蘋果這顆劃時代的芯片，走向何方？

公眾號記得加星標??，第一時間看推送不會錯過。

說蘋果的M系列處理器撼動了計算機行業，這絕非夸張。蒂姆·庫克宣布公司放棄英特爾芯片，轉而為Mac電腦采用自研芯片五年后，從最初的M1到現在的M5，M系列芯片不斷刷新性能和能效的標桿。它讓所有人重新思考基于Arm架構的無限可能。

雖然事后看來M系列的成功似乎是必然的，但并非一開始就注定如此。畢竟，搭載英特爾芯片的Mac電腦已經暢銷多年，而從x86架構轉向ARM架構可能會帶來災難性的后果。然而，當蘋果的內部測試表明M1架構比英特爾架構快得多時，該公司確信自己做出了正確的決定。五年前的M1 MacBook Air至今仍能與競爭對手一較高下，這足以證明M系列的強大實力。

為慶祝 M 系列芯片發布五周年，我們采訪了蘋果公司平臺架構副總裁 Tim Millet （蒂姆米勒）和 Mac 及 iPad 產品營銷副總裁 Tom Boger，深入了解蘋果公司如何研發這款芯片。我們還與 Mac 用戶交流了 M 系列 Mac 如何改變了他們的工作流程，并與行業分析師 Avi Greengart 探討了他對 M 系列的看法。

M芯片的起源：擺脫英特爾

蘋果公司于2006年從PowerPC架構轉向英特爾架構。這段合作關系一直持續到2020年，之后蘋果開始逐步淘汰搭載英特爾處理器的Mac電腦，轉而使用M系列芯片。考慮到與英特爾長達數十年的合作，做出這個決定并非易事。

蒂姆·米勒表示：“蘋果公司做出這個決定絕非輕率之舉。我們與英特爾有著非常牢固的合作關系。他們是優秀的芯片合作伙伴。2006年我們過渡到英特爾芯片時，我就在公司，那是一次非常棒的過渡，我認為這無疑為Mac注入了新的活力?！?/p>

盡管風險可能很大，但蘋果公司此前已積累了為 iPhone 和 iPad 開發芯片的經驗。這使該公司擁有了開發自有 Mac 處理器的知識和信心。

“我們當時在為手機研發芯片，組建團隊，提升能力，并與代工廠建立合作關系，”米萊特說?！拔覀冊谶@個過程中積累了豐富的經驗，并且做得非常出色。隨著我們將業務拓展到iPad領域，這讓我們能夠更好地擴大規模?！?/p>

蘋果公司在 iPad Pro 上的經驗讓他們得以構想出一款同樣適用于 Mac 的處理器。他們與軟件團隊進行了深入探討，以找到有效實現這一目標的方法。蘋果的目標不僅是打造一款性能超強的芯片，還要兼顧節能。

“這花了我們不少時間，”米勒說?！拔覀兓撕荛L時間才說服自己，也花了很長時間才說服管理團隊和市場營銷團隊，讓他們相信：‘嘿，我們認為我們可以做到，而且我們認為這可能會是一件特別的事情?！覀円恢狈浅Ｃ芮械仃P注對Mac來說真正重要的東西。”

幸運的是，蘋果公司擁有經驗豐富的Mac專家，他們從業30年，能夠為團隊提供Mac所需的一切重要信息。蒂姆·米勒認為，這正是幫助團隊打造M1芯片的秘密武器。

“我一生的大部分時間都在從事芯片架構設計工作，”米勒說，“能夠在芯片構建過程中與軟件和系統團隊并肩作戰，這至關重要，因為你無需猜測。你確切地知道自己在構建什么，確切地知道它將如何使用。這樣你就能把精力集中在最重要的事情上。”

“頓悟”時刻

有了M1芯片的設計理念后，蘋果很快就開發出了原型。團隊對預期結果有所了解，但即便如此，最初的成果還是讓他們感到驚訝。

“感覺就像第一次接觸Mac電腦一樣，”湯姆·博格說道。“打開系統，看到電池電量指示器紋絲不動，不禁懷疑軟件是不是出了問題。我永遠不會忘記第一次帶著那臺電腦四處走動的情景。我迫不及待地想讓全世界再次體驗Mac電腦?！?/p>

蒂姆·米勒說：“我們很早就開始探索原型，電池續航時間無疑是其中一個重點。因為我們是從手機開始構建這個引擎的，所以我們添加的所有模塊都體現了我們[實施的]超高能效理念?！?/p>

現在看來，將 iPhone 電池的基本組件移植到 Mac 上似乎是理所當然的?？紤]到 MacBook 電池的容量，蘋果早就預料到續航能力會非常出色。正如 Milet 所說：“這就像用一個原本只能在很小的能量池里運行的設備，獲得了海洋般的能量。”

