每个核心还是192KB一级指令缓存、128KB一级数据缓存，共享二级缓存随着核心数翻番至24MB。
小核心为宽流水线架构，每个核心继续128KB一级指令缓存、64KB一级数据缓存，二级缓存4MB，平均每个核心翻了一番。
GPU部分所有规格直接翻番，16个核心，2048个执行单元，支持最多49512个并发线程，浮点性能5.2TFlops，纹理填充率1640亿每秒，像素填充率820亿每秒。


还是统一内存架构，总容量达32GB LPDDR5，256-bit位宽，200GB/s高带宽和低延迟，并采用了苹果设计的定制封装，CPU部分直接访问系统内存，GPU部分有自己的显存。


神经引擎还是16核心，另有独立的媒体引擎，支持硬件加速H.264、HEVC ProRes/ProRes RAW视频编解码，支持多个4K、8K ProRes视频流。
性能方面号称拥有业界领先的能效比，CPU性能在30W功耗上是传统八核心笔记本处理器的1.7倍，GPU功耗在同等性能下比独立移动显卡低70％。


M1 Pro都这么强悍了，没想到还有一颗M1 Max芯片，苹果这是杀疯了呀！


M1 Max：最强大的专业级 Mac 笔记本电脑芯片



M1 Max 则是 Apple 迄今为止打造出的最大芯片，内部集成 570 亿个晶体管，最高可配置 64GB 的高速统一内存。

M1 Max支持10核中央处理器，最高 32 核图形处理器，最高 64GB 统一内存，最高 400GB/s 内存带宽
拥有 10 个中央处理器核心、最多达 32 个图形处理器核心和一个 16 核神经网络引擎。与 M1 Pro 相比，它的图形处理性能、内存带宽统统翻倍
还配有一个解码专用的媒体处理引擎、两个编码专用的媒体处理引擎，视频编码速度最快可达 2 倍，此外还有两个 ProRes 加速器





M1 Max 内部集成最多达 32 核 GPU，在达到高端紧凑型 PC 专业级笔记本电脑内图形处理器相近水平性能时的功耗低了 40%。

快速高效的媒体处理引擎现支持 ProRes 格式
M1 Pro 和 M1 Max 内部均集成了 Apple 设计的媒体处理引擎，可在加速处理视频的同时，保持电池续航时间。其中，M1 Pro 提供对 ProRes 专业视频编解码器的针对性加速，仅需极低功耗便可同时播放多条高质量画面的 4K 及 8K ProRes 视频。M1 Max 则更胜一筹，视频编码速度相比 M1 Pro 提升最高可达 2 倍，并配有 2 个 ProRes 加速器。在搭载 M1 Max 的新款 MacBook Pro 上使用 Compressor 对 ProRes 视频进行转码，速度相比上代 16 英寸 MacBook Pro 足可提高 10 倍，表现惊人。



M1 Pro 和 M1 Max 的媒体处理引擎中新增 ProRes 专用加速器，带来难以置信的高速度高能效的视频处理体验。

先进技术造就全面的专业级系统

M1 Pro 和 M1 Max 均采用量身打造的先进技术，助力专业工作流实现全面提升：

• 16 核神经网络引擎可加速设备端机器学习功能，提升摄像头性能。
  
• 全新的显示引擎可同时驱动多台外部显示器。
  
• 新增的雷雳 4 控制器可提供更高的 I/O 带宽。
  
• Apple 定制的图像信号处理器配合神经网络引擎，利用计算视频技术提升内置摄像头的画质，能令视频画面更加清晰，视频中的人物肤色更加自然。
  
• 业内领先的安全系统设计，包括 Apple 最新的安全隔区、基于认证硬件的安全启动以及运行时防数据利用技术。
  

M1 Pro 和 M1 Max 内置的全新显示引擎可同时驱动多台外接显示器，新增的雷雳控制器则可提供更高的 I/O 带宽。

为期两年的 Mac 过渡到 Apple 芯片计划已过去一半，M1 Pro 和 M1 Max 的面世又将该计划向前推进了重要的一步。两款芯片堪称 Apple 迄今打造出的功能最强大最丰富的芯片，连同 M1 共同构成的 Apple 芯片阵容，在性能、定制技术、能效方面均领先业界。
让我们继续期待明年即将发布的M2芯片吧！！
声明：部分素材来自苹果官网