Apple M1
Apple M1系列是苹果公司第一款基于ARM架构,并使用于桌面型与手提电脑的的自研处理器单片系统(SoC),于2020 年 11 月 10 日推出。为麦金塔电脑产品线与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纳米晶片。苹果宣称该晶片在所有低功耗中央处理器产品中性能最佳,同时具有最佳的性能功耗比。[2][4]
设计团队 | 苹果公司 |
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生产商 |
|
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/工艺 | 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) |
二级缓存 | 12MB(高性能核心) 4MB(低功耗核心) |
应用平台 | 台式电脑(Mac Mini及iMac) 手提电脑(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
该晶片内有四个高性能“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晶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。晶片还有一个专用的16核神经网络引擎,可以每秒执行11兆次运算。晶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晶片内有4266 MT/s的LPDDR4X SDRAM[8],采用统一存储器(unified memory)配置(即M1晶片内所有组件共享这一存储器)。除此之外,整个SoC和RAM采取封装内系统的形式配置在一起。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晶片的装置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,自身团队专攻晶片设计,最终的晶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晶片。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,这意味着晶片上的所有组件,例如 CPU 和 GPU,共享相同的内存寻址。内存为 8 沟道 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。
晶片 | CPU
核心 (性能+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
拓展阅读
- Apple Silicon
- Apple A12Z Bionic
- Apple M2
- Mac向苹果晶片迁移
- 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).