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上周,苹果发布了其 M1 SoC。M1 采用与最新 iPhone 相同的 A14 CPU,和是十年来首个挑战 AMD 和 Intel 等公司的非 x86 CPU 架构。从那时起,多项关于 Apple M1 芯片与 AMD 和 Intel 综合测试表明,M1 在多个领域处于领先。为此我们的观点是:M1 本身不会破坏英特尔和 AMD 的市场份额,但从长期来看,这对两家公司均构成严重威胁。

为什么说苹果 M1 芯片是颠覆性的

到目前为止,我们仅参考最新的综合基准讨论了该假设。现在让我们谈谈大局。

M1 如何影响 x86 市场主导地位

M1 之所以对英特尔和 AMD 构成威胁,并不是因为苹果突然要占领 PC 市场,因为在我们看来,近期 Mac 的净市场份额增加很可能是个位数的。

对 AMD 和 Intel 来说,M1 推出的背后重要意义才是他们最大的威胁。因为可以看到,这是 15 年以来第一次,一家没有 x86 许可证的公司正在构建一种可以与 X86 竞争的消费者微处理器。如果苹果维持或改善其 M1 处理器的性能,并一直领先于 x86 的竞争对手,那么其他拥有 ARM 许可证的公司将会关注这一点。英伟达已经购买了 ARM,等待监管机构批准,他们也不例外。如果 ARM 能够胜过 x86,则整个 WinTel 生态系统将遭受前所未有的冲击

在前期,英特尔和 AMD 以前不必担心非 x86 CPU 制造商的所作所为。但如果苹果公司的 M1 针对不同细分市场的后续行动开始削弱 x86 市场份额的时候,那么所有人(包括当前构建 x86 PC 的 OEM)都会注意到这一点。微软也许曾经曾经支持过英特尔,但是在 Satya Nadella 的领导下,微软已大力发展云计算和基于云的服务。如果 Microsoft 愿意将 Linux 广泛集成到其自己的操作系统中,则不必在意 Windows 是在 ARM 还是 x86 上运行。如果他们不再将 x86 视为自动的最佳处理器选择,那就给英特尔和 AMD 带来威胁,让后者失去利润和市场支配力。如果发生这种情况,那将是由于多家公司的行动,而不仅仅是苹果。而且,尽管有苹果的推广,但其实当前 M1 的速度其实落后于 98%的笔记本电脑。很快,但却也没那么快。

是什么让我们觉得 M1 比我们之前看到的任何产品都有威胁力呢?一下是我的理由。

英特尔的奔腾 M 预示了 Core 2 Duo 的成功

2004 年底,一家名为 DFI 的主板公司将与英特尔的 Pentium M 兼容的台式机主板推向市场。该特定的 Pentium M 代号为 Dothan,它基于 Pentium III,而不是 Intel 的 Pentium 4“ Netburst”架构。180nm P3 Coppermine 出品了 130nm Tualatin,后者出品了 Banias 和 Dothan。

为什么说苹果 M1 芯片是颠覆性的

就功能支持而言,DFI 855GME-MGF 平台对当时的 FX 和 P4 平台不抱太大希望。

但让我们重新看看这些内容:PM 代表 Pentium M,它在 2.13GHz 和 1.7GHz 下进行了测试。FX-55 是 AMD 的单核 Athlon 64,具有 2.6GHz 的双通道内存。3500+是 2.2 GHz 双通道 Socket 939 上的 Athlon 64 3500+,而 P4 3.46EE,3.8E 和 3.2E 都是基于 Prescott 的奔腾 4。这些还具有双通道 RAM。

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DFI 主板的问题在于没有超频支持,除了纤巧的风扇和散热器以外,没有其他方法可以使用。在这些结果中,奔腾 M 是唯一仅限于单通道 RAM 的系统,也是唯一使用 AGP 卡住的系统。然而尽管如此,奔腾 M 表现强劲。即使 Athlon 64 3500+具有集成的内存控制器和双通道 RAM,但它与 P4 3.46EE 并驾齐驱,并击败了 3500+(主频 2.2GHz)。

总结其整体性能:即使超频,但 Dothan 也没有赢得所有基准测试,在某些上面未显示的多媒体编码工作负载中,它远远落后于 P4 和 K8。对于 Dothan 来说,适合其缓存的分支测试是一个很好的测试案例。依赖主内存带宽或依赖 SSE3 的应用程序不支持该芯片。但是,核心是最突出的地方之一。以下是我 16 年前写的内容:

Dothan 仅消耗 78W 功耗,并在令人惊叹的 25'C 时空转,是我见过的运行速度最快的、最酷且最节能的 CPU。90nm 3500+系统的功耗要大得多。即使在满负荷情况下,系统也不会突破 100W 的功率……与 P4 相比,3500+的 142W 最大功率相当令人印象深刻的……

技术报告对该主板进行了旧的审查,该主板在其图像完好无损的情况下仍然存在,因此,如果您要查看其数据,便可以在其中找到数据。我想从这次审查的结论中引述一下:“不过,在 533MHz 总线上超频至 2.4GHz 时,Pentium M 变得非常可怕,在包括游戏在内的许多测试中,Athlon 64 4000+的性能都蒙上了阴影。”

