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Apple的M1之旅:M1 Pro與M1 Max

2021/11/09
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Apple繼發(fā)布M1 SoC一年后,前不久隨著新款MacBook Pro的發(fā)布,推出了M1 Pro和M1 Max SoC。

由于多年來為手機和平板設(shè)計RISC SoC的經(jīng)驗,Apple已經(jīng)掌握了軟件(OS和APP)和硬件系統(tǒng)架構(gòu)。M1是Apple首個適用于入門級Mac的高性能SoC,成功促使該公司加快了更先進的SoC的開發(fā)。

與Intel的通用處理器不同,蘋果的M1系列SoC是一種ASIC,只能用于Apple設(shè)計的PC。M1 Pro和M1 Max擁有更多的性能核,但能效核從M1的4個減少到2個。兩者基于TSMC的5nm技術(shù)。

M1 Pro、M1 Max、M1和A15的比較

Apple沒有透露有關(guān)新CPU內(nèi)核或頻率的信息。根據(jù)TSMC在第26屆技術(shù)研討會上提供的信息,N5P比N5快5%,能效高10%,盡管晶體管密度沒有提高。據(jù)Apple稱,M1 Pro和M1 Max的晶體管分別為33.7億和57億個。因此,M1 Pro和M1 Max的芯片尺寸將分別接近251.3mm²和425.1mm²。兩者都打破了過往Apple芯片的尺寸和晶體管數(shù)量記錄。

M系列芯片的這種演變符合Apple處理器的發(fā)展戰(zhàn)略。通過與TSMC密切合作,每兩年Apple的芯片會有一次重大的改進。除了手機的Ax芯片外,蘋果在2020年為PC推出了M系列芯片,目標是在兩年內(nèi)取代所有Intel芯片。iPhone、iPad和Mac中的SoC架構(gòu)相似,但Mx芯片的內(nèi)核更多,cache內(nèi)存更大。換句話說,Apple最新和最先進的處理器將是PC的Mx,而不是手機的Ax。Ax將繼承Mx的功能和創(chuàng)新,并成為其定制版本。

SLC(system-level cache)

從M1 Pro和M1 Max的die shot來看,SLC估計達到了48MB和96MB,遠大于A15的32MB和M1的24MB。Apple提高了cache容量,以提高系統(tǒng)性能,同時犧牲了芯片尺寸以降低功耗。為了提高系統(tǒng)效率,SLC可以在多個SoC子系統(tǒng)(如CPU和GPU)之間共享。此外,更大的cache可以降低SoC訪問DRAM的頻率,降低系統(tǒng)功耗,降低對DRAM的要求,進而降低BOM。

Apple一直在擴展其新應(yīng)用的API,包括游戲、ray tracing和AR/VR。所有這些應(yīng)用都需要SoC具有多個相互通信和協(xié)作的內(nèi)核,以及巨大的SLC來提高響應(yīng)能力。

強大的GPUGPU是新款芯片性能的關(guān)鍵。M1 Pro和M1 Max分別有16個和32個GPU內(nèi)核。與CPU不同,GPU由大量微型核構(gòu)成。最初,GPU旨在加快特定的3D圖形操作,但現(xiàn)在它們能夠渲染越來越逼真的3D視覺效果,如light tracing。自3D圖形學(xué)引入以來,light tracing一直是圖形技術(shù)領(lǐng)域最重要的進步之一。這也是設(shè)計AR/VR/XR場景的關(guān)鍵技術(shù)。light tracing可用于移動、可穿戴設(shè)備、游戲和汽車等嵌入式領(lǐng)域,現(xiàn)在對任何3D環(huán)境的真實性都至關(guān)重要。

M1 Pro的GPU有16個內(nèi)核,只有5.2 TFLOP。然而,Apple聲稱,M1 Pro的GPU在某些功耗范圍內(nèi)提供與獨立GeForce RTX 3050 Ti 4GB相當(dāng)?shù)男阅?,同時功耗低70%。這可能是由于SoC在L2 cache和SLC中都有大量的共享cache。此外,GPU可以使用共享的32GB LPDDR5,這大大高于RTX 3050的4GB GDDR6。

