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說蘋果的M系列處理器撼動了計算機(jī)行業(yè)，這絕非夸張。蒂姆·庫克宣布公司放棄英特爾芯片，轉(zhuǎn)而為Mac電腦采用自研芯片五年后，從最初的M1到現(xiàn)在的M5，M系列芯片不斷刷新性能和能效的標(biāo)桿。它讓所有人重新思考基于Arm架構(gòu)的無限可能。

雖然事后看來M系列的成功似乎是必然的，但并非一開始就注定如此。畢竟，搭載英特爾芯片的Mac電腦已經(jīng)暢銷多年，而從x86架構(gòu)轉(zhuǎn)向ARM架構(gòu)可能會帶來災(zāi)難性的后果。然而，當(dāng)蘋果的內(nèi)部測試表明M1架構(gòu)比英特爾架構(gòu)快得多時，該公司確信自己做出了正確的決定。五年前的M1 MacBook Air至今仍能與競爭對手一較高下，這足以證明M系列的強(qiáng)大實(shí)力。

為慶祝 M 系列芯片發(fā)布五周年，我們采訪了蘋果公司平臺架構(gòu)副總裁 Tim Millet （蒂姆米勒）和 Mac 及 iPad 產(chǎn)品營銷副總裁 Tom Boger，深入了解蘋果公司如何研發(fā)這款芯片。我們還與 Mac 用戶交流了 M 系列 Mac 如何改變了他們的工作流程，并與行業(yè)分析師 Avi Greengart 探討了他對 M 系列的看法。

M芯片的起源：擺脫英特爾

蘋果公司于2006年從PowerPC架構(gòu)轉(zhuǎn)向英特爾架構(gòu)。這段合作關(guān)系一直持續(xù)到2020年，之后蘋果開始逐步淘汰搭載英特爾處理器的Mac電腦，轉(zhuǎn)而使用M系列芯片?？紤]到與英特爾長達(dá)數(shù)十年的合作，做出這個決定并非易事。

蒂姆·米勒表示：“蘋果公司做出這個決定絕非輕率之舉。我們與英特爾有著非常牢固的合作關(guān)系。他們是優(yōu)秀的芯片合作伙伴。2006年我們過渡到英特爾芯片時，我就在公司，那是一次非常棒的過渡，我認(rèn)為這無疑為Mac注入了新的活力?！?/p>

盡管風(fēng)險可能很大，但蘋果公司此前已積累了為 iPhone 和 iPad 開發(fā)芯片的經(jīng)驗。這使該公司擁有了開發(fā)自有 Mac 處理器的知識和信心。

“我們當(dāng)時在為手機(jī)研發(fā)芯片，組建團(tuán)隊，提升能力，并與代工廠建立合作關(guān)系，”米萊特說。“我們在這個過程中積累了豐富的經(jīng)驗，并且做得非常出色。隨著我們將業(yè)務(wù)拓展到iPad領(lǐng)域，這讓我們能夠更好地擴(kuò)大規(guī)模?！?/p>

蘋果公司在 iPad Pro 上的經(jīng)驗讓他們得以構(gòu)想出一款同樣適用于 Mac 的處理器。他們與軟件團(tuán)隊進(jìn)行了深入探討，以找到有效實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法。蘋果的目標(biāo)不僅是打造一款性能超強(qiáng)的芯片，還要兼顧節(jié)能。

“這花了我們不少時間，”米勒說。“我們花了很長時間才說服自己，也花了很長時間才說服管理團(tuán)隊和市場營銷團(tuán)隊，讓他們相信：‘嘿，我們認(rèn)為我們可以做到，而且我們認(rèn)為這可能會是一件特別的事情?！覀円恢狈浅Ｃ芮械仃P(guān)注對Mac來說真正重要的東西?！?/p>

