Apple M1

蘋果公司自研處理器單晶片系統

Apple M1系列是苹果公司第一款基于ARM架构自研处理器单片系统(SoC),于2020 年 11 月 10 日推出。为麦金塔计算机产品线与iPad产品线提供中央处理器[2]它搭载于MacBook Air (2020 年末)Mac Mini (2020 年末)MacBook Pro(13 英寸,2020 年)iMaciPad ProiPad Air (第五代)上。[3]M1是首款用于个人电脑5纳米芯片。苹果宣称该芯片在所有低功耗中央处理器产品中性能最佳,同时具有最佳的效能功耗比[2][4]

Apple M1
M1芯片图片
设计团队苹果公司
生产商
微架构“Firestorm”和“Icestorm”[1]
指令集架构AArch64架构
ARMv8-A(指令集架构
制作工艺/制程N5、N5P
产品编码APL1102
核心数量8 (4高性能 + 4低功耗)(M1)
10(8高性能 + 2低功耗)(M1 Pro & MAX)
二级快取12MB(高性能核心)
4MB(低功耗核心)
应用平台桌上型电脑(Mac Mini及iMac)
笔记型电脑(MacBook家族)
平板电脑iPad Pro/Air
继任产品Apple M2
相关产品Apple A14
Apple M1 Pro
Apple M1 Max
Apple M1 Ultra

2021年10月18日,苹果发布了面对专业用户的Apple M1 Pro和M1 Max,与原版M1相比,在性能上的提升明显。 2022年3月8日,苹果推出了由两颗M1 Max介接而成的Apple M1 Ultra,它是M1家族中的最高阶版。

架构编辑

Apple M1成为主处理器之前,苹果从Mac开始内建T系列系统安全晶片著手,为其产品线迁移至ARM平台做准备。[5]

M1编辑

该芯片内有四个高性能“Firestorm”核心和四个低功耗“Icestorm”核心,结构类似ARMbig.LITTLEIntel的“Lakefield”系列架构。[6]这样的架构能实现以往苹果-英特尔架构英语Apple–Intel architecture无法达到的能效比优化。苹果宣称低功耗核心只需要高性能核心十分之一的电量。四个高性能核心均有192 KB指令缓存和128 KB数据缓存,并共享12 MB在手动语言转换规则中检测到错误二级缓存;四个低功耗核心均有128 KB指令缓存和64 KB数据缓存,并共享4 MB在手动语言转换规则中检测到错误二级缓存。“Icestorm”的“E集群”频率为0.6–2.064 GHz,最高功耗为1.3 W,而“Firestorm”的“P集群”的频率为0.6–3.204 GHz,最高功耗为13.8 W。M1芯片还包含苹果自己设计的8核(部分型号为7核)图形处理器(GPU)。苹果宣称它可以同时执行25,000个线程。芯片还有一个专用的16核神经网络引擎,可以每秒执行11兆次运算。芯片其他组成部分还包括图像处理器(ISP)、NVM存储Thunderbolt 4控制器和Secure Enclave[7]

M1芯片内有4266 MT/s的LPDDR4X SDRAM[8],采用统一记忆体(unified memory)配置(即M1芯片内所有组件共享这一记忆体)。除此之外,整个SoC和RAM采取封装体系的形式配置在一起。有8 GB和 16 GB两种配置可供选择。[9]

Rosetta 2动态二进制转译技术使得搭载M1芯片的设备仍然能够运行原有为x86架构处理器设计的软件。[10]

M1 Pro编辑

 
M1 Pro

M1 Max编辑

 
M1 Max

M1 Ultra编辑

 
M1 Ultra

M1 Ultra处理器是由两个M1 Max处理器透过UltraFusion介接而成,M1 Ultra处理器的技术参数是M1 Max处理器的两倍。

制造编辑

由于苹果公司是一家无厂半导体公司,自身团队专攻芯片设计,最终的芯片制造需要晶圆代工厂家来完成。苹果预订了台积电的5纳米生产线来制造该款芯片。苹果也是TSMC 5纳米生产线的前期客户之一。[11]M1 Pro 和 M1 Max 具有八个高性能“Firestorm”(M1 Pro 的低分档变体中有六个)和两个节能的“Icestorm”内核,提供总共 10 个内核(某些内核中有 8 个)的混合配置M1 Pro 的基本型号)。M1 Pro 集成了 Apple 设计的 16 核(在某些基本型号中为 14 个)图形处理单元 (GPU),而 M1 Max 则集成了一个 32 核(在某些基本型号中为 24 个)GPU。每个 GPU 内核分为 16 个执行单元,每个执行单元包含 8 个算术逻辑单元 (ALU)。 M1 Max GPU 总共包含多达 512 个执行单元或 4096 个 ALU,其最大浮点 (FP32) 性能为 10.4 TFLOP。