Ray tracing是在2020年和2021年WWDC上重點強調(diào)的技術(shù)。在2021年WWDC上,與將其納入游戲相關(guān)的培訓(xùn)占所有技術(shù)培訓(xùn)課程的32.4%,成為了最熱門的培訓(xùn)主題。為了充分實現(xiàn)ray tracing的能力,這些API需要GPU支持。

GPU也可以用作更靈活的并行處理器,支持廣泛的AI應(yīng)用。在2017年WWDC上,Apple宣布了Core ML,允許開發(fā)人員為Apple設(shè)備創(chuàng)建捆綁的應(yīng)用。Core ML需要GPU支持。AR、游戲和成像等特定應(yīng)用是Apple當(dāng)前和近期將聚焦的應(yīng)用。

內(nèi)存架構(gòu)

M1 Pro和M1 Max都采用了LPDDR5,帶寬分別為200GB/s和400GB/s,明顯快于M1的68.2GB/s。Apple的內(nèi)存架構(gòu)無疑是其最大的優(yōu)勢之一。M1 Pro和M1 Max共享相同的UMA,將高帶寬和低延遲DRAM嵌入定制包中的單個池中。因此,所有核都可以同時檢索內(nèi)存中的數(shù)據(jù),系統(tǒng)可以動態(tài)排列寶貴的內(nèi)存資源。這極大地提高了系統(tǒng)性能,減少了功耗大的DRAM的使用,從而延長了電池壽命。

M1 Pro和M1 Max的目標群體

內(nèi)容創(chuàng)作者無疑是M1 Pro和M1 Max的最大目標群體。大多數(shù)Mac視頻/照片編輯軟件都可以支持M1系列Mac。大多數(shù)第三方軟件,如Adobe Photoshop和Lightroom,在Rosetta2兼容性下性能更快,同時在M1 Pro和M1 Max上功耗更低。

游戲開發(fā)人員是M1 Pro和M1 Max的潛在客戶。如前所述,Apple Store服務(wù)的主要收入來源之一是游戲。然而,之前基于Intel的Mac曾被認為不適合玩高質(zhì)量的游戲,因為它們的硬件無法滿足游戲的需求,更不用說AR/VR/XR游戲了。由于M1 Pro和M1 Max大幅改進的GPU,經(jīng)典游戲?qū)⒁浦驳皆?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/530604.html">ARM架構(gòu)中,這將鼓勵更多開發(fā)人員也這樣做。Apple還為最近的WWDC中的light tracing等3D情況提供了API和培訓(xùn)。這些是游戲制作以及AR/VR/XR場景構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)。

結(jié)論

Apple的M1 Pro和M1 Max滿足了該公司對多任務(wù)處理、高性能和高能效的中高端筆記本電腦的要求。目前Apple的芯片大概已覆蓋了93%的Mac產(chǎn)品,未來這一比例肯定會繼續(xù)增長。

Apple的新Mac旨在吸引廣泛的客戶,包括內(nèi)容創(chuàng)作者、游戲設(shè)計師、游戲玩家和早期用戶。Apple的下一次芯片升級可能包括額外的高性能CPU內(nèi)核,改進多任務(wù)處理,更多的GPU內(nèi)核來提高視頻編輯和游戲的性能,以及AI訓(xùn)練的能力。

[參考文章]

M1 Pro, M1 Max Give Definitive Push to Apple’s M1 Journey — Brady Wang

蘋果

蘋果

蘋果公司(Apple Inc.),是美國的一家跨國科技公司,總部位于美國加州庫比蒂諾硅谷,由史蒂夫·喬布斯和斯蒂夫·蓋瑞·沃茲尼亞克共同創(chuàng)立。公司最初從事電腦設(shè)計與銷售業(yè)務(wù),后發(fā)展為包括設(shè)計和研發(fā)電腦、手機、穿戴設(shè)備等電子產(chǎn)品,提供計算機軟件、在線服務(wù)等業(yè)務(wù) 。

蘋果公司(Apple Inc.),是美國的一家跨國科技公司,總部位于美國加州庫比蒂諾硅谷,由史蒂夫·喬布斯和斯蒂夫·蓋瑞·沃茲尼亞克共同創(chuàng)立。公司最初從事電腦設(shè)計與銷售業(yè)務(wù),后發(fā)展為包括設(shè)計和研發(fā)電腦、手機、穿戴設(shè)備等電子產(chǎn)品,提供計算機軟件、在線服務(wù)等業(yè)務(wù) 。收起

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