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苹果 M1 芯片，乔布斯的最后杀招

晰数塔互联网快讯
2020-11-26 10:50

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编者按：苹果的M1芯片发布已有一段时间了。对于这款集成了160亿个晶体管的芯片的意义，有无数的文章进行了解读。但是，其中看得最透彻的，也许是前科技媒体主编Om Malik的这篇。他认为，作为乔布斯愿景的最后一块拼图，M1不仅对苹果的意义重大，而且也将定义计算的未来。原文发表在其个人博客上，标题是：Steve Jobs’s last gambit: Apple’s M1 Chip

划重点：

环境在变，计算机也在改变

我们需要计算机能够处理很多任务，而且要疾如风。重点不是性能，而是功能

乔布斯的最后杀招是挑战计算机的经典概念，而M1是苹果的最新下法。

M1把包括CPU、GPU、内存、机器学习等在内的众多技术集成近一块芯片里面

乔布斯吃紧苦头总结出来的教训：不要依赖第三方成为自己关键创新和能力的推动者

软件=数据+API，芯片集成化专门化，计算超越文本界面，机器学习定义软件未来

向M家族的转移需要2年的时间

尽管2020年苹果的最后一场发布会已经慢慢变成后视镜里面的一个小点，但对于那次首次亮相的M1芯片，我仍止不住思考。在技术及其对社会的影响方面，我从心底上算是一位乐观主义者。我对新的苹果新品的兴奋并不仅限于这一个芯片，或者一台计算机，或者这一家公司身上。实际上，这关系到朝着计算的下一阶段继续转移（甚至加速）的问题。

传统的以桌面为中心的计算思想的历史，比我们在智能手机时代认为理所应当的很多东西都要早得多：不间断的连接，软件系统的环境智能，日常活动对计算资源的日益依赖等。今天的计算机正在发生变化，它们是坐在云端的服务器，放在包里的笔记本电脑，装进兜里的智能手机。相当于仅5年前一部台式机的能力，现在只用一个键盘以及价格只用50美元的Raspberry Pi就能装进去。汽车、电视跟其他任何东西一样，都是计算机。

在这样的环境下，我们需要我们的计算机能够处理很多任务，而且要疾如风。重点不是性能，而是功能。包括英特尔，AMD，三星，高通和华为在内，所有人都朝着这个未来前进。但是苹果的举动更加深思熟虑，更加包罗万象，更加大胆果敢。

乔布斯的最后杀招是挑战计算机的经典概念，而M1是苹果的最新下法。这款崭新的芯片会首先部署到MacBook Air、Mac mini以及13英寸的MacBook Pro的低端版本上（最近三天我一直在用）。为了更好地了解苹果的打算，我最近跟他们的三位高管进行了交谈：其中包括全球营销高级副总裁Greg “Joz” Joswiak，硬件技术高级副总裁Johny Srouji ，以及软件工程高级副总裁Craig Federighi 。

这场对话昭示着未来，而且不仅仅是苹果公司的未来。

M1是什么？

不过，让我们先来看看M1是什么吧。

传统上，计算机是建立在独立的芯片基础上的。作为片上系统（SoC ），M1把众多技术——比方说中央处理器（CPU），图形处理单元（GPU），内存，以及机器学习——整合到一块芯片的一个集成电路上面了。具体来说，M1包括以下这些东西：

一颗由四颗高性能内核和四颗高效能内核组成的8核CPU

一颗8核集成GPU

一颗16核架构的苹果神经引擎（Apple Neural Engine）。

采用最先进的5纳米工艺技术制造。

封装了160亿个晶体管到一个芯片里面。

苹果最新的图像信号处理器（ISP）可提供更高质量的视频

Secure Enclave（可以处理类似Touch ID身份验证等安全事务）

苹果设计的Thunderbolt控制器，支持USB 4，传输速率高达40Gbps。

苹果公司在一份新闻稿中声称，“跟上一代Mac相比，M1把CPU性能提高了3.5倍，GPU性能提高了6倍，机器学习速度提高了15倍，同时电池续航时间延长了2倍。 ”

这种自诩跟苹果在个人计算机鼎盛时期的定位的对比之突兀再明显不过了。当时，WinTel （英特尔和微软）的共生关系占据着统治地位，芯片由财政和技术上也处于劣等地位的合作伙伴IBM摩托罗拉公司制造的苹果被边缘化。在前景日渐暗淡无光的情况下，苹果别无选择，只能改用英特尔的处理器。然后慢慢地，他们开始一点点地蚕食市场份额。

