為什么說蘋果(AAPL.US)M1芯片是顛覆性的?

本文來自微信公眾號“半導體行業(yè)觀察”。

上周，蘋果(AAPL.US)發(fā)布了其M1 SoC。M1采用與最新iPhone相同的A14 CPU，和是十年來首個挑戰(zhàn)AMD(AMD.US)和Intel(INTC.US)等公司的非x86 CPU架構(gòu)。從那時起，多項關(guān)于Apple M1 芯片與AMD和Intel綜合測試表明，M1在多個領(lǐng)域處于領(lǐng)先。為此我們的觀點是：M1本身不會破壞英特爾和AMD的市場份額，但從長期來看，這對兩家公司均構(gòu)成嚴重威脅。

到目前為止，我們僅參考最新的綜合基準討論了該假設(shè)?，F(xiàn)在讓我們談?wù)劥缶帧?/p>

M1如何影響x86市場主導地位

M1之所以對英特爾和AMD構(gòu)成威脅，并不是因為蘋果突然要占領(lǐng)PC市場，因為在我們看來，近期Mac的凈市場份額增加很可能是個位數(shù)的。

對AMD和Intel來說，M1推出的背后重要意義才是他們最大的威脅。因為可以看到，這是15年以來第一次，一家沒有x86許可證的公司正在構(gòu)建一種可以與X86競爭的消費者微處理器。如果蘋果維持或改善其M1處理器的性能，并一直領(lǐng)先于x86的競爭對手，那么其他擁有ARM許可證的公司將會關(guān)注這一點。英偉達已經(jīng)購買了ARM，等待監(jiān)管機構(gòu)批準，他們也不例外。如果ARM能夠勝過x86，則整個WinTel生態(tài)系統(tǒng)將遭受前所未有的沖擊

在前期，英特爾和AMD以前不必擔心非x86 CPU制造商的所作所為。但如果蘋果公司的M1針對不同細分市場的后續(xù)行動開始削弱x86市場份額的時候，那么所有人（包括當前構(gòu)建x86 PC的OEM）都會注意到這一點。微軟也許曾經(jīng)曾經(jīng)支持過英特爾，但是在Satya Nadella的領(lǐng)導下，微軟已大力發(fā)展云計算和基于云的服務(wù)。如果Microsoft愿意將Linux廣泛集成到其自己的操作系統(tǒng)中，則不必在意Windows是在ARM還是x86上運行。如果他們不再將x86視為自動的最佳處理器選擇，那就給英特爾和AMD帶來威脅，讓后者失去利潤和市場支配力。如果發(fā)生這種情況，那將是由于多家公司的行動，而不僅僅是蘋果。而且，盡管有蘋果的推廣，但其實當前M1的速度其實落后于98％的筆記本電腦。很快，但卻也沒那么快。

是什么讓我們覺得M1比我們之前看到的任何產(chǎn)品都有威脅力呢？一下是我的理由。

英特爾的奔騰M預(yù)示了Core 2 Duo的成功

2004年底，一家名為DFI的主板公司將與英特爾的Pentium M兼容的臺式機主板推向市場。該特定的Pentium M代號為Dothan，它基于Pentium III，而不是Intel的Pentium 4“ Netburst”架構(gòu)。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平臺對當時的FX和P4平臺不抱太大希望。

但讓我們重新看看這些內(nèi)容：PM代表Pentium M，它在2.13GHz和1.7GHz下進行了測試。FX-55是AMD的單核Athlon 64，具有2.6GHz的雙通道內(nèi)存。3500+是2.2 GHz雙通道Socket 939上的Athlon 64 3500+，而P4 3.46EE，3.8E和3.2E都是基于Prescott的奔騰4。這些還具有雙通道RAM。

