Back

Apple M1晶片大解析

      科技發展至今,我們與科技接觸的頻率越來越頻繁,因為這項主題與我們的日常生活 有很大的關連性,隨著地球暖化日漸嚴重,因此每一分能源都非常重要,蘋果電腦公司會將 所有電腦產品線全換上 ARM 架構,而換新的原因是 ARM 處理器的能耗比會比之前所採用 的 intel 14nm 的處理器還來的省電,且溫度也會來的更低,世界上的每一項科技都正在進步, 而隨著時間的推進,人類也了解越來越多的知識,會有更多新型科技的出現,但是這些科技 的研發往往都會浪費許多地球資源的耗損,因此要如何研發出對地球更友善且可以幫助生 活的新產品。

蘋果處理器進化史:

Power PC CPU :

     1975 年 , IBM公司小型計算機工程結構方面做了許多開放性試驗。此計算機 與貝克萊大學的RISC 處理器引發了RISC機器革新運動 , 然而此計算機僅僅是一個用來演示某種概念的原型機。

intel X86 :

     X86架構於intel公司所開發的處理器的指令集架構,這類型處理器最早為 1978 年面市的Intel 8086 CPU, 此系列為較早期的處理器名稱是以數字來表示 80×86。由於是以 86 作為結尾,包括 Intel 8086、80186、80286等,因此其架構被稱為x86,此處理器需處理的指令集較為複雜,因此會產生較多熱能及功耗。

ARM架構:

      ARM 架構,過去稱作進階精簡指令集機器,其廣泛地使用在許多嵌入式的系統設計。由於節能的特點,其在其他領域上也有很多作為。ARM 處理器非常適用於 手機領域,符合其主要設計目標為低成本、高效能、低耗電的特性。ARM 架構處理 器佔市面上所有32 位元嵌入式處理器90%的比例。因此因為低耗電的特性,有許多 機器人、手錶、樹莓派、及天天在使用的手機都是使用ARM 架構的處理器在運算的。

M1 核心架構:

      以蘋果公司在 2020 年 11 月 11 日凌晨所發表搭載M1 ARM處理器的MacBook Pro來說,蘋果把處理器分成4個性能大核、4個省電核心、8核顯示圖形處理器及16個AI核心神經網路引擎,這些核心都分得非常明確,哪些核心都有負責的工作, 像是 AI 核心會在機器開啟時進行學習及分析數據資料並傳回蘋果的大數據中心,而這個技術在我打聽之下會用在 MacBook Pro 的人臉解鎖分析學習,而M1 CPU 比起其 他 PC 處理器的最特別之處就是分成性能核心及省電核心,這個技術可用於待機或文 書處理時使用省電核心,而在剪輯影片或處理高效能任務時會自動調成全核心運 作,讓性能起飛,因此這次 M1 MacBook Pro 的電池續航力是所有市面上輕薄筆電中最強的,長達到了 20 小時的續航。

M1 處理器的通道溝通法:

      過去,Mac 需要使用多個晶片分別擔負處理器、I/O、安全防護和記憶體等不同功能,而現在蘋果M1 ARM架構處理器使用SoC整合通道指令的方式,把顯卡 及記憶體統一在處理器的晶片中,這就會讓需使用到顯卡或記憶體的工作不需像一 般 PC 主機一樣需與南僑進行轉碼後在調用顯卡及記憶體,因此工作孝路會提升不 少,尤其是在進行影片輸出時,個人實測發現正在進行高碼率的影片輸出時,就會 立刻調用顯卡加速,而 Windows 的 Premiere 時就會先進行轉碼在等待顯卡回應,而導致工作效率降低。詳細影片輸出轉碼時間請見下表。

能耗問題:

      目前實測下來,i9 10900k 的 X86 處理器在滿載時最高溫度可達到 115 度,因此在散熱方面需使用許多風扇來散熱,而且我的主機使用的是 4 顆貓頭鷹的工業 2200 轉 速的風扇,因此在耗電量在高可到達 700w,也就是每天使用三個小時就會耗掉 2.1 度 的電量,等於每月需繳約 120 元的電費,且電腦排出來的熱氣會讓人感到燥熱,因此會再開冷氣來讓室內更加舒適,對地球來說是非常不友好的舉動。反觀蘋果的 M1 CPU 在滿載時只有約20W的耗電量,且發熱量非常低,所以計算下來是相對環保許多的。因此在這次的實驗中發現耗電量與發熱量是成正比的。

處理器轉型的過渡期:

      轉型或創新一個產品時,通常會有兩年的過度轉移期,包含這次的 CPU 轉型也逃不掉,而這段時間,各大軟體廠商都需要花許多時間進行編譯適合新架構的程式,已 達成開賣產品時,可以讓消費者使用到最穩定的系統,但是某些較小的軟體廠商,將 不會像大廠那麼快編譯出新架構軟體,以我的經驗,大概要一兩年後,所有軟體才會 有一個完美的軟體生態系。而在硬體配件部分,也需要大大的努力研發,因為改架構會導致I/O連接埠和CPU的通道更改,可能會發生舊設備無法相容或無法發揮全速的 問題,對消費者來說非常不友善。

      蘋果使用者也都應該知道,在早期的這二個 CPU 的程式碼執行程序是相反的,所以在當時的 Rosetta 轉換,也是有很多的陣痛,特別是除了蘋果本身的應用 程式之外,其他協力廠商的應用程式,也是會有很多的問題,而這次的 ARM Silicon CPU 也是一樣,跟 Intel 是不同的程式架構,跟之前的Power PC是相同的RISC架構,雖然蘋果本身已經使用ARM在 iOS 的使用上,但是在 macOS 的應用程式來說,畢竟架構比起 iOS 的架構要來得大上許多。

微軟的轉變:

      微軟 Surface Pro 目前高通的 S865 ARM 行動行處理器,但在近年來說,Surface Pro 軟體的資源性還非常低,只有支援一些 32 位元的軟體,真正支援原生ARM的軟體可說是極少,例如 Adobe 的 Photoshop 只能安裝 2018 年的 32bit 軟體版本,因此 ARM 在 這些程式中會非常卡,或是無法運行等等,個人使用 Photoshop 有遇過創作到一半時直接閃退,而資料也沒有儲存,真的令人崩潰。但微軟表示他們已經在十年前試過轉型ARM處理器。

總結:

      最後還是建議以先觀察後下手,除非有足夠的預算,可以先買來測試使用,否則的話,如果近期內有購機需求,都還是建議先以 Intel 主機作為主要考慮的條件, 基本上蘋果對於 Intel 的主機來說,他們還是有義務延續作業系統與應用程式更新的責任,所以至少在3年,最多5年內(保守估計),Intel 主機的支援,還是會有所延續。而使用到這樣的年限來說,到時候再購買 ARM Silicon CPU 的主機,也會是比較成熟的產品。 陳昭儒 蘋果 m1

Ricky Chen
Ricky Chen

Leave a Reply

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *