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蘋果 M1，其實是被過度炒作了。
雷鋒網(wǎng)按：一直以來，x86 和 ARM 各自分占 PC 和移動市場的局面造成了一種“刻板印象”——x86 更適合高性能的應(yīng)用場景，而 ARM 更適合低功耗領(lǐng)域，一旦一方入侵另一方的領(lǐng)地，就可以稱之為“革命性突破”。因此，不少人將基于 ARM 的蘋果M1 視為“革命者”，并給予極大的褒獎。但事實真的如此嗎？蘋果 M1 是否存有過度炒作的嫌疑？圍繞這一話題，外媒作者 Arne Verheyde 進行了全面而深入的解讀，雷鋒網(wǎng)對本文進行了不改變原意的編譯。
在過去一兩年中，蘋果 Mac 的自研芯片轉(zhuǎn)型，以及 ARM 在數(shù)據(jù)中心的一些勝利，引發(fā)了業(yè)界對 x86 和 ARM 的廣泛爭論——其中，有不少觀點認為，x86 注定會失敗。
事實上，與大多數(shù)無法開箱即用的 ARM CPU 相比，x86 的軟件生態(tài)系統(tǒng)（在 PC 和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域）龐大，擁有絕對的競爭優(yōu)勢；而且它是建立在 Intel 和 AMD 兩家的支持之上，非并是 Intel 一家。
問題來了：幾乎沒有什么內(nèi)在缺點的 x86，真的注定會失敗嗎？
近幾個季度以來，蘋果新款 Mac 在市場上的確表現(xiàn)良好，部分功勞是：基于臺積電 5nm工藝節(jié)點，蘋果M1芯片的運行速度很快。但同樣不可否認，遠程辦公的興起和芯片的短缺也在蘋果最新一代 Mac 的銷售中起到了助推作用。
對蘋果而言，或許最主要的收獲在于，未來不再需要在其最高端 CPU 上向英特爾支付超過 60% 的毛利率。
此前，一些投資者，如 Ark Invest 或其他投資人，根據(jù) x86 和 ARM 指令集之間的技術(shù)二分法發(fā)表了一些文章。本文將挑戰(zhàn)這些文章所提出的觀點：ARM 和 x86 只是指軟件與 CPU 交流時必須使用的“語言”，最終性能還是取決于每個 CPU 的執(zhí)行情況。
因此，對于投資者而言，ARM 與 x86 之間的爭論是沒有意義的。
本文的觀點可概括為兩個層面：
首先，蘋果擁有世界一流的芯片工程團隊，這毋庸置疑，這也是除了英特爾工藝制程延期之外，蘋果 M1 芯片好評如潮唯一真正的原因——但并非是因為它使用了 ARM 指令集。
其次，蘋果 M1 的重要性被過分夸大了。蘋果的營銷所打造的熱度遠遠超過該芯片能夠做出的保證；例如最新 iPad 的 M1 芯片也可以被稱為 A14X，因為芯片本身帶來的創(chuàng)新相對不多。
ARM VS x86：被弄錯的重點
如上文所述，蘋果 M1 引發(fā)了新一輪關(guān)于 x86 與 ARM 的討論。對于包括 Ark Invest 和其他一些看好蘋果的公司來說，蘋果 M1 為結(jié)束 x86 時代提供了有力證據(jù)——但這一討論實際上并不新鮮，甚至有點過時。
簡而言之，大約十年前，當英特爾錯過移動業(yè)務(wù)時，完全相同的討論持續(xù)了很長一段時間。很多人聲稱或認為 x86 生來就在功耗能效方面表現(xiàn)不佳，而在移動領(lǐng)域功耗極其重要，這意味著 x86 永遠無法在移動領(lǐng)域競爭。
當時，“ x86 功耗之謎” 被 AnandTech 以及其他一些媒體平臺徹底揭開，它們實際測量了基于 x86 架構(gòu)芯片的功耗與能效，并撰寫了題為《 破解 x86 功耗之謎》的文章——值得注意的是，當時 AnandTech 的高級編輯 Anand Shimpi 自 2014 年以來一直在蘋果工作。