要想维持竞争力，苹果必须制造并控制一切，乔布斯是吃尽了苦头才明白了这一点的：软件、硬件、用户体验，以及为其提供强大动力的芯片，所有这些统统都要拽在自己的手上。他把这个叫做“电子产品的全部”。我之前曾写过，当今巨头对垂直整合有着关键的需求。2017年的一篇文章里面这句话基本可以概括：“不要依赖第三方成为自己关键创新和能力的推动者。”

对于苹果来说，iPhone代表了重新开始的机会。他们的新旅程始于A系列芯片，这种自研芯片率先入驻了iPhone 4和第一代的iPad 。在随后几年的时间里，这种芯片变得越来越强大，越来越智能，而且能够执行复杂的任务。尽管在能力上它已然成为庞然大物，但对功率的需求仍然温和适度。这种性能与肌肉的平衡使得A系列芯片成为了游戏规则改变者。这种芯片的最新版本，A14 Bionic，现在是最新一代iPhone和iPad的动力源泉。

苹果产品日益由自家不断壮大的芯片魔术师军团提供支撑。但还有一个突兀的例外：让苹果发家的Mac。

然后M1横空出世

Joswiak 说：“史蒂夫曾经说过整个电子产品都必须由我们制造。从iPhone到iPad到Watch，我们所有的产品的一切都是自己做的。这个（M1）是Mac全部自己做的最后一个元素。”

M1为什么重要

现代计算正在变革。软件是数据的端点，工作靠应用程序编程接口（API）实现。

芯片已经变得太过复杂了，以至于需要集成和专门化才能控制功耗，实现更好性能。

苹果通过芯片、硬件和软件团队的共同努力，定义了将它们紧密集成到一起的未来系统。

未来的计算已经跨越文本界面：视觉和听觉界面才是关键。

机器学习将会定义未来的软件功能。

它与iPhone和iPad里面的苹果芯片非常相似，只是功能更强大。它利用了苹果公司的统一内存架构（UMA），这意味着全部内存（DRAM）与需要访问内存的各种部件（比方说CPU、GPU、图像处理器以及神经引擎）都是在同一块芯片上。其结果是，整块芯片都可以访问数据，而不需要在不同部件之间复制数据，也不需要进行互连。对内存的访问有着极低的时延与极高的带宽。其结果是更低功耗、更好性能。

有了这项新技术，从视频会议服务、游戏、图像处理到web冲浪的一切都应该会变得更加轻松。根据我的体验，至少到目前为止，的确如此。我一直在用着有8GB内存和256GB存储空间的13英寸M1 Macbook Pro。网页在Safari上加载很快，而且大部分针对M1进行了优化的应用（苹果称之为“通用应用”）也都跑得飞快。机器我没有玩太久，但是初步印象还是比较令人满意的。

部分分析师对苹果的前景非常看好。Arete Research的Richard Kramer在给客户的说明中指出，作为全球第一款5纳米制程的芯片，M1要比x86竞争对手领先一代。Kramer 指出，“苹果制造的是相对于x86全球领先的规格，而且芯片价格不到PC OEM厂商索要的150-200美元的一半，而苹果的统一内存架构（UMA）可以让M1用更少的DRAM和NAND运行。”他认为苹果明年会推出两款新的芯片，应该都是针对高端机器的，其中一款会面向iMac。

我不认为AMD和Intel会是苹果的竞争对手。我们应该把高通看作是下一个重要的笔记本电脑芯片供应商。苹果的M1会引起竞争对手对其新架构的兴趣。

集成到一个芯片里面，吞吐量最大化，快速访问内存，基于任务优化计算性能，适配机器学习算法，这种做法属于未来——这不仅适用于移动芯片，也适用于台式机和笔记本电脑。无论是对苹果还是整个PC行业而言，这都是一次巨大转变。

过渡绝非一蹴而就

关于M1聚焦的是低端机器的消息让有些人搬弄口舌。不过，根据Morgan Stanley的研究，这三款机器的出货量占到了过去12个月Mac出货量的91％。

Federighi告诉我说：“那些现在不买我们产品线这部分产品的人，似乎有一部分是想等着我们开发芯片来升级他们最热衷的（我们产品线的）其他产品系列。你知道他们的那一天会到来的。但是就目前而言，从我能考虑到的每一方面来看，我们正在开发系统都要比所替换的系统出色。”

迁移到M家族将需要长达两年的时间。我们现在看到的可能是该芯片的许多衍生的第一个，后面还会有很多出现在不同类型的苹果计算机里面。

对于苹果来说，这是一场巨大转变，一路充满了风险。这意味着要让自己的整个社区从x86平台切换到新的芯片架构。在保持向后兼容性的同时，还需要一整代的软件支持新芯片。Joswiak警告说：“这会需要几年的时间，因为这场过渡绝不是一蹴而就的。但我们过去就曾经非常成功地实现了这样的重大转变。”