它们具有与 Apple A14 Bionic 相同的 16 核神经引擎、Secure Enclave 和两个媒体引擎,并包括三个 Thunderbolt 4 控制器。M1 Pro 和 M1 Max 具有统一的内存架构,这意味着芯片上的所有组件,例如 CPU 和 GPU,共享相同的内存寻址。内存为 8 通道 LPDDR5-6400 SDRAM,M1 Pro 的总带宽为 200 GB/s,M1 Max 的总带宽为 400 GB/s。 M1 Pro 有 16 GB 和 32 GB 的内存配置,而 M1 Max 有 32 GB 和 64 GB 的配置。 M1 Max 支持 16 英寸 MacBook Pro 上的高功率模式,用于执行密集型任务。 M1 Pro 支持两个通过 Thunderbolt 连接的 6K 显示器和一个通过 HDMI 连接的 4K 显示器,而 M1 Max 支持第三个通过 Thunderbolt 连接的 6K 显示器。

应用产品编辑

M1编辑

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延伸型号编辑

下表显示了基于“Firestorm”和“Icestorm”微架构的各种 SoC。

芯片 CPU

核心 (效能+效率)

GPU
核心
记忆体 (GB) 晶体管

数目

A14 6 (2+4) 4 4 - 6 118亿
M1 8 (4+4) 7 8 - 16 160亿
8
M1 Pro 8 (6+2) 14 16 - 32 337亿
10 (8+2)
16
M1 Max[注 1] 10 (8+2) 24 32 - 64 570亿
32
M1 Ultra[注 1] 20 (16+4) 48 64 - 128 1140亿
64
  1. ^ 1.0 1.1 M1 Ultra处理器是由两个M1 Max处理器用UltraFusion合成,技术参数是M1 Max处理器的两倍。

拓展阅读编辑

参考文献编辑

  1. ^ Frumusanu, Andrei, The 2020 Mac Mini Unleashed: Putting Apple Silicon M1 To The Test, [2020-11-18], (原始内容存档于2021-01-23) (英语) 
  2. ^ 2.0 2.1 The Apple M1 is the first ARM-based chipset for Macs with the fastest CPU cores and top iGPU. GSMArena.com. [2020-11-11]. (原始内容存档于2021-01-25) (英语). 
  3. ^ New MacBook Pro, MacBook Air, Mac Mini With Apple M1 SoC. NDTV Gadgets 360. [2020-11-11]. (原始内容存档于2020-12-28) (英语). 
  4. ^ Sohail, Omar. Apple’s 5nm M1 Chip Is the First for ARM-Based Macs - Boasts 2x More Performance Than Latest Laptop CPU, Uses One-Fourth the Power. Wccftech. [2020-11-11]. (原始内容存档于2021-01-26) (英语). 
  5. ^ 存档副本. [2021-07-28]. (原始内容存档于2021-07-28). 
  6. ^ Apple M1 Chip. Apple.com. Apple. [2020-11-11]. (原始内容存档于2020-11-10) (英语). 
  7. ^ Apple's M1: A closer look at the chip inside of the latest Macs. Tech Republic. [2020-11-19]. (原始内容存档于2021-01-27) (英语). 
  8. ^ The 2020 Mac Mini Unleashed: Putting Apple Silicon M1 To The Test. ANANDTECH. [2020-11-19]. (原始内容存档于2021-01-23) (英语). 
  9. ^ With M1 Macs, memory isn't what it used to be. Mac World. [2020-11-19]. (原始内容存档于2020-11-20) (英语). 
  10. ^ How Fast Is Apple's M1 Chip? It Depends on the App. PC Magazine. [2020-11-19]. (原始内容存档于2021-01-26) (英语). 
  11. ^ First seven customers for 5nm TSMC production. EE News Europe. [2020-11-19]. (原始内容存档于2020-11-18) (英语).