幸運(yùn)的是，蘋果公司擁有經(jīng)驗豐富的Mac專家，他們從業(yè)30年，能夠為團(tuán)隊提供Mac所需的一切重要信息。蒂姆·米勒認(rèn)為，這正是幫助團(tuán)隊打造M1芯片的秘密武器。

“我一生的大部分時間都在從事芯片架構(gòu)設(shè)計工作，”米勒說，“能夠在芯片構(gòu)建過程中與軟件和系統(tǒng)團(tuán)隊并肩作戰(zhàn)，這至關(guān)重要，因為你無需猜測。你確切地知道自己在構(gòu)建什么，確切地知道它將如何使用。這樣你就能把精力集中在最重要的事情上?！?/p>

“頓悟”時刻

有了M1芯片的設(shè)計理念后，蘋果很快就開發(fā)出了原型。團(tuán)隊對預(yù)期結(jié)果有所了解，但即便如此，最初的成果還是讓他們感到驚訝。

“感覺就像第一次接觸Mac電腦一樣，”湯姆·博格說道?！按蜷_系統(tǒng)，看到電池電量指示器紋絲不動，不禁懷疑軟件是不是出了問題。我永遠(yuǎn)不會忘記第一次帶著那臺電腦四處走動的情景。我迫不及待地想讓全世界再次體驗Mac電腦。”

蒂姆·米勒說：“我們很早就開始探索原型，電池續(xù)航時間無疑是其中一個重點(diǎn)。因為我們是從手機(jī)開始構(gòu)建這個引擎的，所以我們添加的所有模塊都體現(xiàn)了我們[實(shí)施的]超高能效理念?！?/p>

現(xiàn)在看來，將 iPhone 電池的基本組件移植到 Mac 上似乎是理所當(dāng)然的。考慮到 MacBook 電池的容量，蘋果早就預(yù)料到續(xù)航能力會非常出色。正如 Milet 所說：“這就像用一個原本只能在很小的能量池里運(yùn)行的設(shè)備，獲得了海洋般的能量?！?/p>

另一個重大發(fā)現(xiàn)是團(tuán)隊從M1處理器的CPU中獲得的性能提升，尤其是在蘋果認(rèn)為英特爾的每瓦性能已經(jīng)停滯不前的情況下。他們能夠在“大幅”降低的頻率下，從M1處理器中榨取更多性能。

“真正帶來巨大改變的，是我們對能效的重視，而不僅僅是電池續(xù)航時間，”米勒說道。“我們能夠在既定的設(shè)備散熱限制內(nèi)，實(shí)現(xiàn)卓越的計算性能，并將其融入到我們精心打造的經(jīng)典 MacBook Air 機(jī)身中……我認(rèn)為這為 MacBook Air 的故事畫上了圓滿的句號。這就是喬布斯當(dāng)初設(shè)計 MacBook Air 時，我們心中的夢想。”

于 MacBook Air 和 iPhone 都采用了蘋果自主研發(fā)的芯片，軟件團(tuán)隊更容易專注于打造統(tǒng)一的平臺。這使得團(tuán)隊能夠啟用許多用戶已經(jīng)在 iPhone 上使用的應(yīng)用程序。對于同時也是 Mac 用戶的 iPhone 用戶來說，這讓他們感到似曾相識。“這才是真正的魔力所在，”米勒說道。

湯姆·博格的另一個“頓悟”時刻是第一次打開MacBook Air M1，看到它瞬間喚醒。這款筆記本電腦整體的流暢操作也讓他印象深刻?！八鼛Ыo我一種前所未有的Mac體驗?！?/p>

統(tǒng)一架構(gòu)

M 系列的統(tǒng)一架構(gòu)是其最顯著的特點(diǎn)。將 CPU、GPU、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎和內(nèi)存集成到單個芯片中，實(shí)現(xiàn)了 Mac 用戶在過去五年中一直享受到的卓越性能和出色能效。得益于這種架構(gòu)，開發(fā)者不再像使用傳統(tǒng)硬件（CPU、GPU 和內(nèi)存分離）那樣受到諸多限制。

