Apple M1
Apple M1系列是蘋果公司第一款基於ARM架構，並使用於桌上型與筆記型電腦的的自研處理器單片系統（SoC），於2020 年 11 月 10 日推出。為麥金塔計算機產品線與iPad產品線提供中央處理器。[2]它搭載於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是首款用於個人電腦的5納米芯片。蘋果宣稱該芯片在所有低功耗中央處理器產品中性能最佳，同時具有最佳的效能功耗比。[2][4]
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| 設計團隊 | 蘋果公司 |
|---|---|
| 生產商 |
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| 微架構 | 「Firestorm」和「Icestorm」[1] |
| 指令集架構 | AArch64（架構） ARMv8-A（指令集架構） |
| 製作工藝/製程 | N5 |
| 產品編碼 | APL1102 |
| 核心數量 | 8 (4高性能 + 4低功耗)（M1） 10（8高性能 + 2低功耗）（M1 Pro & MAX） |
| 二級快取 | 12MB（高性能核心） 4MB（低功耗核心） |
| 應用平台 | 桌上型電腦（Mac Mini及iMac） 筆記型電腦（MacBook家族） 平板電腦（iPad Pro/Air） |
| 繼任產品 | Apple M2 |
| 相關產品 | Apple A14 Apple M1 Pro Apple M1 Max Apple M1 Ultra |
2021年10月18日，蘋果發布了面對專業用戶的Apple M1 Pro和M1 Max，與原版M1相比，在性能上的提升明顯。 2022年3月8日，蘋果推出了由兩顆M1 Max介接而成的Apple M1 Ultra，它是M1的最高階版。
架構
Apple M1成為主處理器之前，蘋果從Mac開始內建T系列系統安全晶片，為遷移ARM做準備。[5]
M1
該芯片內有四個高性能「Firestorm」核心和四個低功耗「Icestorm」核心，結構類似ARM的big.LITTLE和Intel的「Lakefield」系列架構。[6]這樣的架構能實現以往蘋果-英特爾架構無法達到的能效比優化。蘋果宣稱低功耗核心只需要高性能核心十分之一的電量。四個高性能核心均有192 KB指令緩存和128 KB數據緩存，並共享12 MB二級緩存；四個低功耗核心均有128 KB指令緩存和64 KB數據緩存，並共享4 MB二級緩存。「Icestorm」的「E集群」頻率為0.6–2.064 GHz，最高功耗為1.3 W，而「Firestorm」的「P集群」的頻率為0.6–3.204 GHz，最高功耗為13.8 W。M1芯片還包含蘋果自己設計的8核（部分型號為7核）圖形處理器（GPU）。蘋果宣稱它可以同時執行25,000個線程。芯片還有一個專用的16核神經網絡引擎，可以每秒執行11兆次運算。芯片其他組成部分還包括圖像處理器（ISP）、NVM存儲、Thunderbolt 4控制器和Secure Enclave。[7]
M1芯片內有4266 MT/s的LPDDR4X SDRAM[8]，採用統一記憶體（unified memory）配置（即M1芯片內所有組件共享這一記憶體）。除此之外，整個SoC和RAM採取封裝體系的形式配置在一起。有8 GB和 16 GB兩種配置供選擇。[9]
Rosetta 2動態二進制轉譯技術使得搭載M1芯片的設備仍然能夠運行原有為x86架構處理器設計的軟件。[10]
M1 Pro
M1 Max
M1 Ultra
M1 Ultra處理器是由兩個M1 Max處理器用UltraFusion介接而成，M1 Ultra處理器的技術參數是M1 Max處理器的兩倍。
製造
由於蘋果公司是一家無廠半導體公司，自身團隊專攻芯片設計，最終的芯片製造需要晶圓代工廠家來完成。蘋果預訂了台積電的5納米生產線來製造該款芯片。蘋果也是TSMC 5納米生產線的前期客戶之一。[11]M1 Pro 和 M1 Max 具有八個高性能「Firestorm」（M1 Pro 的低分檔變體中有六個）和兩個節能的「Icestorm」內核，提供總共 10 個內核（某些內核中有 8 個）的混合配置M1 Pro 的基本型號）。M1 Pro 集成了 Apple 設計的 16 核（在某些基本型號中為 14 個）圖形處理單元 (GPU)，而 M1 Max 則集成了一個 32 核（在某些基本型號中為 24 個）GPU。每個 GPU 內核分為 16 個執行單元，每個執行單元包含 8 個算術邏輯單元 (ALU)。 M1 Max GPU 總共包含多達 512 個執行單元或 4096 個 ALU，其最大浮點 (FP32) 性能為 10.4 TFLOP。