过去最重大的一场转变发生在2005年。在Power PC生态体系日益衰落的阻碍下，该公司做出了一个艰难决定，改用出色的英特尔生态体系。伴随着向x86体系架构转变的，还包括新操作系统Mac OSX的诞生。这种改变对开发人员和最终客户都造成了巨大破坏。

虽然遭遇了一些动荡，所幸苹果还拥有一大重要资产：那就是史蒂夫·乔布斯。他让所有人都专注于功能强大、健壮且富有竞争力的平台的建设上面，一个能与WinTel匹敌的平台会带来更大的回报。他是对的。

“我们正在开发一种完美适配该产品以及软件对其使用方式的定制芯片。”

——硬件技术高级副总裁Johny Srouji

我从老的Mac过渡到了基于OS-X的计算机，经过多年对用性能不足的计算机来工作的沮丧之后，我终于开始享受Mac的使用体验。在这一点上我并不孤单。这一举动帮助苹果维持了自己的地位，尤其是在开发者和创意人士的社区当中的地位。最终，大众也成为来苹果生态体系的一部分，这主要是因为iPod和iPhone。

苹果CEO蒂姆·库克在最近的一次主旨演讲中指出，苹果售出的新计算机里面有一半都是是Mac的新买家购入的。上个季度，Mac业务增长了近30％，今年则是Mac有史以来业绩最好的一年。苹果在2020年售出了超过550万台Mac，目前已占据了7.7％的市场份额。实际上，这些购买者当中的很多人可能不知道或不在乎计算机里面跑的是哪家的芯片。

但是，对于那些在意这一点的人来说，其中的很多人已经习惯了英特尔和Windows PC制造商几十亿美元的营销预算,满脑子想得都是千兆赫、内存和速度。在对笔记本电脑和台式机的现代思维当中，数字更大代表着质量更好的观点已经根深蒂固。这种思维模式会对苹果构成巨大挑战。

但是英特尔和AMD得说道说道千兆赫和功率，因为它们是零件提供商，并且只能靠提供更高规格来收取更高费用。Srouji自诩道：“我们是一家产品公司，我们做出了软硬件紧密结合的精美产品。这跟千兆赫以及兆赫无关，只跟客户从中能得到什么有关。”

苹果公司硬件技术高级副总裁Johny Srouji 。

Srouji之前曾在IBM和英特尔工作过，是芯片行业的资深人士，现在领导着苹果庞大的硅业务部门。正如他所看到的那样，就像没有人会关心iPhone里面的芯片的时钟速度一样，大家对未来的新Mac也会这样。相反，大家关心的是 “在一次电池续航周期之内可以完成多少项任务”。Srouji表示，M1并不是通用型的芯片，而是“针对我们产品的最佳使用，并与软件紧密集成。”

他说：“我相信苹果的机型是独一无二的最佳机型。我们正在开发一种完美适配该产品以及软件对其使用方式的定制芯片。我们在设计芯片的时候（大概3、4年前），我和Craig是坐在一起的，我们共同确定要交付什么样的产品，然后我们携手合作。英特尔或者AMD或其他任何公司都没法做到这一点。”

按照Federighi的说法，集成以及这些专门的执行引擎已成为一种长期趋势。“你很难再往一块硅片上放置更多的晶体管了。把更多这样的组件紧密地集成在一起，并开发专用的芯片，然后解决系统的特定问题，这一点已经变得越来越重要。” M1用了160亿个晶体管，其笔记本竞争对手AMD（Zen 3 APU）和Intel（Tiger Lake）的每块芯片大概是100亿个晶体管的规模。

在谈到苹果硬件和软件的共生关系时，Federighi说：“一起定义合适的芯片来制造我们想要的计算机，然后再规模化地把这颗芯片造出来，处在这种位置的意义十分深远。”这两支团队都在努力展望今后的三年，想要看清未来的系统会是什么样的。然后，他们会为那个未来开发软件和硬件。

苹果公司软件工程高级副总裁Craig Federighi

重新定义性能

M1芯片不能单独拿出来看。它是整个计算领域（尤其是软件层）正在发生的事情在硅晶这个层面的体现。很大程度上是因为始终要保持连接的移动设备的缘故，计算机现在也必须瞬时启动，从而让用户打开就能看，进行交互，然后远离它们。这些设备的时延很短，而且效率很高，更加重视隐私和数据保护。它们不能有风扇，不能发烫，不许发出声音，不可以没有电。这是大家的共同期望，因此，软件也必须与时俱进。