實際上，x86 之所以沒有在移動設(shè)備中得以廣泛使用，其真正原因是英特爾和 AMD 并沒有在該市場進行足夠多投資。正如英特爾投資者如今可能意識到的那樣，英特爾試圖進入移動領(lǐng)域為時已晚，缺乏投資動力，便不再白費力氣。
不過，英特爾在試圖進入移動領(lǐng)域的過程中，也曾取得過一些成績。比如說在 2014 年，英特爾計劃基于更低功耗和更高能效的 Atom 架構(gòu)打造 CPU 與高通等公司展開競爭，最終推出了面向無風(fēng)扇設(shè)備（如平板電腦）的高性能架構(gòu) Core M。
以上基準測試中，Llama Mountain 是英特爾概念驗證的（基于 Core M 的）極薄無風(fēng)扇平板電腦，其運行速度幾乎是蘋果的 iPad Air 的3倍，而現(xiàn)如今被稱之為具有革命性意義的 M1，也只比英特爾或 AMD 最新的 x86 芯片快 10% 左右。
這意味著，英特爾 Core M 徹底擊敗了蘋果當時最好的芯片。這也可以被視為證明爭論 “x86 和 ARM，究竟誰更占優(yōu)勢？”這一問題毫無意義的另一個有力論據(jù)。
總之，這確實證明了任何芯片都不具有先天優(yōu)勢。基于 ARM 的 CPU 可以從微型微控制器發(fā)展到類似 M1的芯片，而 x86 也可以從低功耗移動 CPU 發(fā)展到大型服務(wù)器芯片。
無論是 x86 還是 ARM，設(shè)計和制造都需要持續(xù)的研發(fā)，才能跟上時代的步伐。
x86 與 ARM，本質(zhì)是語言種類的比較
讀到這里，你可能對本文的觀點和結(jié)論并不滿意，因為上文并沒有更詳細地解釋為什么 x86 與 ARM 的競爭比拼毫無意義，也沒有解釋英特爾是如何從比蘋果快 3 倍發(fā)展到落后于蘋果的。
不過不要著急，下面我們展開更加深刻的分析：
首先，讓我們從指令集架構(gòu)（如 x86、ARM 或 RISC-V）的基礎(chǔ)知識開始，這應(yīng)該有助于進一步理解為什么對于投資者來說 x86 和 ARM 的區(qū)別無關(guān)緊要。
簡而言之，指令集定義了計算機可以執(zhí)行的二進制機器指令，定義了軟硬件接口——計算機無法理解 C 語言或 Java 或 Python 語言，它只理解屬于其指令集的指令。
這些指令從簡單的基本數(shù)學(xué)計算指令（加法等）到更復(fù)雜的指令（如安全或虛擬化）。不過前者是關(guān)鍵指令——幾乎所有應(yīng)用程序大部分時間都會使用基本數(shù)學(xué)指令。
這些基本指令對于任何芯片來說都是相同的，無論其基于何種架構(gòu)。更重要的是，指令集只是定義了指令，它的作用只是定義一種機器語言，并沒有定義這些指令如何在芯片中執(zhí)行，最終是軟件用這種機器語言來指示芯片執(zhí)行指令。例如，有多種方法可以在芯片中實現(xiàn)加法器或乘法器等功能。
因此，在計算機體系結(jié)構(gòu)中，必須做出兩個區(qū)分：
指令集定義了芯片支持的所有指令。
芯片設(shè)計的第二部分是基于任何指令集的芯片架構(gòu)實際運行的問題。在上面的實例中，執(zhí)行指令涉及使用晶體管來創(chuàng)建一些有形的東西，比如加法器或乘法器。
過去 20 年，CPU 性能的進步主要歸功于第二部分中流水線、亂序執(zhí)行、分支預(yù)測器、多級緩存和許多其他技巧，大大提高了 CPU 的運行速度。
最重要的是，剛才提到的所有這些“技巧”相對指令集都是完全獨立的，它們可以在 ARM、x86、RISC-V或其他指令集中實現(xiàn)。
幾十年前的軟件無需重寫就能在現(xiàn)代 CPU 上運行得更快，開箱即用——這也是第二個區(qū)分的主要優(yōu)點之一。