另一個重大發現是團隊從M1處理器的CPU中獲得的性能提升，尤其是在蘋果認為英特爾的每瓦性能已經停滯不前的情況下。他們能夠在“大幅”降低的頻率下，從M1處理器中榨取更多性能。

“真正帶來巨大改變的，是我們對能效的重視，而不僅僅是電池續航時間，”米勒說道?！拔覀兡軌蛟诩榷ǖ脑O備散熱限制內，實現卓越的計算性能，并將其融入到我們精心打造的經典 MacBook Air 機身中……我認為這為 MacBook Air 的故事畫上了圓滿的句號。這就是喬布斯當初設計 MacBook Air 時，我們心中的夢想。”

于 MacBook Air 和 iPhone 都采用了蘋果自主研發的芯片，軟件團隊更容易專注于打造統一的平臺。這使得團隊能夠啟用許多用戶已經在 iPhone 上使用的應用程序。對于同時也是 Mac 用戶的 iPhone 用戶來說，這讓他們感到似曾相識?！斑@才是真正的魔力所在，”米勒說道。

湯姆·博格的另一個“頓悟”時刻是第一次打開MacBook Air M1，看到它瞬間喚醒。這款筆記本電腦整體的流暢操作也讓他印象深刻?！八鼛Ыo我一種前所未有的Mac體驗?！?/p>

統一架構

M 系列的統一架構是其最顯著的特點。將 CPU、GPU、神經網絡引擎和內存集成到單個芯片中，實現了 Mac 用戶在過去五年中一直享受到的卓越性能和出色能效。得益于這種架構，開發者不再像使用傳統硬件（CPU、GPU 和內存分離）那樣受到諸多限制。

米勒表示：“在 iPhone 和 iPad 上，內存系統的帶寬足以滿足 GPU 的需求。但我們也需要為 CPU 提供足夠的容量。因此，當我們在 Mac 上推出 M1 芯片時，內部開發人員便會驚嘆：‘天哪，我現在可以在 GPU 中操作，在 CPU 和 GPU 之間來回移動這些緩沖區了！’” 這些開發人員還可以將這些緩沖區在視頻加速器和媒體加速器之間來回移動。

這是架構上的根本性轉變，使開發人員能夠真正不受限制地進行操作。例如，您無需再擔心在一個地方生成鏡像，然后通過 PCI Express 將其傳輸到另一個內存系統?，F在只有一個大的內存池。

蒂姆·米勒表示，將這種統一架構引入Mac電腦，以一種前所未有的方式將其推向了主流計算領域。雖然M1并非首款采用這種架構的處理器，但將其應用于如此流行的筆記本電腦，使其影響力更大。

“我認為（統一架構）即使在今天仍然能帶來豐厚的回報，尤其是在人工智能領域，”湯姆·博格說道?！霸谠O備上運行大型語言模型時，我們可以利用整個內存池，你可以用一臺MacBook Air運行擁有數百億個參數的語言模型，也可以在超高性能芯片上運行擁有數千億個參數的語言模型，這一切都歸功于統一內存架構的神奇之處?！?/p>

神經網絡引擎

過去兩年，像 ChatGPT 這樣的大型語言模型 (LLM) 一直占據著新聞頭條。這催生了“人工智能筆記本電腦”，它們利用 NPU（神經處理單元）來執行人工智能驅動的任務。

雖然配備NPU（神經網絡處理單元）的計算機聽起來很新穎，但蘋果的M系列芯片從一開始就內置了神經網絡引擎。盡管蘋果最初并未像宣傳整體性能和效率那樣過多地提及神經網絡引擎，但該公司現在聲稱M5處理器是迄今為止最強大的AI芯片。顯然，AI是M系列芯片的一項重要功能。

“我們在2017年就為iPhone推出了神經網絡引擎，但當時它主要應用于計算攝影，”蒂姆·米勒說。“那時還沒有聊天機器人、LLM之類的東西?！?/p>

對于 M1 芯片，蒂姆的團隊表示他們需要重新設計處理器的神經網絡引擎。他當時并不確定這有何意義，但他指示團隊繼續推進。正是由于這個決定，M1（以及整個 M 系列）才得以應對我們目前正在經歷的人工智能浪潮。雖然神經網絡引擎的存在是為了輔助人工智能驅動的任務，但蘋果并沒有將這些任務局限于該引擎本身。

“當我們絕對需要最節能的解決方案時，神經網絡引擎就派上用場了，但我們也有強大的GPU，可以同時運行它們，”米勒說。“對于開發者來說，這是一種非常便捷的方式，可以投資擴展媒體驅動型應用中的神經網絡計算能力。”

M系列芯片“釋放了蘋果”

