苹果高管揭秘「王炸芯片」的诞生:我们把手机芯片放进电脑了

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楼主 (北美华人网)
「希望人们不会笑着说,他们怎么会把手机芯片放进电脑里。」
▲ 苹果芯片架构师、副总裁蒂姆·米勒特(Tim Millet). 图片来自:Apple
在 Upgrade [ 链接:sixcolors.com/podcast/2021/11/upgrade-379-they-feed-on-memory-bandwidth/ ] 最新的一则播客中,苹果芯片架构师、副总裁蒂姆·米勒特(Tim Millet)讲述了 M1 Pro、M1 Max 背后研发故事。

而上述的描述可以说是在 M1 Pro、M1 Max 研发过程中,苹果工程师们的一个小小期许。「还好我们成功了」,M1 Pro、M1 Max 的出现不仅让基于 ARM 的 M 系芯片踏入专业领域,也促使新 MacBook Pro 14、16 成为史上最快的 Mac,甚至可以说史上最快的笔记本电脑?

虽然 Tim 在播客中的话语十分谦虚,但听完这 100 分钟的采访,话语之中有着很强的自豪感。研发 M1 Pro、M1 Max 的工程师们把这两枚芯片形容为「改变了游戏规则」和「把门关上」,而关在门外的不仅是专业 PC,也有曾经的 MacBook Pro 们。从命名就可以看出,新处理器并不叫 M2,仍然沿用了 M1 相同的 5nm 制程、大小核、统一内存等架构,但核心数、内存、带宽等等均做了加几倍的「扩展」,并在加上了 Pro、Max 的后缀。

用 Tim Millet 的话来说就是「我们是从 M1 基础架构开始,并把 M1 全部拆开,然后再把它们全部装进去」。开发 M1 Pro、M1 Max 的最终目标也并非是「不被嘲笑」,而是与苹果一贯想要创造「最好的产品」初衷相同,去做出最好的 MacBook Pro。

在 M1 推出之前,苹果酝酿了相当长的时间,缘由也并非是像坊间传闻那般,Intel 的处理器进步乏力。甚至可以说与 Intel 关联没有那么大,它无非是个催化剂罢了。「我们不想要为商家、供应商或通用的解决方案」苹果硬件技术高级副总裁 Johny Srouji 说到 [ 链接:arstechnica.com/gadgets/2020/11/we-are-giddy-interviewing-apple-about-its-mac-silicon-revolution/ ],「而是想要一枚芯片能够真正紧密地集成软件、系统与产品」。
M1 大获成功并大杀四方之后,苹果为 M1 Pro、M1 Max 的研发投入了更多的人力、资源和力度。甚至 Tim Millet 直言到「从 A 系芯片转向开发 M 系芯片所花费的精力都没有从 M1 到 M1 Pro、M1 Max 花费的多」。

苹果近些年的硬件(iPhone、iPad、Mac)和软件(系统)一直存在一些不同的声音,并不认为它们已经是当下最佳的产品。反而,A 系芯片设计、制造能力一直处于绝对的领先地位,无出其右。

现在 M 系芯片的一鸣惊人,实则也是「站在巨人的肩膀之上」,只是这个巨人是苹果在芯片制造领域数十年的研发技术积累上。而 M1 Pro、M1 Max 把苹果数十年的经验积累几乎全部发挥出来,并扬长避短,长是 ARM 架构,短是 X86 架构。「我想让他们大开眼见」,「让 MacBook Pro 在漂亮的外表下蕴藏着一只强大的内心」。

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在发布会之上,对于 M1 Pro、M1 Max 大谈能效比,在同功耗下,性能超越许多专业平台,而在同性能之下,功耗又最低。有点不讲武德。虽然这种不同维度的对比有点取巧的嫌疑,但对于一个笔记本移动平台来说,功耗比绝对是一个不可忽视的属性。

M 系列芯片一贯的「高能低耗」给 MacBook Pro 带来了更好的电池续航力,且无论外接电源与否都不会影响性能释放。造成如此的原因可以归功于统一内存架构(unified memory architecture,缩写为 UMA)。

传统的芯片(指 X86 平台)CPU、GPU 并非共用内存,当需要数据交互时,大量的时间浪费在数据的移动复制过程,效率低下。M1 Pro、M1 Max 相对于 M1 的内存加倍(最高可达 64GB),并且分别有着 200GB/s 和 400GB/s 的带宽,CPU 与 GPU 共享内存,不倒腾数据了,效率自然就提升了。在此 Tim Millet 依然举了个例子,传统的号称专业的笔记本平台,往往是高能 CPU 与独显的组合。