即使在新指令導(dǎo)致性能大幅提升的情況下，這些技巧也會簡單地復(fù)制到其他指令集中。這方面的主要示例是向量指令或單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD），即在一組向量數(shù)據(jù)上使用一條指令。在 x86 中，這被稱為數(shù)據(jù)流單指令多數(shù)據(jù)擴展（SSE，Streaming SIMD Extensions）和高級向量擴展指令集（AVX，Advanced Vector Extensions）。
例如，最新版本 AVX-512 在 512 位向量上運行，因此與之前的 AVX 版本（256 位）相比，性能提高了一倍。在 ARM 中，等效項稱之為 SVE2，它可以在芯片運行中從 128 位擴展到 2048 位，這也再一次表明了芯片性能對指令執(zhí)行的依賴程度。
因此，決定 CPU 速度以及功耗和能效等其他屬性的，只是架構(gòu)設(shè)計的選擇，這實際上取決于芯片的應(yīng)用目標——這些選擇屬于前文中所提到的兩個區(qū)別中的第二個，即獨立于指令集的那些技巧。
例如，英特爾和 AMD 一直致力于確保它們的芯片達到 5GHz 量級的高頻；如果蘋果想要實現(xiàn)這一點，它可能需要完全重新設(shè)計其架構(gòu)。
不過，蘋果更專注于提高其 CPU 每個時鐘周期可以執(zhí)行的指令數(shù)量。這樣，蘋果的 3GHz 架構(gòu)可能比 4GHz 的 AMD 或英特爾內(nèi)核更快。由于功耗往往隨電壓頻率成二次方甚至三次方地增加，因此這種設(shè)計選擇讓蘋果芯片的性能和功耗備受贊譽。
但同樣，這只是一個設(shè)計和創(chuàng)新的問題，正如所討論的那樣，設(shè)計與創(chuàng)新同指令集互補，甚至在很大程度上獨立于指令集。
另一個例子是 big.Little 架構(gòu)，也稱之為混合架構(gòu)，由同一指令集的兩個（或多個）實現(xiàn)方式組成。其中一組內(nèi)核主要針對性能進行了優(yōu)化，另一組則傾向于針對功耗進行優(yōu)化。指令集相同，但兩種不同的實現(xiàn)方式導(dǎo)致兩種微架構(gòu)在功耗-性能曲線上有兩個不同的點。
最后一點，可以用人類語言類比指令集。人類的語言種類繁多，但是語言僅用作底層概念的表示，原則上任何概念都能夠用任何語言表達，如果沒有對應(yīng)的表述也可以自行添加。以此類推，CPU 語言即指令集種類繁多，但也只是用作基本數(shù)學(xué)的表示，任何基本數(shù)學(xué)都可以用任何指令集表示，這與對人類語言的理解是相通的。
性能方面，一部分人的語速可能比另一部分人的語速更快或更慢，但這并不是語言本身造成的——類似地，某些 CPU 可能比另一些 CPU 更快或更慢（或耗電更多或更少），但這同樣不是由于指令集，而是由于影響這些特性的架構(gòu)設(shè)計選擇造成的。
x86 強大的競爭優(yōu)勢
從上文提到的 x86 的反面來看，顯然，外界對 x86 的 “常識” 是：往好里說，它是遺留下來的麻煩，往壞里說，它因為能效太低而劣勢嚴重。
然而，我們完全忽略了基于 x86，英特爾對其架構(gòu)體系的演進有絕對的控制權(quán)，這可以被稱之為 x86 以及英特爾的強大競爭優(yōu)勢。因為行業(yè)中的其他企業(yè)都依賴于他人來定義自己所需要用到的架構(gòu)，雖然這一情況在 x86 領(lǐng)域反過來也成立——AMD 的大多數(shù)芯片都必須跟隨英特爾的變化而變化，而且 ARM 世界中的成員可能未來需要依賴英偉達（目前英偉達正在尋求收購 Arm）。