蘋果公司在Mac電腦上從英特爾芯片轉向M系列芯片，不僅對計算機行業產生了影響。可以說，這對蘋果公司自身也具有變革性意義。

“這真的釋放了蘋果的潛力，”消費技術分析師兼Techsponential創始人Avi Greengart表示，“它賦予了蘋果夢寐以求的控制權，以及將資源分配給芯片特定部分的靈活性。有些年份他們專注于CPU，有些年份則專注于GPU。這種架構本身就具有優勢，因為內存是封裝的一部分，CPU和GPU可以共享內存，而無需GPU依賴單獨的內存?！?/p>

這種靈活性為蘋果帶來了雙重優勢：技術性能和戰略獨立性。不再受制于英特爾較為緩慢的產品路線圖，蘋果實現了自摩托羅拉時代以來前所未有的差異化。格林加特表示，這種轉變也從“我們的軟件更好，所以電腦性能更好”轉變為“我們的軟件和硬件都更好，所以電腦性能更好”。

蘋果對每瓦性能的關注同樣具有變革性意義。過去業界關注的是原始功率，而蘋果則選擇強調能效。正因如此，MacBook 現在無需連接電源即可提供令人印象深刻的性能?！澳軌蛟陂L達 15 小時無需充電的情況下，獲得接近高端 GPU 性能的相當一部分，這令人難以置信——而這在 M 系列之前是無法實現的，”格林加特說道。

這一轉變迫使AMD、英特爾和高通等競爭對手重新思考各自的能效策略?！疤O果轉向自主研發芯片徹底顛覆了整個行業，為高通驍龍芯片的更廣泛應用打開了市場，使其能夠被需要更具競爭力的產品的PC OEM廠商所接受。這也促使AMD和英特爾提升其產品的每瓦性能?！?/p>

鮮有人預料到的是，憑借規模經濟和垂直整合，蘋果公司也獲得了其他公司無法企及的成本控制優勢。蘋果長期以來都與高端定價聯系在一起，但M系列處理器在一定程度上改變了這種看法。

格林加特說：“我們看到蘋果公司以不到1000美元的價格出售超高端電腦——這并非所有人都預料到的。人們通常認為蘋果是高端品牌，因為它主要面向高端市場。但M系列，尤其是使用M1等老款芯片時，讓蘋果能夠將強大的處理器裝入面向高中生的筆記本電腦中。與此同時，你還可以買到搭載最新芯片的iMac——我在M4發布當天就買了一臺，那完全是性能過剩?！?/p>

分析師告訴我們，即使你只是打算用 M 系列 MacBook 來上 Facebook 和收發電子郵件，它也能保證在很長一段時間內保持強大的性能和快速的運行速度。

M系列對Mac用戶的影響

蘋果公司向自研芯片的轉型，以出乎許多人意料的方式重塑了計算格局，同時也讓用戶的生活更加便捷。泰勒·斯塔爾曼（Tyler Stalman，以其熱門 YouTube 頻道而聞名）和大衛·斯托特（David Stout，WebAI 聯合創始人兼首席執行官）就是其中的兩位用戶。他們分別分享了使用搭載 M 系列芯片的 Mac 電腦的感受和體驗。

“M1時代顯然是一次巨大的飛躍，”泰勒·斯塔爾曼說道?！霸诖酥埃惚仨毿⌒脑诠P記本電腦和臺式機上使用不同的編解碼器。不同的機器能夠處理不同級別的4K視頻和壓縮。而現在，只要我帶著我的MacBook Pro，我就可以處理任何視頻，它都能流暢運行。除非你開始添加多層特效或使用AI，否則不會出現卡頓。但現在，我使用的每一臺Mac電腦都能完成所有基本的剪輯工作。”

談到M系列MacBook如何改變或提升了他的工作流程，Tyler表示，最大的不同之處在于他不再需要在臺式機和筆記本電腦之間做出選擇，就能獲得所需的性能。以前，他會在出差時用筆記本電腦處理一些輕量級的工作，而把繁重的任務留給臺式機?，F在，有了16英寸的MacBook Pro，他不僅能獲得所需的全部處理能力，還能擁有適合視頻剪輯的大屏幕。

泰勒表示：“M系列芯片上新增的更多板載編碼器和解碼器核心，極大地提升了視頻編輯的體驗。隨著蘋果公司對M系列芯片的更新，他們增加了更多專用的視頻編碼和解碼芯片。他們將原本由CPU和GPU處理的任務轉移到這顆芯片上，從而顯著提高了速度?！?/p>

David Stout 的 WebAI 創建了一個名為 webFrame 的 AI 庫，該庫旨在直接與 Apple 芯片配合使用。因此，他的公司可以充分利用芯片上的統一內存?！坝捎趦却媸枪蚕淼模虼藴p少了內存復制操作，從而大大加快了推理速度，并充分利用了這些模型的架構處理能力。Apple 芯片帶來的性能提升是我們一直在優化的方向之一。”