米勒表示：“在 iPhone 和 iPad 上，內(nèi)存系統(tǒng)的帶寬足以滿足 GPU 的需求。但我們也需要為 CPU 提供足夠的容量。因此，當(dāng)我們在 Mac 上推出 M1 芯片時，內(nèi)部開發(fā)人員便會驚嘆：‘天哪，我現(xiàn)在可以在 GPU 中操作，在 CPU 和 GPU 之間來回移動這些緩沖區(qū)了！’” 這些開發(fā)人員還可以將這些緩沖區(qū)在視頻加速器和媒體加速器之間來回移動。

這是架構(gòu)上的根本性轉(zhuǎn)變，使開發(fā)人員能夠真正不受限制地進(jìn)行操作。例如，您無需再擔(dān)心在一個地方生成鏡像，然后通過 PCI Express 將其傳輸?shù)搅硪粋€內(nèi)存系統(tǒng)。現(xiàn)在只有一個大的內(nèi)存池。

蒂姆·米勒表示，將這種統(tǒng)一架構(gòu)引入Mac電腦，以一種前所未有的方式將其推向了主流計算領(lǐng)域。雖然M1并非首款采用這種架構(gòu)的處理器，但將其應(yīng)用于如此流行的筆記本電腦，使其影響力更大。

“我認(rèn)為（統(tǒng)一架構(gòu)）即使在今天仍然能帶來豐厚的回報，尤其是在人工智能領(lǐng)域，”湯姆·博格說道。“在設(shè)備上運(yùn)行大型語言模型時，我們可以利用整個內(nèi)存池，你可以用一臺MacBook Air運(yùn)行擁有數(shù)百億個參數(shù)的語言模型，也可以在超高性能芯片上運(yùn)行擁有數(shù)千億個參數(shù)的語言模型，這一切都?xì)w功于統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)的神奇之處?！?/p>

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎

過去兩年，像 ChatGPT 這樣的大型語言模型 (LLM) 一直占據(jù)著新聞頭條。這催生了“人工智能筆記本電腦”，它們利用 NPU（神經(jīng)處理單元）來執(zhí)行人工智能驅(qū)動的任務(wù)。

雖然配備NPU（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元）的計算機(jī)聽起來很新穎，但蘋果的M系列芯片從一開始就內(nèi)置了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎。盡管蘋果最初并未像宣傳整體性能和效率那樣過多地提及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎，但該公司現(xiàn)在聲稱M5處理器是迄今為止最強(qiáng)大的AI芯片。顯然，AI是M系列芯片的一項重要功能。

“我們在2017年就為iPhone推出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎，但當(dāng)時它主要應(yīng)用于計算攝影，”蒂姆·米勒說?！澳菚r還沒有聊天機(jī)器人、LLM之類的東西?！?/p>

對于 M1 芯片，蒂姆的團(tuán)隊表示他們需要重新設(shè)計處理器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎。他當(dāng)時并不確定這有何意義，但他指示團(tuán)隊繼續(xù)推進(jìn)。正是由于這個決定，M1（以及整個 M 系列）才得以應(yīng)對我們目前正在經(jīng)歷的人工智能浪潮。雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎的存在是為了輔助人工智能驅(qū)動的任務(wù)，但蘋果并沒有將這些任務(wù)局限于該引擎本身。

“當(dāng)我們絕對需要最節(jié)能的解決方案時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎就派上用場了，但我們也有強(qiáng)大的GPU，可以同時運(yùn)行它們，”米勒說?！皩τ陂_發(fā)者來說，這是一種非常便捷的方式，可以投資擴(kuò)展媒體驅(qū)動型應(yīng)用中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算能力?！?/p>

M系列芯片“釋放了蘋果”