不過，RISC-V 是開源的，不屬于某一家公司，因此不存在依賴與被依賴的關(guān)系。
最近，英特爾的兩個動作說明了它可以多么輕松地向其 x86 架構(gòu)添加新指令進行創(chuàng)新。首先，英特爾宣布了用于 AI 加速的下一代 AMX DLBoost，其性能將比當前的 AVX-512 高 4 至 8 倍。其次，英特爾公布了將近 76 條新指令，為當前的 AVX-512 提供附加功能。
芯片大神 Jim Keller：爭論指令集是一件悲哀的事
為了讓本文的觀點更加具有說服力，我們可以看看這個行業(yè)中最受尊敬的人——吉姆·凱勒 (Jim Keller)最近在接受 AnandTech 采訪時闡述的觀點。
吉姆·凱勒曾在蘋果、AMD 和英特爾工作過，顯然他的立場更加中立。最近，吉姆·凱勒在 Tenstorrent 與 RISC-V 合作。
總結(jié)一下他提出的觀點：盡管他認為 x86 在維護向后兼容性的遺留膨脹增加了一些復(fù)雜性，但他實際上也給出了一些 ARM 架構(gòu)中遺留膨脹的例子。此外，這種復(fù)雜性主要體現(xiàn)在 CPU 的設(shè)計中，可能會給芯片開發(fā)人員帶來一些麻煩，但不會嚴重影響最終的性能。值得注意的是，實際上只有少數(shù)指令負責(zé)執(zhí)行大部分代碼。
特別是，吉姆·凱勒毫不夸張地駁斥了去年年底一篇廣為流傳的媒體文章中反復(fù)提到的一個論點：與 ARM的固定長度指令相比，x86 由于其可變長度指令而無法擴展到與 ARM 相同的性能。
事實上，吉姆·凱勒指出這些細節(jié)只會給芯片開發(fā)商帶來一些麻煩，但不會對最終用戶的整體芯片性能或功耗產(chǎn)生實質(zhì)性影響。
最后，吉姆·凱勒還表示現(xiàn)在的 CPU 性能受到本文前面所描述的與指令集無關(guān)的問題（分支預(yù)測、緩存等功能）的限制，同時吉姆·凱勒還批評了英偉達使用其重新調(diào)整用途的 GPU 來處理 AI 的方法。
以下是吉姆·凱勒采訪節(jié)選：
在指令集上做爭論是一件非常悲哀的事情。它甚至不是幾十個操作代碼——80% 的核心執(zhí)行只有 6 條指令——加載、存儲、加法、減法、比較和分支。這些幾乎涵蓋了所有。如果你使用 Perl 或其他語言編寫代碼，則“調(diào)用”和“返回”可能比“比較”和“分支”更重要。但是指令集的影響很小，你可能會因為丟失指令而損失 10% 或 20% 的性能。
有一段時間我們認為 X86 可變長度指令真的很難解碼，但我們一直在想辦法解決。我們基本上可以預(yù)測所有指令在表格中的位置，一旦有了好的預(yù)測器，就可以很好地預(yù)測這些內(nèi)容。
因此，如果是打造小型計算機，固定長度的指令似乎是不錯的選擇，但是如果是要打造一臺真正的大型計算機，要預(yù)測或找出所有指令的位置，固定長度的指令就不占優(yōu)勢，所以這沒有那么重要。
蘋果“過度炒作”M1
討論到此為止，讓我們回到蘋果芯片本身，本文仍然沒有完全解釋，蘋果是如何從“某種程度上落后于英特爾”到如今“或多或少地領(lǐng)先于英特爾”的（這里所謂的落后和領(lǐng)先，取決于如何比較）。
上面引用的 AnandTech 圖片和文章已經(jīng)解釋了蘋果與英特爾之間的故事，與其說蘋果超越了英特爾，倒不如說是英特爾停滯不前，而蘋果則保持著一年一度的更新節(jié)奏穩(wěn)步前進。
英特爾為何停滯不前是一個悲傷的故事，至少對英特爾的粉絲和投資者而言如是。
簡而言之，英特爾在制造方面遇到了一些問題，10nm 延期了三年多，然后 7nm 又延期了一年。正如 AMD 股東所知，英特爾的延期對其競爭對手非常有利。然而，正如新上任的英特爾 CEO Pat Gelsinger 所闡釋的那樣，隨著 EUV 的相對成熟，英特爾已經(jīng)完全接受了 EUV，并在未來幾年重新走向工藝領(lǐng)先軌道，甚至更快地回到產(chǎn)品領(lǐng)先地位。