DFI主板的問題在于沒有超頻支持，除了纖巧的風扇和散熱器以外，沒有其他方法可以使用。在這些結(jié)果中，奔騰M是唯一僅限于單通道RAM的系統(tǒng)，也是唯一使用AGP卡住的系統(tǒng)。然而盡管如此，奔騰M表現(xiàn)強勁。即使Athlon 64 3500+具有集成的內(nèi)存控制器和雙通道RAM，但它與P4 3.46EE并駕齊驅(qū)，并擊敗了3500+（主頻2.2GHz）。

總結(jié)其整體性能：即使超頻，但Dothan也沒有贏得所有基準測試，在某些上面未顯示的多媒體編碼工作負載中，它遠遠落后于P4和K8。對于Dothan來說，適合其緩存的分支測試是一個很好的測試案例。依賴主內(nèi)存帶寬或依賴SSE3的應(yīng)用程序不支持該芯片。但是，核心是最突出的地方之一。以下是我16年前寫的內(nèi)容：

Dothan僅消耗78W功耗，并在令人驚嘆的25'C時空轉(zhuǎn)，是我見過的運行速度最快的、最酷且最節(jié)能的CPU。90nm 3500+系統(tǒng)的功耗要大得多。即使在滿負荷情況下，系統(tǒng)也不會突破100W的功率……與P4相比，3500+的142W最大功率相當令人印象深刻的……

技術(shù)報告對該主板進行了舊的審查，該主板在其圖像完好無損的情況下仍然存在，因此，如果您要查看其數(shù)據(jù)，便可以在其中找到數(shù)據(jù)。我想從這次審查的結(jié)論中引述一下：“不過，在533MHz總線上超頻至2.4GHz時，Pentium M變得非?？膳?，在包括游戲在內(nèi)的許多測試中，Athlon 64 4000+的性能都蒙上了陰影?！?/p>

這不僅僅是陰影。這是預(yù)兆。大約18個月后，代號為Conroe的Core 2 Duo進入了臺式機，并將AMD放逐了11年。

如今，Dothan和M1之間存在多個相似之處。像M1一樣，Dothan也沒有贏得所有基準。與M1一樣，Dothan也有某些限制：它不支持SSE3，PCIe或雙通道RAM。它缺少AMD擁有的集成內(nèi)存控制器，并且缺少Hyper-Threading Prescott和Northwood曾經(jīng)取得過良好的效果。

最終，與Pentium M的出色每瓦性能相比，這都不重要。從長遠來看，該設(shè)計被證明能夠超越市場上的其他競爭對手。將M1與Intel和AMD當前的CPU進行比較，令人驚訝的是這些模式重疊的緊密程度。

同樣，我們看到高端x86 CPU在單線程基準測試中以更高的TDP領(lǐng)先。x86和M1之間的差距還不足以彌補高端英特爾和AMD芯片帶有10-16個內(nèi)核，而M1是4 + 4芯片這一事實。只要有足夠的時鐘速度，散熱空間和內(nèi)核，x86就可以滿足要求。您可以說FX-55和各種Prescott與原始Pentium M完全相同。

CPU行業(yè)中的一種趨勢表明，每瓦性能更好的高效率CPU傾向于比每瓦性能更差的低效率芯片擴展到更高的絕對性能水平（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功率曲線不是線性的，因此就功率和散熱而言，最后幾百MHz的時鐘是迄今為止最昂貴的，并且當您接近5 GHz時，曲線會變得更陡峭。這意味著，盡管新的功能單元也要消耗功率，但通過構(gòu)建更多的片上資源并減少時鐘來提高IPC效率會更高。

我們對M1知之甚少，無法對它能達到多高的頻率做出任何預(yù)測，但是我們已經(jīng)聽到的效率數(shù)據(jù)表明，蘋果至少有一些余地來燃燒功率以獲取頻率。它更有可能構(gòu)建具有更大CPU內(nèi)核的更大的SoC?？梢韵胂笤诮酉聛淼?8-36個月內(nèi)具有更大緩存和16-32個大內(nèi)核的工作站級M x芯片并不奇怪。我們可以在一年內(nèi)看到6-16個CPU核心SoC（源自FireStorm或A15）。

