Apple M1 的發布風(fēng)靡全球，從(cóng)那時(shí)起，它證明(míng)了(le)基于 ARM 内核的定制矽可以與主流 CPU 技術競争。是什(shén)麽讓 Apple M1 如此獨特，SoM 和(hé) SoC 有什(shén)麽優勢，爲什(shén)麽 Apple M2 的傳聞證明(míng)了(le) SoM 設計(jì)的成功？
是什(shén)麽讓 Apple M1 與衆不同？
Apple M1 本質上(shàng)是一個安裝在系統級模塊 (SoM) 上(shàng)的片上(shàng)系統 (SoC)，該模塊采用(yòng)完全定制的架構，專門(mén)用(yòng)于運行包括 macOS 在内的 Apple 産品。M1 的核心是 8 個 ARM 内核，其中四個專用(yòng)于高(gāo)性能(néng)，另外(wài)四個專用(yòng)于高(gāo)效率。SoC 中還集成了(le)一個具有八核和(hé)多級緩存的 GPU。該 SoC 安裝在集成系統内存的闆上(shàng)，具有 8GB 或 16GB 選項，這(zhè)些(xiē)選項不可升級。然後将整個設備封裝在散熱器中，闆下(xià)側的連接器允許安裝在設備中。出于這(zhè)個原因，Apple M1 與其說是 SoC，不如說是一個 SoM，因爲它将多個矽器件組合成一個模塊，然後在外(wài)部電路中使用(yòng)。SoC 和(hé) SoM 是新興技術，但(dàn)它們并不“新”。Raspberry Pi 是向世界介紹 SoC 的衆多優勢的産品的一個很(hěn)好(hǎo)的例子。爲 Raspberry Pi 供電的 Broadcom 芯片将 CPU、MMU、GPU 和(hé) I/O 控制器集成在一個封裝中。這(zhè)意味着整個計(jì)算(suàn)系統可以集成到(dào)單個信用(yòng)卡大(dà)小(xiǎo)的 PCB 中。SoC 也(yě)大(dà)量用(yòng)于物聯網設計(jì)，ESP32 就是一個很(hěn)好(hǎo)的例子；它将 CPU、内存和(hé)無線電控制器集成在一個封裝中。那麽爲什(shén)麽 M1 如此具有開(kāi)創性呢(ne)？在 M1 之前，隻有平闆電腦(nǎo)和(hé)智能(néng)手機等移動個人計(jì)算(suàn)設備使用(yòng) ARM 内核。主流計(jì)算(suàn)設備（PC 和(hé)筆(bǐ)記本電腦(nǎo)）使用(yòng) x86/x64 架構，隻有筆(bǐ)記本電腦(nǎo)設備使用(yòng)主流 CPU 的移動版本。這(zhè)些(xiē) CPU 基本上(shàng)來(lái)自(zì)以下(xià)兩家公司之一：英特爾或 AMD。衆所周知(zhī)，英特爾和(hé)AMD在移動行業有些(xiē)欠缺，擁有強大(dà)的移動處理(lǐ)器往往意味着高(gāo)能(néng)耗意味着電池壽命縮短。ARM 内核提供的節能(néng)效果是它們一直是移動設備中關鍵參與者的原因。但(dàn)Apple M1 改變了(le)這(zhè)一切，因爲它在設計(jì)時(shí)考慮了(le)移動和(hé)桌面處理(lǐ)。使用(yòng)多個内核，每個内核都專用(yòng)于高(gāo)性能(néng)或高(gāo)效率，允許系統在優化性能(néng)的同時(shí)節省功耗。這(zhè)種效率遠遠優于簡單地降低(dī) CPU 時(shí)鐘(zhōng)或限制内存，因爲高(gāo)性能(néng)内核将其矽空(kōng)間專用(yòng)于高(gāo)性能(néng)，而高(gāo)效内核将其矽空(kōng)間專用(yòng)于高(gāo)效。這(zhè)意味着在需要效率的時(shí)候，唯一專用(yòng)于該任務的硬件正在運行。經驗結果表明(míng)，Apple M1 在最大(dà)負載下(xià)運行時(shí)消耗 39 瓦和(hé) 7 瓦，考慮到(dào)使用(yòng)英特爾處理(lǐ)器的等效系統在空(kōng)閑時(shí)消耗 20 瓦，在負載下(xià)消耗 122 瓦。M1 的成果有效地将蘋果産品的電池壽命延長了(le)一倍。
到(dào)目前爲止，SoC 和(hé) SoM 的最大(dà)優勢之一是使用(yòng)的所有矽空(kōng)間都專用(yòng)于設備将用(yòng)于的特定應用(yòng)。例如，來(lái)自(zì) Intel 或 AMD 的現(xiàn)代 CPU 必須是通用(yòng)計(jì)算(suàn)機，因爲該 CPU 的應用(yòng)程序是未知(zhī)的。客戶可以輕松地将英特爾 CPU 用(yòng)于必須優先考慮 I/O 的機器人控制器、用(yòng)于浮點運算(suàn)必不可少的超級計(jì)算(suàn)機或必須考慮能(néng)源效率的通用(yòng)筆(bǐ)記本電腦(nǎo)。這(zhè)意味着英特爾必須使他(tā)們的設備盡可能(néng)通用(yòng)，以便輕松集成到(dào)任何應用(yòng)程序中。然而，這(zhè)使得這(zhè)種設備更像是“萬事(shì)通，無所事(shì)事(shì)”，因爲它不能(néng)專門(mén)用(yòng)于任何一項任務。但(dàn)是，可以将 SoC 設計(jì)爲僅集成對(duì)其将用(yòng)于的任務必不可少的硬件。例如，移動處理(lǐ)器可以具有用(yòng)于能(néng)量消耗的低(dī)能(néng)量電路，而自(zì)動駕駛汽車中的視(shì)覺系統可以集成 AI 模塊以更快(kuài)地處理(lǐ)神經網絡。因此，SoC 和(hé) SoM 允許設計(jì)人員定制完美(měi)适合應用(yòng)的設計(jì)。
雖然報(bào)告尚未得到(dào)證實，但(dàn)人們普遍認爲蘋果正在開(kāi)發 M2，它将取代 M1。有傳言稱，核心不會(huì)有太大(dà)變化，但(dàn) GPU 會(huì)得到(dào)改進，CPU 頻率會(huì)提高(gāo)。這(zhè)種設備的假定發布日期将是 2022/2023 年末，并爲大(dà)多數 Apple 産品提供動力。盡管 M2 尚未得到(dào)蘋果的确認，但(dàn) M1 的成功完美(měi)地展示了(le) SoC 和(hé) SoM 的優勢。當然，Apple M1 并不是市場上(shàng)最強大(dà)的處理(lǐ)器。該王冠屬于 Ryzen ThreadRipper 3990X，但(dàn)就每瓦性能(néng)而言，M1 爲王。M1 的高(gāo)效率使其能(néng)夠大(dà)幅延長電池壽命，而專爲 macOS 定制硬件的能(néng)力允許超高(gāo)效的操作(zuò)系統設計(jì)。毫無疑問，SoC 和(hé) SoM 将成爲計(jì)算(suàn)設備的行業标準。但(dàn)令工(gōng)程師興奮的是定制芯片服務，它可以讓客戶選擇半導體芯片并将它們連接到(dào) SoM 上(shàng)，就像定制 PCB 服務和(hé)組件組裝一樣。