這或多或少解釋了為什么說蘋果 M1 是在過度炒作。
人們稱贊蘋果 M1，就好像它是自切片面包以來最好的科技產(chǎn)品——但事實并非如此，這只是蘋果之前芯片的進化產(chǎn)品。相關(guān)評估表明，在相同的時鐘頻率下，將一個 A14 內(nèi)核與一個 A13 內(nèi)核進行比較時，A14 的速度快了不到 10%，它也不比英特爾或 AMD 在市場的產(chǎn)品速度快多少。
因此，蘋果在 M1 上并沒有取得任何堪稱非凡的成就。蘋果也許根本不應(yīng)該稱它為 M1，因為這個名字表明這款芯片是全新的，或許 M14 更加貼切。換句話說，M1 芯片是具有兩個更多高性能內(nèi)核的 A14（從雙核改進為四核）。
事實上，蘋果最新的 iPad 使用的也是相同的 M1 芯片，一些觀點忽視了 M1 只是帶有兩個額外內(nèi)核的 A14，并且過度稱贊那些使用 M1 的 iPad。
不過可以肯定的是，除了名稱之外，該芯片本身確實運行速度快且功耗低，但這主要歸功于文章開頭所提到的那一點：世界一流的蘋果開發(fā)團隊選擇了一種每時鐘性能更高、頻率更低的架構(gòu)，然后結(jié)合臺積電最新的 5nm 節(jié)點制造芯片。
為證實這一觀點，可以觀察上面的基準測試圖，該芯片比英特爾最新的四核 Tiger Lake 芯片快一點。這可能是最恰當?shù)谋容^，因為 M1 也有4個快核心。顯然，就像英特爾一樣，這意味著 M1 無法與速度更快的 8 核 AMD 芯片相匹敵。
值得注意的是，英特爾最近通過推出自己的 8 核 Tiger Lakes 趕上了 AMD。
在某些方面，這可能意味著蘋果已經(jīng)落后了。蘋果需要其下一代 M2（又名 A15X）才能真正保持競爭力。
綜上所述，蘋果 M1 所取得的成績不在于指令集的差異，部分原因的確是因為使用了臺積電的 5nm。
添加更多的加速器是蘋果的優(yōu)勢
盡管設(shè)計仍然非常重要，但有關(guān) x86 與 Arm 的討論也忽略了制造。假設(shè)蘋果的 M1 采用 28nm 之類的制程制造，是否會有人認為 28nm M1 會比任何基于 7nm 工藝制程的 CPU（包括 x86）更節(jié)能。
同樣，這篇文章提到的內(nèi)容太多，我們只需要看 Arm 就夠了。但實際上，與眾多 7nm 芯片相比較， M1 和 A14 都是臺積電最新 5nm 工藝的首批芯片。
此外，由于目標市場的差異，時鐘速度的差異也起著重要作用——英特爾或 AMD 不會突然向臺式機市場推出 3GHz 芯片,兩家公司可能會繼續(xù)進行一些不同的權(quán)衡以實現(xiàn)各自的目標。
雖然設(shè)計具有極高頻率和每時鐘高性能的芯片有點困難，但并非不可能。例如，英特爾的一篇研究論文提到，與 14nm Skylake 相比，它們的每時鐘性能僅通過擴展其一些架構(gòu)結(jié)構(gòu)就實現(xiàn)了 2 倍以上的性能。這種擴展屬于上文提到的"技巧"。
除了研究論文之外，吉姆·凱勒本人也表示英特爾正致力于更大的 CPU。
最后，還有另一個常見的誤解值得注意。在蘋果的話語體系中 ，它有一個獨特的優(yōu)勢——控制著“完整的小部件”，因此它能夠在其芯片上添加其他加速器，M1 不是英特爾和 AMD 等傳統(tǒng)公司設(shè)計出來的 CPU，而是一個 SoC。
不過，查看英特爾最新的 Tiger Lake SoC 的框圖（下圖），就會發(fā)現(xiàn) Tiger Lake 與 M1 一樣是多加速器 SoC，這實際上也是去年技術(shù)分析師稱贊 Tiger Lake 的亮點之一：