大量的 3D 运算和图像计算都需要 GPU 有着足够的显存和带宽,如果足够,发挥起来便会得心应手。反之,当显存和带宽达到极限后,发挥起来就要畏手畏脚,此时往往还伴随着风扇的「怒吼」。而 M1 Pro、M1 Max 之中的统一内存架构允许 GPU 访问 64GB 内存,相对于传统专业笔记本 16GB 的显存,显然新 MacBook Pro 会做一些此前根本无法做到的事情。就如同在苹果发布会上,苹果用 MacBook Pro 16 直接毫不费力地打开了一个拥有 137 万个三角形所绘制的 3D 模型,它会占据接近 35GB 的内存,在此之前根本无法在笔记本平台上运行。
▲ 一口气就能打开企业号的 3D 模型.
作为共享的统一内存,Tim Millet 表示在很早开发 A 系列芯片时,苹果就尝试让 GPU 跑满内存,以找到与 CPU 的平衡点。「我们一直在跟踪 GPU 和其内存占用,以确保 GPU 有足够带宽的前提下,与 CPU 保持相对的平衡」。 ▲ MacBook Pro 14 X 光透视图. 图片来自:ifixit
我们其实不太关心 CPU、GPU 单个核心的架构,更想提供「豪华」的核心数量,并尽可能的带来奢华的配备。在 Mac Pro 上,苹果推出了一组售价 15000 元的 Afterburner 加速卡,为的就是 ProRes 视频所准备。

而到了 M1 Pro、M1 Max 上,面对专业的视频制造领域,苹果还加入了专业的「媒体处理引擎」,说白了就是把 Mac Pro 上的加速卡给集成到了芯片之中。统一内存架构的设计打破了「所有的瓶颈」,也是 Tim Millet 认为 M 系列芯片的竞争力和巨大优势的所在。「希望 MacBook Pro 用户坐下就能工作。」

虽然这句话说的过于现实,但不可避免的也展示了新 MacBook Pro 就是为当下打工人所准备的。由此,M1 Pro、M1 Max 为基础的 MacBook Pro 极大的扩展了接口,HDMI、MagSafe、SD 卡槽统统回归,同时也升级了雷雳接口,专业性凸显。

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Tim Millet 在播客中坦承去年 M1 刚刚推出时,接口支持的不多,实则是由于芯片的限制。在开发 M1 Pro、M1 Max 之时,对 IO 进行了重新的设计,以确保 MacBook Pro 有着足够 Pro 的系统拓展。从 A 系列开始,到 M 系列,苹果已经增加了一些附加功能,去满足笔记本电脑或台式电脑的扩展需求。

到了 M1 Pro、M1 Max 时,苹果听取了内部工作流团队的专业意见,这个团队内有获奖摄影师、摄像师,3D 艺术家,音乐制作人等,更丰富的接口显然是「刚需」。「我们知道艺术品是什么样子,消费电子产品该如何。」都说这次 MacBook Pro 设计风格的改变,其实是更倾向于「实用性」,于是没有去过分的削减厚度和重量,维持在了与前代(老模具)接近的水准,接口多了、电池大了。

这是 Tim Millet 主导的开发团队以 Pro 领域,Pro 需求为基准线所打造的新 MacBook Pro。从芯片、硬件、软件各方面都去以有专业工作流的人士为参考,并融入苹果的设计,诞生了 M1 Pro、M1 Max 以及 MacBook Pro。「M 系列已经进入了完全不同的领域」,小试牛刀的 M1 面向消费市场,而 M1 Pro、M1 Max 则是苹果有能力制造专业级芯片的一个证明。「我们需要自己设计芯片来让生产出来的 Mac 成为历史最佳。」

这是去年苹果硬件高级副总裁 Johny Srouji 在接受 Arstechnica 采访 [ 链接:arstechnica.com/gadgets/2020/11/we-are-giddy-interviewing-apple-about-its-mac-silicon-revolution/ ]时,对于为何要开发 M 芯片所说的一个理由。另一个理由并非是 Intel 芯片不行,而是「努力创造出最好的产品」。正如前文所提,苹果并不想要通用的芯片解决方案,更需要一枚定制芯片,以便让 Mac 与 iPhone 类似,把硬件与软件系统深度绑定,且是从开发阶段就能针对各种需求来不断的调整。

虽然 M1 芯片用的仍然是旧的模具,但在 macOS Monterey 更新之后,Intel 芯片的 MacBook Pro 已经缺失了许多新功能。这是由于 M 系列芯片有着单独的神经引擎,从而提供计算摄像、FaceTime 实时模糊、语音转文字等一些小功能。

在最新的 M1 Pro、M1 Max 和新 MacBook Pro 开发过程中,硬件部门、软件部门、芯片开发部门同吃同住,保持一致的步调,让芯片的功能融入系统功能和交互,比如根据不同的工作流在分配 CPU、GPU 内存,并实时调动资源来达到高效的运用。

单独挑出 M1 Pro、M1 Max 来说,可能在绝对性能上,并非是当下芯片的至强,但把它们整合进 MacBook Pro 之中,辅以 macOS Monterey,这套面向 Pro 用户和 Pro 领域的方案,或许是当下足够强大的存在。甚至可以说,搭载 M1 Pro、M1 Max 的 MacBook Pro 已朝着地表最专业笔记本的目标迈进了一大步。
来源:ifanr