桌面环境是有待攻陷的最后一块领地。传统桌面计算的决定性特性之一是文件系统，所有软件共享同一个存储区，用户会努力保持它的组织有序（无论好坏）。在软件及其功能是按照个人的规模运作的世界里，这种方法是行之有效的。但我们现在生活在一个连线的世界，以网络的规模在移动。这种新的计算现实需要现代化的软件，那种我们每天都会在手机上看到和使用的软件。尽管这些变化不会再明天发生，但雪球已经从山上滚下。

传统的模型是应用或程序放在硬盘驱动器里面，在用户要使用的时候运行。但我们正在朝着新的模型转变，在这种模型里面，应用会有很多的入口点。它们会提供数据，供其他地方和任何地方使用。它们会对跟用户正在做什么或位于何处有关的通知和事件做出响应。

现代软件有很多入口点。如果你看一下最新的移动OS变更的话，就会看到类似App Clip和Widgets之类的新方法的出现。它们会慢慢重塑我们对应用的看法和期望。这些趋势表明，应用是个双向的端点——是应用编程接口——会对数据做出实时响应。今天，我们的应用会随着我们的使用而变得更加个性化、智能化。我们的互动定义了它们的能力。应用一直在学习。

随着苹果把台式机、平板电脑和手机操作系统融合到另一个由单一芯片架构支持的，跨整条产品线的层，传统的性能指标将不再有效。

Federighi说：“很久以来，业界通常采用的参数已经不再是任务级别性能表现的很好指征了”。你无需关心CPU规格了。相反，你会考虑任务的情况。“就架构而言，在处理特定的特效时，你可以同时支持多少路的4k或8k视频流？视频专业人士想听到这个问题的答案。芯片的任何规格都没法替他们回答这个问题。”

Srouji指出，尽管这款新型芯片针对紧凑性和性能进行了优化，但跟传统的实现方式相比，它仍然可以实现更多的功能。就拿GPU来说吧。计算最关键的转变是从以文本为主的计算向以视觉为中心的计算转变。无论是Zoom视频会议，看Netflix，编辑照片，还是视频剪辑，视频和图像处理都已已经成为我们计算体验的不可或缺的一部分。这就是为什么GPU已经跟其他芯片一样成为计算机必不可少的一部分的原因所在。比方说，英特尔的芯片就提供了集成显卡，但是仍然比不上独立显卡，因为它必须用PCIe接口跟机器的其余部分进行交互。

通过开发更高端的集成图形引擎，并融入更快、功能更强大的通用内存架构，苹果 M1的功能甚至超过了采用独立GPU芯片的计算机，因为后者的专用内存跟计算机内部的常规内存是分开的。

为什么这一点很重要？

现代显卡不再是在芯片上渲染三角形了。相反，它是计算机内部各个部分之间发生复杂相互作用的地方。数据需要在视频解码器、图像信号处理器、渲染、计算以及光栅化之间快速分流。这意味着会有大量数据的移动。

Federighi指出：“如果是独立GPU的话，你就得在系统总线之间来回移动数据。这开始占据影响性能的主导地位。” 你之所以会看到计算机变热，风扇转得像涡轮增压器，以及需要更大的内存和更强大的芯片，原因就在于此。（至少从理论上来说）M1用UMA消除了来回移动数据的一切需要。最重要的是，苹果提供了一种新的优化渲染的方法，其中涉及到并行渲染多个图块，而且可以让该公司消除视频系统相关的复杂性。

Srouji说：“很久以前，大多数处理都是在CPU上完成的。现在，大量处理都是在CPU、图形和神经引擎以及图像信号处理器上面进行的。”

情况只会继续改变。比方说，机器学习会在我们的未来当中扮演更重要的角色，这就是为什么神经引擎需要发展并跟上步伐的原因。苹果有自己的算法，因此需要开发自己的硬件来跟上这些算法。

同样，语音接口也会成为我们计算领域的一个主要部分。像M1这样的芯片使得苹果可以利用其硬件功能来克服Siri的诸多限制，并达到跟Amazon的Alexa以及Google Home相提并论的地位。我注意到，在我手头的这台基于M1的机器上，Siri给人感觉似乎更加准确。

从人的角度来看，所有这些都意味着你一打开屏幕就能看到系统。进行zoom视频通话时，你的计算机不会把你的膝盖烫伤。你在跟妈妈通话时，电池不会耗光。

我们当中的大多数人甚至都没有意识到的这些看似小小的改变，却会变革我们的生活，这一点实在令人吃惊。

译者：boxi。

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