它們具有與 Apple A14 Bionic 相同的 16 核神經引擎、Secure Enclave 和兩個媒體引擎，並包括三個 Thunderbolt 4 控制器。M1 Pro 和 M1 Max 具有統一的內存架構，這意味着芯片上的所有組件，例如 CPU 和 GPU，共享相同的內存尋址。內存為 8 通道 LPDDR5-6400 SDRAM，M1 Pro 的總帶寬為 200 GB/s，M1 Max 的總帶寬為 400 GB/s。 M1 Pro 有 16 GB 和 32 GB 的內存配置，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，用於執行密集型任務。 M1 Pro 支持兩個通過 Thunderbolt 的 6K 顯示器和一個通過 HDMI 的 4K 顯示器，而 M1 Max 支持第三個通過 Thunderbolt 的 6K 顯示器。
應用產品
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
下表顯示了基於「Firestorm」和「Icestorm」微架構的各種 SoC。
| 芯片 | CPU
核心 (效能+效率) |
GPU 核心 |
記憶體 (GB) | 晶體管
數目 |
|---|---|---|---|---|
| A14 | 6 (2+4) | 4 | 4 - 6 | 118億 |
| M1 | 8 (4+4) | 7 | 8 - 16 | 160億 |
| 8 | ||||
| M1 Pro | 8 (6+2) | 14 | 16 - 32 | 337億 |
| 10 (8+2) | ||||
| 16 | ||||
| M1 Max[注 1] | 10 (8+2) | 24 | 32 - 64 | 570億 |
| 32 | ||||
| M1 Ultra[注 1] | 20 (16+4) | 48 | 64 - 128 | 1140億 |
| 64 |
圖庫
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M1 (APL1102) -
M1 Pro (APL1103) -
M1 Max (APL1105) -
M1 Ultra (APL1W06)
拓展閱讀
- Apple Silicon
- Apple A12Z Bionic
- Apple M2
- Mac向蘋果芯片遷移
- 通用二進制
- Asahi Linux：使M系列CPU之Mac可執行Linux的一項計劃
參考文獻
- ^ Frumusanu, Andrei, The 2020 Mac Mini Unleashed: Putting Apple Silicon M1 To The Test, [2020-11-18], （原始內容存檔於2021-01-23） （英語）
- ^ 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]. （原始內容存檔於2021-01-25） （英語）.
- ^ New MacBook Pro, MacBook Air, Mac Mini With Apple M1 SoC. NDTV Gadgets 360. [2020-11-11]. （原始內容存檔於2020-12-28） （英語）.
- ^ 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]. （原始內容存檔於2021-01-26） （英語）.
- ^ 存档副本. [2021-07-28]. （原始內容存檔於2021-07-28）.
- ^ Apple M1 Chip. Apple.com. Apple. [2020-11-11]. （原始內容存檔於2020-11-10） （英語）.
- ^ Apple's M1: A closer look at the chip inside of the latest Macs. Tech Republic. [2020-11-19]. （原始內容存檔於2021-01-27） （英語）.
- ^ The 2020 Mac Mini Unleashed: Putting Apple Silicon M1 To The Test. ANANDTECH. [2020-11-19]. （原始內容存檔於2021-01-23） （英語）.
- ^ With M1 Macs, memory isn't what it used to be. Mac World. [2020-11-19]. （原始內容存檔於2020-11-20） （英語）.
- ^ How Fast Is Apple's M1 Chip? It Depends on the App. PC Magazine. [2020-11-19]. （原始內容存檔於2021-01-26） （英語）.
- ^ First seven customers for 5nm TSMC production. EE News Europe. [2020-11-19]. （原始內容存檔於2020-11-18） （英語）.