Apple的M1之旅：M1 Pro與M1 Max

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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(lái)為手機(jī)和平板設(shè)計(jì)RISC SoC的經(jīng)驗(yàn)，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(gè)適用于入門級(jí)Mac的高性能SoC，成功促使該公司加快了更先進(jìn)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(jì)的PC。M1 Pro和M1 Max擁有更多的性能核，但能效核從M1的4個(gè)減少到2個(gè)。兩者基于TSMC的5nm技術(shù)。

M1 Pro、M1 Max、M1和A15的比較

Apple沒(méi)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(huì)上提供的信息，N5P比N5快5%，能效高10%，盡管晶體管密度沒(méi)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(gè)。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(guò)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(guò)與TSMC密切合作，每?jī)赡闍pple的芯片會(huì)有一次重大的改進(jìn)。除了手機(jī)的Ax芯片外，蘋果在2020年為PC推出了M系列芯片，目標(biāo)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(shuō)，Apple最新和最先進(jìn)的處理器將是PC的Mx，而不是手機(jī)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(lái)看，SLC估計(jì)達(dá)到了48MB和96MB，遠(yuǎn)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(shí)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(gè)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(wèn)DRAM的頻率，降低系統(tǒng)功耗，降低對(duì)DRAM的要求，進(jìn)而降低BOM。

Apple一直在擴(kuò)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(gè)相互通信和協(xié)作的內(nèi)核，以及巨大的SLC來(lái)提高響應(yīng)能力。

強(qiáng)大的GPUGPU是新款芯片性能的關(guān)鍵。M1 Pro和M1 Max分別有16個(gè)和32個(gè)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(lái)越逼真的3D視覺(jué)效果，如light tracing。自3D圖形學(xué)引入以來(lái)，light tracing一直是圖形技術(shù)領(lǐng)域最重要的進(jìn)步之一。這也是設(shè)計(jì)AR/VR/XR場(chǎng)景的關(guān)鍵技術(shù)。light tracing可用于移動(dòng)、可穿戴設(shè)備、游戲和汽車等嵌入式領(lǐng)域，現(xiàn)在對(duì)任何3D環(huán)境的真實(shí)性都至關(guān)重要。

M1 Pro的GPU有16個(gè)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(dú)立GeForce RTX 3050 Ti 4GB相當(dāng)?shù)男阅?，同時(shí)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(diǎn)強(qiáng)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(shí)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(wú)疑是其最大的優(yōu)勢(shì)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(gè)池中。因此，所有核都可以同時(shí)檢索內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以動(dòng)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(zhǎng)了電池壽命。

M1 Pro和M1 Max的目標(biāo)群體

內(nèi)容創(chuàng)作者無(wú)疑是M1 Pro和M1 Max的最大目標(biāo)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(shí)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(lái)源之一是游戲。然而，之前基于Intel的Mac曾被認(rèn)為不適合玩高質(zhì)量的游戲，因?yàn)樗鼈兊挠布o(wú)法滿足游戲的需求，更不用說(shuō)AR/VR/XR游戲了。由于M1 Pro和M1 Max大幅改進(jìn)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(lì)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(chǎng)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(duì)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(lái)這一比例肯定會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。

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(jì)師、游戲玩家和早期用戶。Apple的下一次芯片升級(jí)可能包括額外的高性能CPU內(nèi)核，改進(jìn)多任務(wù)處理，更多的GPU內(nèi)核來(lái)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