这不仅仅是阴影。这是预兆。大约 18 个月后,代号为 Conroe 的 Core 2 Duo 进入了台式机,并将 AMD 放逐了 11 年。

如今,Dothan 和 M1 之间存在多个相似之处。像 M1 一样,Dothan 也没有赢得所有基准。与 M1 一样,Dothan 也有某些限制:它不支持 SSE3,PCIe 或双通道 RAM。它缺少 AMD 拥有的集成内存控制器,并且缺少 Hyper-Threading Prescott 和 Northwood 曾经取得过良好的效果。

最终,与 Pentium M 的出色每瓦性能相比,这都不重要。从长远来看,该设计被证明能够超越市场上的其他竞争对手。将 M1 与 Intel 和 AMD 当前的 CPU 进行比较,令人惊讶的是这些模式重叠的紧密程度。

为什么说苹果 M1 芯片是颠覆性的

同样,我们看到高端 x86 CPU 在单线程基准测试中以更高的 TDP 领先。x86 和 M1 之间的差距还不足以弥补高端英特尔和 AMD 芯片带有 10-16 个内核,而 M1 是 4 + 4 芯片这一事实。只要有足够的时钟速度,散热空间和内核,x86 就可以满足要求。您可以说 FX-55 和各种 Prescott 与原始 Pentium M 完全相同。

CPU 行业中的一种趋势表明,每瓦性能更好的高效率 CPU 倾向于比每瓦性能更差的低效率芯片扩展到更高的绝对性能水平(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 功率曲线不是线性的,因此就功率和散热而言,最后几百 MHz 的时钟是迄今为止最昂贵的,并且当您接近 5 GHz 时,曲线会变得更陡峭。这意味着,尽管新的功能单元也要消耗功率,但通过构建更多的片上资源并减少时钟来提高 IPC 效率会更高。

我们对 M1 知之甚少,无法对它能达到多高的频率做出任何预测,但是我们已经听到的效率数据表明,苹果至少有一些余地来燃烧功率以获取频率。它更有可能构建具有更大 CPU 内核的更大的 SoC。可以想象在接下来的 18-36 个月内具有更大缓存和 16-32 个大内核的工作站级 M x 芯片并不奇怪。我们可以在一年内看到 6-16 个 CPU 核心 SoC (源自 FireStorm 或 A15)。

我们可以假设台积电的 5nm 节点将继续成熟,并且其时钟速度将持续提高。我们可以假设 Apple 将考虑 CPU 制造商通常为改善台式机电源范围(例如更大的缓存和更高的时钟)性能而进行调整的所有标准杠杆和拨盘。M1 的基线效率越高,Apple 尝试各种提高性能的方法的实验空间就越大。目前,Apple 在许多应用程序中均具有每瓦性能和绝对功耗方面的优势,而如果我想长期淘汰 x86,那正是我想要的。

无论哪种方式,两家公司的问题都不是 M1 本身。苹果将在高端产品上使用 M1 的老大哥,以及消费者和 OEM 厂商愿意向电池寿命更长,性能更高的平台迁移的意愿。

尽管出于不同的原因,AMD 和英特尔在对抗 M1 方面处于有利位置。从 2017 年初到现在,AMD 在移动领域的实力都比英特尔要弱,但它始终保持着不断发展。AMD 的 Zen 3 移动部件将于明年面世时。只要继续执行到 Zen 4 中,并且 Zen 4 保持改进的步伐,AMD 就不会有什么麻烦。

为什么说苹果 M1 芯片是颠覆性的

同时,英特尔目前处于良好状态。尽管自身面临制造问题,但当前的苹果 M1 专注于移动市场,而英特尔最近又通过 Tiger Lake 更新了移动设备。如果苹果公司已经发售了 TGL 硬件,那么英特尔将不会像其他苹果产品那样早。短期而言,问题是当苹果将芯片带入工作站时,M1 的台式机 / 工作站版本与高端 Xeon 相比将如何。从长远来看,英特尔及其其余 OEM 合作伙伴面临的主要问题是 7nm 移动过渡如何进行。

如果英特尔能够继续提供性能改进的产品,那么它将有自己的改进故事可以谈论。这里的危险是将 7nm 进一步推迟,或者如果该公司被迫将其领先的晶圆厂工作外包出去。英特尔不会试图赢得苹果的支持,尽管苹果已经扬帆起航,但它绝对希望让某些 OEM 拥有自己的正面故事来讲述电池寿命和性能,即使与 ARM 驱动的系统相比也是如此。

M1 不是魔术。仅仅因为成为 ARM 内核,但它并不比 x86 快。ARM 的标准许可内核远不及 x86 CPU 的性能。经过多年的精心工作,苹果公司已在脱颖而出。尽管如此,不能保证英特尔和 / 或 AMD 会输掉这场战斗。

但是请不要误会,这将是一场战斗。关于 M1 的散热,die 尺寸,功耗或内核数,没有任何迹象表明 Apple 无法继续扩展该芯片,也没有任何迹象表明它的潜力已到尽头,或者说核心 IPC 无法持续改进。通常,我会说我们应该每年更新一次,但是由于 Apple 计划明年进行整个向 ARM 的过渡,因此更新的速度可能会更快。但是,到明年这个时候,该公司应该在台式机和笔记本电脑上拥有完整的产品阵容,除非它推迟了发布的过渡时间表。

上一次我们看到的比较是,在一个新出现的大型核心竞争对手和另外两个高性能,效率较低的微体系结构之间,新来者及其后代统治了市场 11 年。不要以为 M1 会自动赢得这场战斗。但是请记住,这是苹果公司的第一个大获成功,而不是最后一次。

来源:半导体行业观察

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