迭代生成

從英特爾到M1的飛躍是巨大的。然而，人們普遍認為后續幾代產品充其量只是迭代改進。隨著2納米芯片的出現，一些人認為蘋果和其他廠商可能會遇到瓶頸。但蘋果堅信M系列芯片仍有更大的發展空間。

“我想指出的是，每一代芯片的成功都從未間斷，對吧？”湯姆·博格說道?！拔覀儾]有在推出M1之后就止步不前。我們一直都在加速前進。因此，在蘋果芯片和M系列芯片方面，我們每年都在取得進步。”

博格還表示，M5 的 GPU AI 計算能力比 M1 提升了六倍。此外，M 系列產品線的規模也相當可觀，其中包括最新款 iPad Pro 和 14 英寸 MacBook Pro 中使用的 M5 芯片?！拔覀冞M一步擴展了 Apple 芯片的性能，”博格說道，“回顧過去，我們每年都在不斷進步。”

蒂姆·米勒也表達了類似的觀點，他說他的團隊不會沉湎于過去?！拔覀冋σ愿?，并將始終保持制程工藝的領先地位。我們致力于研發能夠助力打造包括Mac在內的眾多卓越產品的芯片，對此我們絲毫沒有放松。我們對已取得的成就感到滿意?！?/p>

MacBook 設計的未來

2021年，蘋果發布了全新實用且更纖薄的MacBook Pro設計。MacBook Air最終在2022年采用了這種設計。近三年過去了，MacBook的外觀基本保持不變。這自然引發了人們的疑問：蘋果何時會重新設計MacBook，以及M系列芯片是否會影響其設計選擇？

“我們與設計和軟件團隊并肩工作，共同暢想各種可能性，”米勒說道。“當我們最終確定諸如新型顯示屏或新功能之類的方案時，所有這些都離不開芯片的支持。我們努力尋找在不快速消耗電池電量的前提下，實現我們想要提供的用戶體驗的方法。”湯姆·博格精辟地總結道：“蒂姆設計的芯片就像冰球滑行到冰球將要到達的地方一樣。”

M系列芯片的未來

據 Avi Greengart 稱，展望未來，蘋果公司可以采取多種措施，因為它掌控著自身的芯片設計。其中一項措施取決于其人工智能戰略和合作伙伴關系。如果蘋果公司能夠推進更先進的模型并實現更多設備端處理，它就能在提升用戶隱私和數據安全的同時，為用戶提供原本需要云端才能實現的功能。

格林加特表示：“蘋果能夠自主選擇NPU的大小，同時還能開發相應的軟件來充分利用它，這使它與英特爾或高通相比擁有了另一種優勢。高通和聯發科的NPU都非常強大，但如果微軟或獨立軟件開發商不去利用這些強大的性能，就會造成浪費。相比之下，蘋果只會包含它確定會用到的部分?！?/p>

格林加特還表示，另一個值得關注的領域是蜂窩網絡集成。蘋果已經擁有調制解調器，他預計該公司最終會將其集成到芯片上?！白屆颗_Mac都成為蜂窩網絡Mac的能力非常有趣。蘋果只有在擁有合適的連接關系的情況下才會追求這一點，就像它在iPhone和iPad上建立的那種關系一樣。這些能力都來自于自主設計芯片，即使蘋果并不自己生產芯片。”

蘋果的M系列處理器不僅提升了Mac的性能和能效，更重新定義了人們對電腦的期待。通過將能效與強大的計算能力相結合，蘋果的芯片使得筆記本電腦擁有驚人的電池續航能力，同時性能也堪比傳統臺式機。

五年過去了，我們仍然能感受到蘋果顛覆性處理器帶來的影響。英特爾、AMD 和高通等競爭對手如今都在爭相效仿蘋果對每瓦性能的追求。普通用戶也受益于統一內存等功能，這些功能幫助他們更快、更高效地完成工作。

展望未來，我們或許會看到更深入的人工智能集成、全新的設計，甚至可能出現支持蜂窩網絡的Mac電腦。蘋果也可能給我們帶來意想不到的驚喜。無論如何，M系列芯片給整個行業帶來了巨大的變革，未來五年乃至更長的時間里，蘋果又將推出哪些產品，著實令人期待。

https://www.tomsguide.com/computing/cpus/apples-m-series-chip-gamble-5-years-later-how-ditching-intel-revolutionized-computing-and-whats-next

（來源：編譯自tomsguide）

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯系半導體行業觀察。

今天是《半導體行業觀察》為您分享的第4267期內容，歡迎關注。

加星標??第一時間看推送，小號防走丟

求推薦