英特爾采用 CPU、GPU、NPU 和 ISP 的全新整體計算方法更像是智能手機而不是經(jīng)典 PC，尤其是當你考慮該公司正在使用代號為 Lakefield 的混合 CPU 等產(chǎn)品時。這是一件好事。十多年來，PC 一直夢想有一個更加異構(gòu)的計算環(huán)境，使得智能手機也能在其上運行。也許 Tiger Lake和第 11 代酷睿才是開始?，F(xiàn)在，我們需要更多利用所有 NPU、DSP 和 FPGA 的 PC 軟件。
人們甚至可以嘗試在 M1 中尋找不在 Tiger Lake 中的東西，很明顯，這樣的東西并不存在，它們都有 CPU、GPU、顯示、I/O、圖像處理、AI加速、安全、媒體加速、音頻、Wi-Fi、供電和管理控制器等。
唯一可以爭論的點是，英特爾缺少一個 multi-tera-ops 專用AI加速器，不過英特爾選擇通過集成其所謂的 DLBoost 來利用其 CPU 和 GPU，而不是神經(jīng)引擎。因此，在 multi-tera-ops 方面，英特爾在 AI 能力方面實際上并不落后于蘋果。
事實上，英特爾發(fā)現(xiàn)了一些真實世界的人工智能應(yīng)用程序，在這些應(yīng)用程序中，Tiger Lake 完全擊敗 M1——目前，英特爾的說法已經(jīng)得到一些外媒證實。
關(guān)于這些基準，需要強調(diào)的是，無論它們是否是英特爾精心挑選的都并不重要，如果蘋果 M1 在所有方面都出色，那么它應(yīng)該在每項基準測試中都以較大優(yōu)勢獲勝。事實并非如此，這一顯而易見的事實證明 M1 被炒作夸大了：該芯片可能速度很快，但這一基準可能并不在英特爾基準測試的范圍內(nèi)。
寫在后面
X86 永不過時。
正如 Pat Gelsinger 在重新加入英特爾擔(dān)任 CEO 時所說的那樣，因為有 1 萬億行代碼針對 X86 進行了優(yōu)化，而軟件生態(tài)系統(tǒng)才是指令集真正的護城河。
當然，即使是軟件生態(tài)系統(tǒng)也只能走到這一步，任何人都可以編寫 Java 或其他代碼，然后在 Arm 或 x86 CPU 上運行它們。
不少人認為，蘋果的 Mac 銷量是因為蘋果 M1 芯片的推出而蓬勃發(fā)展。但是這一點值得懷疑，因為芯片短缺和遠程辦公熱潮同時掀起，PC 整體迎來了有史以來最好的一年，該行業(yè)每天銷售 100 萬臺個人電腦，大約十年或永遠不會再看到這種情況。
盡管蘋果的整體表現(xiàn)強勁，但蘋果 M1 帶來的任何額外需求都不能孤立存在，而且不是主要需求。
無論如何，對于一家本質(zhì)上是售賣消費設(shè)備的公司來說，內(nèi)部開發(fā)芯片可被視為真正的優(yōu)勢。在競爭方面，蘋果與臺積電（作為第一個 5nm 客戶）的合作伙伴關(guān)系以及英特爾的許多延期帶來了一些優(yōu)勢。
展望未來，相當激烈的競爭將繼續(xù)或加劇——例如英特爾已經(jīng)號稱在幾年內(nèi)重返工藝和產(chǎn)品領(lǐng)先地位，另外，在英特爾工藝延期之前，蘋果實際上獲取的相對于領(lǐng)先優(yōu)勢離 2-3 倍還差得遠。
總之一句話：蘋果沒有贏，而 Intel 也沒有輸——x86 與 ARM 之間的大戰(zhàn)仍在繼續(xù)，并且將曠日持久地繼續(xù)下去。
雷鋒網(wǎng)編譯自 Seekingalpha
本文由雷鋒網(wǎng)編譯，作者：吳優(yōu)。申請授權(quán)請回復(fù)“轉(zhuǎn)載”，未經(jīng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載。
