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Apple M2芯片将亮(liàng)相:SOM的(de)勝利
Apple M1 的(de)發布風靡全球,從那時起,它證明了基于 ARM 內(nèi)核的(de)定制矽可(kě)以與主流 CPU 技術競争。是什麽讓 Apple M1 如(rú)此獨特,SoM 和(hé) SoC 有(yǒu)什麽優勢,為(wèi)什麽 Apple M2 的(de)傳聞證明了 SoM 設計的(de)成功?
來源:半導體行(xíng)業觀察 | 作者:sophie | 發布時間: 2022-03-07 | 1935 次浏覽 | 分享到:

是什麽讓 Apple M1 與衆不同?


Apple M1 本質上是一(yī)個安裝在系統級模塊 (SoM) 上的(de)片上系統 (SoC),該模塊采用完全定制的(de)架構,專門用于運行(xíng)包括 macOS 在內(nèi)的(de) Apple 産品。M1 的(de)核心是 8 個 ARM 內(nèi)核,其中四個專用于高(gāo)性能,另外四個專用于高(gāo)效率。SoC 中還集成了一(yī)個具有(yǒu)八核和(hé)多級緩存的(de) GPU。

該 SoC 安裝在集成系統內(nèi)存的(de)闆上,具有(yǒu) 8GB 或 16GB 選項,這些選項不可(kě)升級。然後将整個設備封裝在散熱器中,闆下側的(de)連接器允許安裝在設備中。出于這個原因,Apple M1 與其說是 SoC,不如(rú)說是一(yī)個 SoM,因為(wèi)它将多個矽器件組合成一(yī)個模塊,然後在外部電路中使用。

SoC 和(hé) SoM 是新興技術,但它們并不“新”。Raspberry Pi 是向世界介紹 SoC 的(de)衆多優勢的(de)産品的(de)一(yī)個很好的(de)例子(zǐ)。為(wèi) Raspberry Pi 供電的(de) Broadcom 芯片将 CPU、MMU、GPU 和(hé) I/O 控制器集成在一(yī)個封裝中。這意味着整個計算系統可(kě)以集成到單個信用卡大小的(de) PCB 中。SoC 也大量用于物聯網設計,ESP32 就是一(yī)個很好的(de)例子(zǐ);它将 CPU、內(nèi)存和(hé)無線電控制器集成在一(yī)個封裝中。

那麽為(wèi)什麽 M1 如(rú)此具有(yǒu)開創性呢(ne)?在 M1 之前,隻有(yǒu)平闆電腦和(hé)智能手機(jī)等移動個人計算設備使用 ARM 內(nèi)核。主流計算設備(PC 和(hé)筆(bǐ)記本電腦)使用 x86/x64 架構,隻有(yǒu)筆(bǐ)記本電腦設備使用主流 CPU 的(de)移動版本。這些 CPU 基本上來自(zì)以下兩家公司之一(yī):英特爾或 AMD。

衆所周知,英特爾和(hé)AMD在移動行(xíng)業有(yǒu)些欠缺,擁有(yǒu)強大的(de)移動處理(lǐ)器往往意味着高(gāo)能耗意味着電池壽命縮短(duǎn)。ARM 內(nèi)核提供的(de)節能效果是它們一(yī)直是移動設備中關鍵參與者的(de)原因。

但Apple M1 改變了這一(yī)切,因為(wèi)它在設計時考慮了移動和(hé)桌面處理(lǐ)。使用多個內(nèi)核,每個內(nèi)核都專用于高(gāo)性能或高(gāo)效率,允許系統在優化性能的(de)同時節省功耗。這種效率遠遠優于簡單地(dì)降低(dī) CPU 時鍾或限制內(nèi)存,因為(wèi)高(gāo)性能內(nèi)核将其矽空間專用于高(gāo)性能,而高(gāo)效內(nèi)核将其矽空間專用于高(gāo)效。

這意味着在需要效率的(de)時候,唯一(yī)專用于該任務的(de)硬件正在運行(xíng)。經驗結果表明,Apple M1 在最大負載下運行(xíng)時消耗 39 瓦和(hé) 7 瓦,考慮到使用英特爾處理(lǐ)器的(de)等效系統在空閑時消耗 20 瓦,在負載下消耗 122 瓦。M1 的(de)成果有(yǒu)效地(dì)将蘋果産品的(de)電池壽命延長(cháng)了一(yī)倍。

SoC和(hé)SoM有(yǒu)什麽優勢?


到目前為(wèi)止,SoC 和(hé) SoM 的(de)最大優勢之一(yī)是使用的(de)所有(yǒu)矽空間都專用于設備将用于的(de)特定應用。

例如(rú),來自(zì) Intel 或 AMD 的(de)現代 CPU 必須是通用計算機(jī),因為(wèi)該 CPU 的(de)應用程序是未知的(de)。客戶可(kě)以輕松地(dì)将英特爾 CPU 用于必須優先考慮 I/O 的(de)機(jī)器人控制器、用于浮點運算必不可(kě)少的(de)超級計算機(jī)或必須考慮能源效率的(de)通用筆(bǐ)記本電腦。

這意味着英特爾必須使他們的(de)設備盡可(kě)能通用,以便輕松集成到任何應用程序中。然而,這使得這種設備更像是“萬事通,無所事事”,因為(wèi)它不能專門用于任何一(yī)項任務。但是,可(kě)以将 SoC 設計為(wèi)僅集成對其将用于的(de)任務必不可(kě)少的(de)硬件。例如(rú),移動處理(lǐ)器可(kě)以具有(yǒu)用于能量消耗的(de)低(dī)能量電路,而自(zì)動駕駛汽車中的(de)視(shì)覺系統可(kě)以集成 AI 模塊以更快地(dì)處理(lǐ)神經網絡。

因此,SoC 和(hé) SoM 允許設計人員定制完美适合應用的(de)設計。

Apple M2 傳聞如(rú)何顯示 M1 的(de)成功


雖然報告尚未得到證實,但人們普遍認為(wèi)蘋果正在開發 M2,它将取代 M1。有(yǒu)傳言稱,核心不會有(yǒu)太大變化,但 GPU 會得到改進,CPU 頻率會提高(gāo)。這種設備的(de)假定發布日期将是 2022/2023 年(nián)末,并為(wèi)大多數 Apple 産品提供動力。

盡管 M2 尚未得到蘋果的(de)确認,但 M1 的(de)成功完美地(dì)展示了 SoC 和(hé) SoM 的(de)優勢。當然,Apple M1 并不是市(shì)場上最強大的(de)處理(lǐ)器。該王冠屬于 Ryzen ThreadRipper 3990X,但就每瓦性能而言,M1 為(wèi)王。M1 的(de)高(gāo)效率使其能夠大幅延長(cháng)電池壽命,而專為(wèi) macOS 定制硬件的(de)能力允許超高(gāo)效的(de)操作系統設計。

毫無疑問,SoC 和(hé) SoM 将成為(wèi)計算設備的(de)行(xíng)業标準。但令工程師興奮的(de)是定制芯片服務,它可(kě)以讓客戶選擇半導體芯片并将它們連接到 SoM 上,就像定制 PCB 服務和(hé)組件組裝一(yī)樣。