蘋果公司在Mac電腦上從英特爾芯片轉(zhuǎn)向M系列芯片，不僅對計算機(jī)行業(yè)產(chǎn)生了影響?？梢哉f，這對蘋果公司自身也具有變革性意義。

“這真的釋放了蘋果的潛力，”消費(fèi)技術(shù)分析師兼Techsponential創(chuàng)始人Avi Greengart表示，“它賦予了蘋果夢寐以求的控制權(quán)，以及將資源分配給芯片特定部分的靈活性。有些年份他們專注于CPU，有些年份則專注于GPU。這種架構(gòu)本身就具有優(yōu)勢，因為內(nèi)存是封裝的一部分，CPU和GPU可以共享內(nèi)存，而無需GPU依賴單獨(dú)的內(nèi)存?！?/p>

這種靈活性為蘋果帶來了雙重優(yōu)勢：技術(shù)性能和戰(zhàn)略獨(dú)立性。不再受制于英特爾較為緩慢的產(chǎn)品路線圖，蘋果實(shí)現(xiàn)了自摩托羅拉時代以來前所未有的差異化。格林加特表示，這種轉(zhuǎn)變也從“我們的軟件更好，所以電腦性能更好”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔覀兊能浖陀布几茫噪娔X性能更好”。

蘋果對每瓦性能的關(guān)注同樣具有變革性意義。過去業(yè)界關(guān)注的是原始功率，而蘋果則選擇強(qiáng)調(diào)能效。正因如此，MacBook 現(xiàn)在無需連接電源即可提供令人印象深刻的性能?！澳軌蛟陂L達(dá) 15 小時無需充電的情況下，獲得接近高端 GPU 性能的相當(dāng)一部分，這令人難以置信——而這在 M 系列之前是無法實(shí)現(xiàn)的，”格林加特說道。

這一轉(zhuǎn)變迫使AMD、英特爾和高通等競爭對手重新思考各自的能效策略。“蘋果轉(zhuǎn)向自主研發(fā)芯片徹底顛覆了整個行業(yè)，為高通驍龍芯片的更廣泛應(yīng)用打開了市場，使其能夠被需要更具競爭力的產(chǎn)品的PC OEM廠商所接受。這也促使AMD和英特爾提升其產(chǎn)品的每瓦性能?！?/p>

鮮有人預(yù)料到的是，憑借規(guī)模經(jīng)濟(jì)和垂直整合，蘋果公司也獲得了其他公司無法企及的成本控制優(yōu)勢。蘋果長期以來都與高端定價聯(lián)系在一起，但M系列處理器在一定程度上改變了這種看法。

格林加特說：“我們看到蘋果公司以不到1000美元的價格出售超高端電腦——這并非所有人都預(yù)料到的。人們通常認(rèn)為蘋果是高端品牌，因為它主要面向高端市場。但M系列，尤其是使用M1等老款芯片時，讓蘋果能夠?qū)?qiáng)大的處理器裝入面向高中生的筆記本電腦中。與此同時，你還可以買到搭載最新芯片的iMac——我在M4發(fā)布當(dāng)天就買了一臺，那完全是性能過剩?！?/p>

分析師告訴我們，即使你只是打算用 M 系列 MacBook 來上 Facebook 和收發(fā)電子郵件，它也能保證在很長一段時間內(nèi)保持強(qiáng)大的性能和快速的運(yùn)行速度。

M系列對Mac用戶的影響

蘋果公司向自研芯片的轉(zhuǎn)型，以出乎許多人意料的方式重塑了計算格局，同時也讓用戶的生活更加便捷。泰勒·斯塔爾曼（Tyler Stalman，以其熱門 YouTube 頻道而聞名）和大衛(wèi)·斯托特（David Stout，WebAI 聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官）就是其中的兩位用戶。他們分別分享了使用搭載 M 系列芯片的 Mac 電腦的感受和體驗。

