Apple M1
Apple M1系列是苹果公司第一款基于ARM架构，并使用于桌上型与笔记型电脑的的自研处理器单片系统（SoC），于2020 年 11 月 10 日推出。为麦金塔计算机产品线与iPad产品线提供中央处理器。[2]它搭载于MacBook Air (2020 年末)、Mac Mini (2020 年末)、MacBook Pro（13 英寸，2020 年）、iMac、iPad Pro及iPad Air (第五代)上。[3]M1是首款用于个人电脑的5纳米芯片。苹果宣称该芯片在所有低功耗中央处理器产品中性能最佳，同时具有最佳的效能功耗比。[2][4]
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| 设计团队 | 苹果公司 |
|---|---|
| 生产商 |
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| 微架构 | “Firestorm”和“Icestorm”[1] |
| 指令集架构 | AArch64（架构） ARMv8-A（指令集架构） |
| 制作工艺/制程 | N5 |
| 产品编码 | APL1102 |
| 核心数量 | 8 (4高性能 + 4低功耗)（M1） 10（8高性能 + 2低功耗）（M1 Pro & MAX） |
| 二级快取 | 12MB（高性能核心） 4MB（低功耗核心） |
| 应用平台 | 桌上型电脑（Mac Mini及iMac） 笔记型电脑（MacBook家族） 平板电脑（iPad Pro/Air） |
| 继任产品 | Apple M2 |
| 相关产品 | Apple A14 Apple M1 Pro Apple M1 Max Apple M1 Ultra |
2021年10月18日，苹果发布了面对专业用户的Apple M1 Pro和M1 Max，与原版M1相比，在性能上的提升明显。 2022年3月8日，苹果推出了由两颗M1 Max介接而成的Apple M1 Ultra，它是M1的最高阶版。
架构
Apple M1成为主处理器之前，苹果从Mac开始内建T系列系统安全晶片，为迁移ARM做准备。[5]
M1
该芯片内有四个高性能“Firestorm”核心和四个低功耗“Icestorm”核心，结构类似ARM的big.LITTLE和Intel的“Lakefield”系列架构。[6]这样的架构能实现以往苹果-英特尔架构无法达到的能效比优化。苹果宣称低功耗核心只需要高性能核心十分之一的电量。四个高性能核心均有192 KB指令缓存和128 KB数据缓存，并共享12 MB二级缓存；四个低功耗核心均有128 KB指令缓存和64 KB数据缓存，并共享4 MB二级缓存。“Icestorm”的“E集群”频率为0.6–2.064 GHz，最高功耗为1.3 W，而“Firestorm”的“P集群”的频率为0.6–3.204 GHz，最高功耗为13.8 W。M1芯片还包含苹果自己设计的8核（部分型号为7核）图形处理器（GPU）。苹果宣称它可以同时执行25,000个线程。芯片还有一个专用的16核神经网络引擎，可以每秒执行11兆次运算。芯片其他组成部分还包括图像处理器（ISP）、NVM存储、Thunderbolt 4控制器和Secure Enclave。[7]
M1芯片内有4266 MT/s的LPDDR4X SDRAM[8]，采用统一记忆体（unified memory）配置（即M1芯片内所有组件共享这一记忆体）。除此之外，整个SoC和RAM采取封装体系的形式配置在一起。有8 GB和 16 GB两种配置供选择。[9]
Rosetta 2动态二进制转译技术使得搭载M1芯片的设备仍然能够运行原有为x86架构处理器设计的软件。[10]
M1 Pro
M1 Max
M1 Ultra
M1 Ultra处理器是由两个M1 Max处理器用UltraFusion介接而成，M1 Ultra处理器的技术参数是M1 Max处理器的两倍。
制造
由于苹果公司是一家无厂半导体公司，自身团队专攻芯片设计，最终的芯片制造需要晶圆代工厂家来完成。苹果预订了台积电的5纳米生产线来制造该款芯片。苹果也是TSMC 5纳米生产线的前期客户之一。[11]M1 Pro 和 M1 Max 具有八个高性能“Firestorm”（M1 Pro 的低分档变体中有六个）和两个节能的“Icestorm”内核，提供总共 10 个内核（某些内核中有 8 个）的混合配置M1 Pro 的基本型号）。M1 Pro 集成了 Apple 设计的 16 核（在某些基本型号中为 14 个）图形处理单元 (GPU)，而 M1 Max 则集成了一个 32 核（在某些基本型号中为 24 个）GPU。每个 GPU 内核分为 16 个执行单元，每个执行单元包含 8 个算术逻辑单元 (ALU)。 M1 Max GPU 总共包含多达 512 个执行单元或 4096 个 ALU，其最大浮点 (FP32) 性能为 10.4 TFLOP。
它们具有与 Apple A14 Bionic 相同的 16 核神经引擎、Secure Enclave 和两个媒体引擎，并包括三个 Thunderbolt 4 控制器。M1 Pro 和 M1 Max 具有统一的内存架构，这意味着芯片上的所有组件，例如 CPU 和 GPU，共享相同的内存寻址。内存为 8 通道 LPDDR5-6400 SDRAM，M1 Pro 的总带宽为 200 GB/s，M1 Max 的总带宽为 400 GB/s。 M1 Pro 有 16 GB 和 32 GB 的内存配置，而 M1 Max 有 32 GB 和 64 GB 的配置。 M1 Max 支持 16 英寸 MacBook Pro 上的高功率模式，用于执行密集型任务。 M1 Pro 支持两个通过 Thunderbolt 的 6K 显示器和一个通过 HDMI 的 4K 显示器，而 M1 Max 支持第三个通过 Thunderbolt 的 6K 显示器。
