为什么说苹果M1芯片是颠覆性的

上周，苹果发布了其M1 SoC。M1采用与iPhone相同的A14 CPU，和是十年来较早的挑战AMD和Intel等公司的非x86 CPU架构。从那时起，多项关于Apple M1 芯片与AMD和Intel综合测试表明，M1在多个领域处于领先。为此我们的观点是：M1本身不会破坏英特尔和AMD的市场份额，但从长期来看，这对两家公司均构成严重威胁。

 

 

到目前为止，我们仅参考的综合基准讨论了该假设。现在让我们谈谈大局。

 

M1如何影响x86市场主导地位

M1之所以对英特尔和AMD构成威胁，并不是因为苹果突然要占领PC市场，因为在我们看来，近期Mac的净市场份额增加很可能是个位数的。

 

对AMD和Intel来说，M1推出的背后重要意义才是他们较大的威胁。因为可以看到，这是15年以来第一次，一家没有x86许可证的公司正在构建一种可以与X86竞争的消费者微处理器。如果苹果维持或改善其M1处理器的性能，并一直领先于x86的竞争对手，那么其他拥有ARM许可证的公司将会关注这一点。英伟达已经购买了ARM，等待监管机构批准，他们也不例外。如果ARM能够胜过x86，则整个WinTel生态系统将遭受前所未有的冲击

 

在前期，英特尔和AMD以前不必担心非x86 CPU制造商的所作所为。但如果苹果公司的M1针对不同细分市场的后续行动开始削弱x86市场份额的时候，那么所有人（包括当前构建x86 PC的OEM）都会注意到这一点。微软也许曾经曾经支持过英特尔，但是在Satya Nadella的领导下，微软已大力发展云计算和基于云的服务。如果Microsoft愿意将广泛集成到其自己的操作系统中，则不必在意Windows是在ARM还是x86上运行。如果他们不再将x86视为自动的较佳处理器选择，那就给英特尔和AMD带来威胁，让后者失去利润和市场支配力。如果发生这种情况，那将是由于多家公司的行动，而不仅仅是苹果。而且，尽管有苹果的推广，但其实当前M1的速度其实落后于98％的笔记本电脑。很快，但却也没那么快。

 

是什么让我们觉得M1比我们之前看到的任何产品都有威胁力呢？一下是我的理由。

 

英特尔的奔腾M预示了Core 2 Duo的成功

2004年底，一家名为DFI的主板公司将与英特尔的Pentium M兼容的台式机主板推向市场。该特定的Pentium M代号为Dothan，它基于Pentium III，而不是Intel的Pentium 4“ Netburst”架构。180nm P3 Coppermine出品了130nm Tualatin，后者出品了Banias和Dothan。

 

 

就功能支持而言，DFI 855GME-MGF平台对当时的FX和P4平台不抱太大希望。

 

但让我们重新看看这些内容：PM代表Pentium M，它在2.13GHz和1.7GHz下进行了测试。FX-55是AMD的单核Athlon 64，具有2.6GHz的双通道内存。3500+是2.2 GHz双通道Socket 939上的Athlon 64 3500+，而P4 3.46EE，3.8E和3.2E都是基于Prescott的奔腾4。这些还具有双通道RAM。

 

 

DFI主板的问题在于没有超频支持，除了纤巧的风扇和散热器以外，没有其他方法可以使用。在这些结果中，奔腾M是仅限于单通道RAM的系统，也是使用AGP卡住的系统。然而尽管如此，奔腾M表现强劲。即使Athlon 64 3500+具有集成的内存控制器和双通道RAM，但它与P4 3.46EE并驾齐驱，并击败了3500+（主频2.2GHz）。

 

总结其整体性能：即使超频，但Dothan也没有赢得所有基准测试，在某些上面未显示的多媒体编码工作负载中，它远远落后于P4和K8。对于Dothan来说，适合其缓存的分支测试是一个很好的测试案例。依赖主内存带宽或依赖SSE3的应用程序不支持该芯片。但是，核心是最突出的地方之一。以下是我16年前写的内容：

 

Dothan仅消耗78W功耗，并在令人惊叹的25'C时空转，是我见过的运行速度最快的、最酷且最节能的CPU。90nm 3500+系统的功耗要大得多。即使在满负荷情况下，系统也不会突破100W的功率……与P4相比，3500+的142W较大功率相当令人印象深刻的……

 

技术报告对该主板进行了旧的审查，该主板在其图像完好无损的情况下仍然存在，因此，如果您要查看其数据，便可以在其中找到数据。我想从这次审查的结论中引述一下：“不过，在533MHz总线上超频至2.4GHz时，Pentium M变得非常可怕，在包括游戏在内的许多测试中，Athlon 64 4000+的性能都蒙上了阴影。”

 

这不仅仅是阴影。这是预兆。大约18个月后，代号为Conroe的Core 2 Duo进入了台式机，并将AMD放逐了11年。

 