“M1時代顯然是一次巨大的飛躍，”泰勒·斯塔爾曼說道。“在此之前，你必須小心在筆記本電腦和臺式機(jī)上使用不同的編解碼器。不同的機(jī)器能夠處理不同級別的4K視頻和壓縮。而現(xiàn)在，只要我?guī)е业腗acBook Pro，我就可以處理任何視頻，它都能流暢運(yùn)行。除非你開始添加多層特效或使用AI，否則不會出現(xiàn)卡頓。但現(xiàn)在，我使用的每一臺Mac電腦都能完成所有基本的剪輯工作?！?/p>

談到M系列MacBook如何改變或提升了他的工作流程，Tyler表示，最大的不同之處在于他不再需要在臺式機(jī)和筆記本電腦之間做出選擇，就能獲得所需的性能。以前，他會在出差時用筆記本電腦處理一些輕量級的工作，而把繁重的任務(wù)留給臺式機(jī)?，F(xiàn)在，有了16英寸的MacBook Pro，他不僅能獲得所需的全部處理能力，還能擁有適合視頻剪輯的大屏幕。

泰勒表示：“M系列芯片上新增的更多板載編碼器和解碼器核心，極大地提升了視頻編輯的體驗。隨著蘋果公司對M系列芯片的更新，他們增加了更多專用的視頻編碼和解碼芯片。他們將原本由CPU和GPU處理的任務(wù)轉(zhuǎn)移到這顆芯片上，從而顯著提高了速度。”

David Stout 的 WebAI 創(chuàng)建了一個名為 webFrame 的 AI 庫，該庫旨在直接與 Apple 芯片配合使用。因此，他的公司可以充分利用芯片上的統(tǒng)一內(nèi)存?！坝捎趦?nèi)存是共享的，因此減少了內(nèi)存復(fù)制操作，從而大大加快了推理速度，并充分利用了這些模型的架構(gòu)處理能力。Apple 芯片帶來的性能提升是我們一直在優(yōu)化的方向之一?！?/p>

迭代生成

從英特爾到M1的飛躍是巨大的。然而，人們普遍認(rèn)為后續(xù)幾代產(chǎn)品充其量只是迭代改進(jìn)。隨著2納米芯片的出現(xiàn)，一些人認(rèn)為蘋果和其他廠商可能會遇到瓶頸。但蘋果堅信M系列芯片仍有更大的發(fā)展空間。

“我想指出的是，每一代芯片的成功都從未間斷，對吧？”湯姆·博格說道。“我們并沒有在推出M1之后就止步不前。我們一直都在加速前進(jìn)。因此，在蘋果芯片和M系列芯片方面，我們每年都在取得進(jìn)步?！?/p>

博格還表示，M5 的 GPU AI 計算能力比 M1 提升了六倍。此外，M 系列產(chǎn)品線的規(guī)模也相當(dāng)可觀，其中包括最新款 iPad Pro 和 14 英寸 MacBook Pro 中使用的 M5 芯片。“我們進(jìn)一步擴(kuò)展了 Apple 芯片的性能，”博格說道，“回顧過去，我們每年都在不斷進(jìn)步?！?/p>

蒂姆·米勒也表達(dá)了類似的觀點(diǎn)，他說他的團(tuán)隊不會沉湎于過去?！拔覀冋σ愿埃⑹冀K保持制程工藝的領(lǐng)先地位。我們致力于研發(fā)能夠助力打造包括Mac在內(nèi)的眾多卓越產(chǎn)品的芯片，對此我們絲毫沒有放松。我們對已取得的成就感到滿意?！?/p>

MacBook 設(shè)計的未來

2021年，蘋果發(fā)布了全新實(shí)用且更纖薄的MacBook Pro設(shè)計。MacBook Air最終在2022年采用了這種設(shè)計。近三年過去了，MacBook的外觀基本保持不變。這自然引發(fā)了人們的疑問：蘋果何時會重新設(shè)計MacBook，以及M系列芯片是否會影響其設(shè)計選擇？