我們可以假設(shè)臺積電的5nm節(jié)點將繼續(xù)成熟，并且其時鐘速度將持續(xù)提高。我們可以假設(shè)Apple將考慮CPU制造商通常為改善臺式機電源范圍（例如更大的緩存和更高的時鐘）性能而進行調(diào)整的所有標準杠桿和撥盤。M1的基線效率越高，Apple嘗試各種提高性能的方法的實驗空間就越大。目前，Apple在許多應(yīng)用程序中均具有每瓦性能和絕對功耗方面的優(yōu)勢，而如果我想長期淘汰x86，那正是我想要的。

無論哪種方式，兩家公司的問題都不是M1本身。蘋果將在高端產(chǎn)品上使用M1的老大哥，以及消費者和OEM廠商愿意向電池壽命更長，性能更高的平臺遷移的意愿。

盡管出于不同的原因，AMD和英特爾在對抗M1方面處于有利位置。從2017年初到現(xiàn)在，AMD在移動領(lǐng)域的實力都比英特爾要弱，但它始終保持著不斷發(fā)展。AMD的Zen 3移動部件將于明年面世時。只要繼續(xù)執(zhí)行到Zen 4中，并且Zen 4保持改進的步伐，AMD就不會有什么麻煩。

同時，英特爾目前處于良好狀態(tài)。盡管自身面臨制造問題，但當前的蘋果M1專注于移動市場，而英特爾最近又通過Tiger Lake更新了移動設(shè)備。如果蘋果公司已經(jīng)發(fā)售了TGL硬件，那么英特爾將不會像其他蘋果產(chǎn)品那樣早。短期而言，問題是當蘋果將芯片帶入工作站時，M1的臺式機/工作站版本與高端Xeon相比將如何。從長遠來看，英特爾及其其余OEM合作伙伴面臨的主要問題是7nm移動過渡如何進行。

如果英特爾能夠繼續(xù)提供性能改進的產(chǎn)品，那么它將有自己的改進故事可以談?wù)摗＿@里的危險是將7nm進一步推遲，或者如果該公司被迫將其領(lǐng)先的晶圓廠工作外包出去。英特爾不會試圖贏得蘋果的支持，盡管蘋果已經(jīng)揚帆起航，但它絕對希望讓某些OEM擁有自己的正面故事來講述電池壽命和性能，即使與ARM驅(qū)動的系統(tǒng)相比也是如此。

M1不是魔術(shù)。僅僅因為成為ARM內(nèi)核，但它并不比x86快。ARM的標準許可內(nèi)核遠不及x86 CPU的性能。經(jīng)過多年的精心工作，蘋果公司已在脫穎而出。盡管如此，不能保證英特爾和/或AMD會輸?shù)暨@場戰(zhàn)斗。

但是請不要誤會，這將是一場戰(zhàn)斗。關(guān)于M1的散熱，die尺寸，功耗或內(nèi)核數(shù)，沒有任何跡象表明Apple無法繼續(xù)擴展該芯片，也沒有任何跡象表明它的潛力已到盡頭，或者說核心IPC無法持續(xù)改進。通常，我會說我們應(yīng)該每年更新一次，但是由于Apple計劃明年進行整個向ARM的過渡，因此更新的速度可能會更快。但是，到明年這個時候，該公司應(yīng)該在臺式機和筆記本電腦上擁有完整的產(chǎn)品陣容，除非它推遲了發(fā)布的過渡時間表。

上一次我們看到的比較是，在一個新出現(xiàn)的大型核心競爭對手和另外兩個高性能，效率較低的微體系結(jié)構(gòu)之間，新來者及其后代統(tǒng)治了市場11年。不要以為M1會自動贏得這場戰(zhàn)斗。但是請記住，這是蘋果公司的第一個大獲成功，而不是最后一次。

(編輯：李國堅)