Apple M1 的(de)發布風(fēng)靡全球，從(cóng)那(nà)時(shí)起，它證明(míng)了基于 ARM 內(nèi)核的(de)定制矽可以與主流 CPU 技(jì)術競争。是什麽讓 Apple M1 如此獨特，SoM 和(hé) SoC 有(yǒu)什麽優勢，為(wèi)什麽 Apple M2 的(de)傳聞證明(míng)了 SoM 設計(jì)的(de)成功？
Apple M1 本質上(shàng)是一個(gè)安裝在系統級模塊 (SoM) 上(shàng)的(de)片上(shàng)系統 (SoC)，該模塊采用完全定制的(de)架構，專門用于運行包括 macOS 在內(nèi)的(de) Apple 産品。M1 的(de)核心是 8 個(gè) ARM 內(nèi)核，其中四個(gè)專用于高(gāo)性能，另外(wài)四個(gè)專用于高(gāo)效率。SoC 中還(hái)集成了一個(gè)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(shàng)，具有(yǒu) 8GB 或 16GB 選項，這(zhè)些選項不可升級。然後将整個(gè)設備封裝在散熱器(qì)中，闆下(xià)側的(de)連接器(qì)允許安裝在設備中。出于這(zhè)個(gè)原因，Apple M1 與其說(shuō)是 SoC，不如說(shuō)是一個(gè) SoM，因為(wèi)它将多個(gè)矽器(qì)件(jiàn)組合成一個(gè)模塊，然後在外(wài)部電(diàn)路(lù)中使用。SoC 和(hé) SoM 是新興技(jì)術，但(dàn)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)一個(gè)很(hěn)好(hǎo)的(de)例子(zǐ)。為(wèi) Raspberry Pi 供電(diàn)的(de) Broadcom 芯片将 CPU、MMU、GPU 和(hé) I/O 控制器(qì)集成在一個(gè)封裝中。這(zhè)意味着整個(gè)計(jì)算(suàn)系統可以集成到單個(gè)信用卡大小(xiǎo)的(de) PCB 中。SoC 也大量用于物(wù)聯網設計(jì)，ESP32 就是一個(gè)很(hěn)好(hǎo)的(de)例子(zǐ)；它将 CPU、內(nèi)存和(hé)無線電(diàn)控制器(qì)集成在一個(gè)封裝中。那(nà)麽為(wèi)什麽 M1 如此具有(yǒu)開(kāi)創性呢(ne)？在 M1 之前，隻有(yǒu)平闆電(diàn)腦和(hé)智能手機(jī)等移動個(gè)人(rén)計(jì)算(suàn)設備使用 ARM 內(nèi)核。主流計(jì)算(suàn)設備（PC 和(hé)筆(bǐ)記本電(diàn)腦）使用 x86/x64 架構，隻有(yǒu)筆(bǐ)記本電(diàn)腦設備使用主流 CPU 的(de)移動版本。這(zhè)些 CPU 基本上(shàng)來(lái)自(zì)以下(xià)兩家(jiā)公司之一：英特爾或 AMD。衆所周知，英特爾和(hé)AMD在移動行業(yè)有(yǒu)些欠缺，擁有(yǒu)強大的(de)移動處理(lǐ)器(qì)往往意味着高(gāo)能耗意味着電(diàn)池壽命縮短。ARM 內(nèi)核提供的(de)節能效果是它們一直是移動設備中關鍵參與者的(de)原因。但(dàn)Apple M1 改變了這(zhè)一切，因為(wèi)它在設計(jì)時(shí)考慮了移動和(hé)桌面處理(lǐ)。使用多個(gè)內(nèi)核，每個(gè)內(nèi)核都(dōu)專用于高(gāo)性能或高(gāo)效率，允許系統在優化(huà)性能的(de)同時(shí)節省功耗。這(zhè)種效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優于簡單地(dì)降低(dī) CPU 時(shí)鐘(zhōng)或限制內(nèi)存，因為(wèi)高(gāo)性能內(nèi)核将其矽空間(jiān)專用于高(gāo)性能，而高(gāo)效內(nèi)核将其矽空間(jiān)專用于高(gāo)效。這(zhè)意味着在需要效率的(de)時(shí)候，唯一專用于該任務的(de)硬件(jiàn)正在運行。經驗結果表明(míng)，Apple M1 在最大負載下(xià)運行時(shí)消耗 39 瓦和(hé) 7 瓦，考慮到使用英特爾處理(lǐ)器(qì)的(de)等效系統在空閑時(shí)消耗 20 瓦，在負載下(xià)消耗 122 瓦。M1 的(de)成果有(yǒu)效地(dì)将蘋果産品的(de)電(diàn)池壽命延長(cháng)了一倍。
到目前為(wèi)止，SoC 和(hé) SoM 的(de)最大優勢之一是使用的(de)所有(yǒu)矽空間(jiān)都(dōu)專用于設備将用于的(de)特定應用。例如，來(lái)自(zì) Intel 或 AMD 的(de)現(xiàn)代 CPU 必須是通(tōng)用計(jì)算(suàn)機(jī)，因為(wèi)該 CPU 的(de)應用程序是未知的(de)。客戶可以輕松地(dì)将英特爾 CPU 用于必須優先考慮 I/O 的(de)機(jī)器(qì)人(rén)控制器(qì)、用于浮點運算(suàn)必不可少的(de)超級計(jì)算(suàn)機(jī)或必須考慮能源效率的(de)通(tōng)用筆(bǐ)記本電(diàn)腦。這(zhè)意味着英特爾必須使他(tā)們的(de)設備盡可能通(tōng)用，以便輕松集成到任何應用程序中。然而，這(zhè)使得這(zhè)種設備更像是“萬事(shì)通(tōng)，無所事(shì)事(shì)”，因為(wèi)它不能專門用于任何一項任務。但(dàn)是，可以将 SoC 設計(jì)為(wèi)僅集成對(duì)其将用于的(de)任務必不可少的(de)硬件(jiàn)。例如，移動處理(lǐ)器(qì)可以具有(yǒu)用于能量消耗的(de)低(dī)能量電(diàn)路(lù)，而自(zì)動駕駛汽車中的(de)視(shì)覺系統可以集成 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(jì)人(rén)員(yuán)定制完美(měi)适合應用的(de)設計(jì)。Apple M2 傳聞如何顯示 M1 的(de)成功
雖然報告尚未得到證實，但(dàn)人(rén)們普遍認為(wèi)蘋果正在開(kāi)發 M2，它将取代 M1。有(yǒu)傳言稱，核心不會有(yǒu)太大變化(huà)，但(dàn) GPU 會得到改進，CPU 頻(pín)率會提高(gāo)。這(zhè)種設備的(de)假定發布日(rì)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(dàn) M1 的(de)成功完美(měi)地(dì)展示了 SoC 和(hé) SoM 的(de)優勢。當然，Apple M1 并不是市(shì)場(chǎng)上(shàng)最強大的(de)處理(lǐ)器(qì)。該王冠屬于 Ryzen ThreadRipper 3990X，但(dàn)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(diàn)池壽命，而專為(wèi) macOS 定制硬件(jiàn)的(de)能力允許超高(gāo)效的(de)操作(zuò)系統設計(jì)。毫無疑問(wèn)，SoC 和(hé) SoM 将成為(wèi)計(jì)算(suàn)設備的(de)行業(yè)标準。但(dàn)令工(gōng)程師(shī)興奮的(de)是定制芯片服務，它可以讓客戶選擇半導體(tǐ)芯片并将它們連接到 SoM 上(shàng)，就像定制 PCB 服務和(hé)組件(jiàn)組裝一樣。