如今，Dothan和M1之间存在多个相似之处。像M1一样，Dothan也没有赢得所有基准。与M1一样，Dothan也有某些限制：它不支持SSE3，PCIe或双通道RAM。它缺少AMD拥有的集成内存控制器，并且缺少Hyper-Threading Prescott和Northwood曾经取得过良好的效果。

 

最终，与Pentium M的出色每瓦性能相比，这都不重要。从长远来看，该设计被证明能够超越市场上的其他竞争对手。将M1与Intel和AMD当前的CPU进行比较，令人惊讶的是这些模式重叠的紧密程度。

 

 

同样，我们看到高端x86 CPU在单线程基准测试中以更高的TDP领先。x86和M1之间的差距还不足以弥补高端英特尔和AMD芯片带有10-16个内核，而M1是4 + 4芯片这一事实。只要有足够的时钟速度，散热空间和内核，x86就可以满足要求。您可以说FX-55和各种Prescott与原始Pentium M完全相同。

 

CPU行业中的一种趋势表明，每瓦性能更好的高效率CPU倾向于比每瓦性能更差的低效率芯片扩展到更高的性能水平（There’s a trend in the CPU industry that suggests high-efficiency CPUs with better performance per watt tend to scale to higher absolute performance levels than low-efficiency chips at weaker performance per watt）。由于CPU功率曲线不是线性的，因此就功率和散热而言，最后几百MHz的时钟是迄今为止最昂贵的，并且当您接近5 GHz时，曲线会变得更陡峭。这意味着，尽管新的功能单元也要消耗功率，但通过构建更多的片上资源并减少时钟来提高IPC效率会更高。

 

我们对M1知之甚少，无法对它能达到多高的频率做出任何预测，但是我们已经听到的效率数据表明，苹果至少有一些余地来燃烧功率以获取频率。它更有可能构建具有更大CPU内核的更大的SoC。可以想象在接下来的18-36个月内具有更大缓存和16-32个大内核的工作站级M x芯片并不奇怪。我们可以在一年内看到6-16个CPU核心SoC（源自Fire或A15）。

 

我们可以假设台积电的5nm节点将继续成熟，并且其时钟速度将持续提高。我们可以假设Apple将考虑CPU制造商通常为改善台式机电源范围（例如更大的缓存和更高的时钟）性能而进行调整的所有标准杠杆和拨盘。M1的基线效率越高，Apple尝试各种提高性能的方法的实验空间就越大。目前，Apple在许多应用程序中均具有每瓦性能和功耗方面的优势，而如果我想长期淘汰x86，那正是我想要的。

 

无论哪种方式，两家公司的问题都不是M1本身。苹果将在高端产品上使用M1的老大哥，以及消费者和OEM厂商愿意向电池寿命更长，性能更高的平台迁移的意愿。

 

尽管出于不同的原因，AMD和英特尔在对抗M1方面处于有利位置。从2017年初到现在，AMD在移动领域的实力都比英特尔要弱，但它始终保持着不断发展。AMD的Zen 3移动部件将于明年面世时。只要继续执行到Zen 4中，并且Zen 4保持改进的步伐，AMD就不会有什么麻烦。

 

 

同时，英特尔目前处于良好状态。尽管自身面临制造问题，但当前的苹果M1专注于移动市场，而英特尔最近又通过Tiger Lake更新了移动设备。如果苹果公司已经发售了TGL硬件，那么英特尔将不会像其他苹果产品那样早。短期而言，问题是当苹果将芯片带入工作站时，M1的台式机/工作站版本与高端Xeon相比将如何。从长远来看，英特尔及其其余OEM合作伙伴面临的主要问题是7nm移动过渡如何进行。

 

如果英特尔能够继续提供性能改进的产品，那么它将有自己的改进故事可以谈论。这里的危险是将7nm进一步推迟，或者如果该公司被迫将其领先的晶圆厂工作外包出去。英特尔不会试图赢得苹果的支持，尽管苹果已经扬帆起航，但它希望让某些OEM拥有自己的正面故事来讲述电池寿命和性能，即使与ARM驱动的系统相比也是如此。

 

M1不是魔术。仅仅因为成为ARM内核，但它并不比x86快。ARM的标准许可内核远不及x86 CPU的性能。经过多年的精心工作，苹果公司已在脱颖而出。尽管如此，不能保证英特尔和/或AMD会输掉这场战斗。

 

但是请不要误会，这将是一场战斗。关于M1的散热，die尺寸，功耗或内核数，没有任何迹象表明Apple无法继续扩展该芯片，也没有任何迹象表明它的潜力已到尽头，或者说核心IPC无法持续改进。通常，我会说我们应该每年更新一次，但是由于Apple计划明年进行整个向ARM的过渡，因此更新的速度可能会更快。但是，到明年这个时候，该公司应该在台式机和笔记本电脑上拥有完整的产品阵容，除非它推迟了发布的过渡时间表。

 

上一次我们看到的比较是，在一个新出现的大型核心竞争对手和另外两个高性能，效率较低的微体系结构之间，新来者及其后代统治了市场11年。不要以为M1会自动赢得这场战斗。但是请记住，这是苹果公司的第一个大获成功，而不是最后一次。

 

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