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Lamp037
3C・2021.11.04・3 次觀看

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蘋果高管揭秘「王炸晶片」的誕生:我們把手機晶片放進電腦了

「希望人們不會笑著說,他們怎麼會把手機晶片放進電腦裡。」



蘋果晶片架構師、副總裁蒂姆・米勒特(Tim Millet). 圖片來自:Apple


在 Upgrade 最新的一則播客中,蘋果晶片架構師、副總裁蒂姆・米勒特(Tim Millet)講述了 M1 Pro、M1 Max 背後研發故事。



而上述的描述可以說是在 M1 Pro、M1 Max 研發過程中,蘋果工程師們的一個小小期許。


「還好我們成功了」,M1 Pro、M1 Max 的出現不僅讓基於 ARM 的 M 系晶片踏入專業領域,也促使新 MacBook Pro 14、16 成為史上最快的 Mac,甚至可以說史上最快的膝上型電腦?



雖然 Tim 在播客中的話語十分謙虛,但聽完這 100 分鐘的採訪,話語之中有著很強的自豪感。


研發 M1 Pro、M1 Max 的工程師們把這兩枚晶片形容為「改變了遊戲規則」和「把門關上」,而關在門外的不僅是專業 PC,也有曾經的 MacBook Pro 們。




以 M1 為起點,但始於 A 系晶片


從命名就可以看出,新處理器並不叫 M2,仍然沿用了 M1 相同的 5nm 製程、大小核、統一記憶體等架構,但核心數、記憶體、頻寬等等均做了加幾倍的「擴充套件」,並在加上了 Pro、Max 的字尾。



用 Tim Millet 的話來說就是「我們是從 M1 基礎架構開始,並把 M1 全部拆開,然後再把它們全部裝進去」。


開發 M1 Pro、M1 Max 的最終目標也並非是「不被嘲笑」,而是與蘋果一貫想要創造「最好的產品」初衷相同,去做出最好的 MacBook Pro。



在 M1 推出之前,蘋果醞釀了相當長的時間,緣由也並非是像坊間傳聞那般,Intel 的處理器進步乏力。甚至可以說與 Intel 關聯沒有那麼大,它無非是個催化劑罷了。


「我們不想要為商家、供應商或通用的解決方案」蘋果硬體技術高階副總裁 Johny Srouji 說到,「而是想要一枚晶片能夠真正緊密地整合軟體、系統與產品」。



M1 大獲成功並大殺四方之後,蘋果為 M1 Pro、M1 Max 的研發投入了更多的人力、資源和力度。


甚至 Tim Millet 直言到「從 A 系晶片轉向開發 M 系晶片所花費的精力都沒有從 M1 到 M1 Pro、M1 Max 花費的多」。



蘋果近些年的硬體(iPhone、iPad、Mac)和軟體(系統)一直存在一些不同的聲音,並不認為它們已經是當下最佳的產品。


反而,A 系晶片設計、製造能力一直處於絕對的領先地位,無出其右。



現在 M 系晶片的一鳴驚人,實則也是「站在巨人的肩膀之上」,只是這個巨人是蘋果在晶片製造領域數十年的研發技術積累上。


而 M1 Pro、M1 Max 把蘋果數十年的經驗積累幾乎全部發揮出來,並揚長避短,長是 ARM 架構,短是 X86 架構。



「統一記憶體」是一切優勢的基礎


「我想讓他們大開眼見」,「讓 MacBook Pro 在漂亮的外表下蘊藏著一隻強大的內心」。



在釋出會之上,對於 M1 Pro、M1 Max 大談能效比,在同功耗下,效能超越許多專業平臺,而在同性能之下,功耗又最低。有點不講武德。


雖然這種不同維度的對比有點取巧的嫌疑,但對於一個筆記本移動平臺來說,功耗比絕對是一個不可忽視的屬性。



M 系列晶片一貫的「高能低耗」給 MacBook Pro 帶來了更好的電池續航力,且無論外接電源與否都不會影響效能釋放。


造成如此的原因可以歸功於統一記憶體架構(unified memory architecture,縮寫為 UMA)。



傳統的晶片(指 X86 平臺)CPU、GPU 並非共用記憶體,當需要資料互動時,大量的時間浪費在資料的移動複製過程,效率低下。


M1 Pro、M1 Max 相對於 M1 的記憶體加倍(最高可達 64GB),並且分別有著 200GB/s 和 400GB/s 的頻寬,CPU 與 GPU 共享記憶體,不倒騰資料了,效率自然就提升了。


在此 Tim Millet 依然舉了個例子,傳統的號稱專業的筆記本平臺,往往是高能 CPU 與獨顯的組合。



大量的 3D 運算和影象計算都需要 GPU 有著足夠的視訊記憶體和頻寬,如果足夠,發揮起來便會得心應手。反之,當視訊記憶體和頻寬達到極限後,發揮起來就要畏手畏腳,此時往往還伴隨著風扇的「怒吼」。


而 M1 Pro、M1 Max 之中的統一記憶體架構允許 GPU 訪問 64GB 記憶體,相對於傳統專業筆記本 16GB 的視訊記憶體,顯然新 MacBook Pro 會做一些此前根本無法做到的事情。


就如同在蘋果釋出會上,蘋果用 MacBook Pro 16 直接毫不費力地打開了一個擁有 137 萬個三角形所繪製的 3D 模型,它會佔據接近 35GB 的記憶體,在此之前根本無法在筆記本平臺上執行。



一口氣就能開啟企業號的 3D 模型.