应用产品
M1
- MacBook Air ( 2020 )
- MacBook Pro ( 13 吋 2020 )
- Mac mini ( 2020 )
- iPad Pro ( 11 吋第三代 ，12.9 吋第五代 )
- iMac ( 24 吋 2021 )
- iPad Air（ 2022 ）
M1 Pro
- MacBook Pro（14寸 2021，16寸 2021）
M1 Max
- MacBook Pro（14寸 2021，16寸 2021）
- Mac Studio（ 2022 ）
M1 Ultra
- Mac Studio（ 2022 ）
延伸型
下表显示了基于“Firestorm”和“Icestorm”微架构的各种 SoC。
| 芯片 | CPU
核心 (效能+效率) |
GPU 核心 |
记忆体 (GB) | 晶体管
数目 |
|---|---|---|---|---|
| A14 | 6 (2+4) | 4 | 4 - 6 | 118亿 |
| M1 | 8 (4+4) | 7 | 8 - 16 | 160亿 |
| 8 | ||||
| M1 Pro | 8 (6+2) | 14 | 16 - 32 | 337亿 |
| 10 (8+2) | ||||
| 16 | ||||
| M1 Max[注 1] | 10 (8+2) | 24 | 32 - 64 | 570亿 |
| 32 | ||||
| M1 Ultra[注 1] | 20 (16+4) | 48 | 64 - 128 | 1140亿 |
| 64 |
图库
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M1 (APL1102) -
M1 Pro (APL1103) -
M1 Max (APL1105) -
M1 Ultra (APL1W06)
拓展阅读
- Apple Silicon
- Apple A12Z Bionic
- Apple M2
- Mac向苹果芯片迁移
- 通用二进制
- Asahi Linux：使M系列CPU之Mac可执行Linux的一项计划
参考文献
- ^ Frumusanu, Andrei, The 2020 Mac Mini Unleashed: Putting Apple Silicon M1 To The Test, [2020-11-18], （原始内容存档于2021-01-23） （英语）
- ^ 2.0 2.1 The Apple M1 is the first ARM-based chipset for Macs with the fastest CPU cores and top iGPU. GSMArena.com. [2020-11-11]. （原始内容存档于2021-01-25） （英语）.
- ^ New MacBook Pro, MacBook Air, Mac Mini With Apple M1 SoC. NDTV Gadgets 360. [2020-11-11]. （原始内容存档于2020-12-28） （英语）.
- ^ Sohail, Omar. Apple’s 5nm M1 Chip Is the First for ARM-Based Macs - Boasts 2x More Performance Than Latest Laptop CPU, Uses One-Fourth the Power. Wccftech. [2020-11-11]. （原始内容存档于2021-01-26） （英语）.
- ^ 存档副本. [2021-07-28]. （原始内容存档于2021-07-28）.
- ^ Apple M1 Chip. Apple.com. Apple. [2020-11-11]. （原始内容存档于2020-11-10） （英语）.
- ^ Apple's M1: A closer look at the chip inside of the latest Macs. Tech Republic. [2020-11-19]. （原始内容存档于2021-01-27） （英语）.
- ^ The 2020 Mac Mini Unleashed: Putting Apple Silicon M1 To The Test. ANANDTECH. [2020-11-19]. （原始内容存档于2021-01-23） （英语）.
- ^ With M1 Macs, memory isn't what it used to be. Mac World. [2020-11-19]. （原始内容存档于2020-11-20） （英语）.
- ^ How Fast Is Apple's M1 Chip? It Depends on the App. PC Magazine. [2020-11-19]. （原始内容存档于2021-01-26） （英语）.
- ^ First seven customers for 5nm TSMC production. EE News Europe. [2020-11-19]. （原始内容存档于2020-11-18） （英语）.