“我們與設(shè)計和軟件團(tuán)隊并肩工作，共同暢想各種可能性，”米勒說道?！爱?dāng)我們最終確定諸如新型顯示屏或新功能之類的方案時，所有這些都離不開芯片的支持。我們努力尋找在不快速消耗電池電量的前提下，實(shí)現(xiàn)我們想要提供的用戶體驗的方法。”湯姆·博格精辟地總結(jié)道：“蒂姆設(shè)計的芯片就像冰球滑行到冰球?qū)⒁竭_(dá)的地方一樣?！?/p>

M系列芯片的未來

據(jù) Avi Greengart 稱，展望未來，蘋果公司可以采取多種措施，因為它掌控著自身的芯片設(shè)計。其中一項措施取決于其人工智能戰(zhàn)略和合作伙伴關(guān)系。如果蘋果公司能夠推進(jìn)更先進(jìn)的模型并實(shí)現(xiàn)更多設(shè)備端處理，它就能在提升用戶隱私和數(shù)據(jù)安全的同時，為用戶提供原本需要云端才能實(shí)現(xiàn)的功能。

格林加特表示：“蘋果能夠自主選擇NPU的大小，同時還能開發(fā)相應(yīng)的軟件來充分利用它，這使它與英特爾或高通相比擁有了另一種優(yōu)勢。高通和聯(lián)發(fā)科的NPU都非常強(qiáng)大，但如果微軟或獨(dú)立軟件開發(fā)商不去利用這些強(qiáng)大的性能，就會造成浪費(fèi)。相比之下，蘋果只會包含它確定會用到的部分?！?/p>

格林加特還表示，另一個值得關(guān)注的領(lǐng)域是蜂窩網(wǎng)絡(luò)集成。蘋果已經(jīng)擁有調(diào)制解調(diào)器，他預(yù)計該公司最終會將其集成到芯片上。“讓每臺Mac都成為蜂窩網(wǎng)絡(luò)Mac的能力非常有趣。蘋果只有在擁有合適的連接關(guān)系的情況下才會追求這一點(diǎn)，就像它在iPhone和iPad上建立的那種關(guān)系一樣。這些能力都來自于自主設(shè)計芯片，即使蘋果并不自己生產(chǎn)芯片?！?/p>

蘋果的M系列處理器不僅提升了Mac的性能和能效，更重新定義了人們對電腦的期待。通過將能效與強(qiáng)大的計算能力相結(jié)合，蘋果的芯片使得筆記本電腦擁有驚人的電池續(xù)航能力，同時性能也堪比傳統(tǒng)臺式機(jī)。

五年過去了，我們?nèi)匀荒芨惺艿教O果顛覆性處理器帶來的影響。英特爾、AMD 和高通等競爭對手如今都在爭相效仿蘋果對每瓦性能的追求。普通用戶也受益于統(tǒng)一內(nèi)存等功能，這些功能幫助他們更快、更高效地完成工作。

展望未來，我們或許會看到更深入的人工智能集成、全新的設(shè)計，甚至可能出現(xiàn)支持蜂窩網(wǎng)絡(luò)的Mac電腦。蘋果也可能給我們帶來意想不到的驚喜。無論如何，M系列芯片給整個行業(yè)帶來了巨大的變革，未來五年乃至更長的時間里，蘋果又將推出哪些產(chǎn)品，著實(shí)令人期待。

https://www.tomsguide.com/computing/cpus/apples-m-series-chip-gamble-5-years-later-how-ditching-intel-revolutionized-computing-and-whats-next

（來源：編譯自tomsguide）

*免責(zé)聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個人觀點(diǎn)，半導(dǎo)體行業(yè)觀察轉(zhuǎn)載僅為了傳達(dá)一種不同的觀點(diǎn)，不代表半導(dǎo)體行業(yè)觀察對該觀點(diǎn)贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導(dǎo)體行業(yè)觀察。

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