作為共享的統一記憶體,Tim Millet 表示在很早開發 A 系列晶片時,蘋果就嘗試讓 GPU 跑滿記憶體,以找到與 CPU 的平衡點。


「我們一直在跟蹤 GPU 和其記憶體佔用,以確保 GPU 有足夠頻寬的前提下,與 CPU 保持相對的平衡」。



MacBook Pro 14 X 光透檢視。圖片來自:ifixit


我們其實不太關心 CPU、GPU 單個核心的架構,更想提供「豪華」的核心數量,並儘可能的帶來奢華的配備。


在 Mac Pro 上,蘋果推出了一組售價 15000 元的 Afterburner 加速卡,為的就是 ProRes 影片所準備。



而到了 M1 Pro、M1 Max 上,面對專業的影片製造領域,蘋果還加入了專業的「媒體處理引擎」,說白了就是把 Mac Pro 上的加速卡給整合到了晶片之中。


統一記憶體架構的設計打破了「所有的瓶頸」,也是 Tim Millet 認為 M 系列晶片的競爭力和巨大優勢的所在。




不做藝術品,一切只為了 Pro 玩家


「希望 MacBook Pro 使用者坐下就能工作。」



雖然這句話說的過於現實,但不可避免的也展示了新 MacBook Pro 就是為當下打工人所準備的。


由此,M1 Pro、M1 Max 為基礎的 MacBook Pro 極大的擴充套件了介面,HDMI、MagSafe、SD 卡槽統統迴歸,同時也升級了雷靂介面,專業性凸顯。



Tim Millet 在播客中坦承去年 M1 剛剛推出時,介面支援的不多,實則是由於晶片的限制。在開發 M1 Pro、M1 Max 之時,對 IO 進行了重新的設計,以確保 MacBook Pro 有著足夠 Pro 的系統拓展。


從 A 系列開始,到 M 系列,蘋果已經增加了一些附加功能,去滿足膝上型電腦或臺式電腦的擴充套件需求。



到了 M1 Pro、M1 Max 時,蘋果聽取了內部工作流團隊的專業意見,這個團隊內有獲獎攝影師、攝像師,3D 藝術家,音樂製作人等,更豐富的介面顯然是「剛需」。


「我們知道藝術品是什麼樣子,消費電子產品該如何。」


都說這次 MacBook Pro 設計風格的改變,其實是更傾向於「實用性」,於是沒有去過分的削減厚度和重量,維持在了與前代(老模具)接近的水準,介面多了、電池大了。



這是 Tim Millet 主導的開發團隊以 Pro 領域,Pro 需求為基準線所打造的新 MacBook Pro。從晶片、硬體、軟體各方面都去以有專業工作流的人士為參考,並融入蘋果的設計,誕生了 M1 Pro、M1 Max 以及 MacBook Pro。


「M 系列已經進入了完全不同的領域」,小試牛刀的 M1 面向消費市場,而 M1 Pro、M1 Max 則是蘋果有能力製造專業級晶片的一個證明。




我們要的只是晶片,而不是通用方案


「我們需要自己設計晶片來讓生產出來的 Mac 成為歷史最佳。」



這是去年蘋果硬體高階副總裁 Johny Srouji 在接受 ArsTechnica 採訪時,對於為何要開發 M 晶片所說的一個理由。


另一個理由並非是 Intel 晶片不行,而是「努力創造出最好的產品」。


正如前文所提,蘋果並不想要通用的晶片解決方案,更需要一枚定製晶片,以便讓 Mac 與 iPhone 類似,把硬體與軟體系統深度繫結,且是從開發階段就能針對各種需求來不斷的調整。



雖然 M1 晶片用的仍然是舊的模具,但在 macOS Monterey 更新之後,Intel 晶片的 MacBook Pro 已經缺失了許多新功能。


這是由於 M 系列晶片有著單獨的神經引擎,從而提供計算攝像、FaceTime 實時模糊、語音轉文字等一些小功能。



在最新的 M1 Pro、M1 Max 和新 MacBook Pro 開發過程中,硬體部門、軟體部門、晶片開發部門同吃同住,保持一致的步調,讓晶片的功能融入系統功能和互動,比如根據不同的工作流在分配 CPU、GPU 記憶體,並實時調動資源來達到高效的運用。



單獨挑出 M1 Pro、M1 Max 來說,可能在絕對效能上,並非是當下晶片的至強,但把它們整合進 MacBook Pro 之中,輔以 macOS Monterey,這套面向 Pro 使用者和 Pro 領域的方案,或許是當下足夠強大的存在。


甚至可以說,搭載 M1 Pro、M1 Max 的 MacBook Pro 已朝著地表最專業筆記本的目標邁進了一大步。



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