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Apple M1

蘋果公司自研處理器單晶片系統

Apple M1系列是苹果公司第一款基于ARM架构，并使用于桌面型与笔记本电脑的的自研处理器单片系统（SoC），于2020 年 11 月 10 日推出。为麦金塔计算机产品线与iPad产品线提供中央处理器。[2]它搭载于MacBook Air (2020 年末)、Mac Mini (2020 年末)、MacBook Pro（13 英寸，2020 年）、iMac、iPad Pro及iPad Air (第五代)上。[3]M1是首款用于个人电脑的5纳米芯片。苹果宣称该芯片在所有低功耗中央处理器产品中性能最佳，同时具有最佳的性能功耗比。[2][4]

Apple M1
M1芯片图片
设计团队苹果公司
生产商
微架构“Firestorm”和“Icestorm”[1]
指令集架构AArch64（架构）
ARMv8-A（指令集架构）
制作工艺/工艺N5
产品编码APL1102
核心数量8 (4高性能 + 4低功耗)（M1）
10（8高性能 + 2低功耗）（M1 Pro & MAX）
二级缓存12MB（高性能核心）
4MB（低功耗核心）
应用平台台式机（Mac Mini及iMac）
笔记本电脑（MacBook家族）
平板电脑（iPad Pro/Air）
继任产品Apple M2
相关产品Apple A14
Apple M1 Pro
Apple M1 Max
Apple M1 Ultra

2021年10月18日，苹果发布了面对专业用户的Apple M1 Pro和M1 Max，与原版M1相比，在性能上的提升明显。 2022年3月8日，苹果推出了由两颗M1 Max介接而成的Apple M1 Ultra，它是M1的最高阶版。

架构

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Apple M1成为主处理器之前，苹果从Mac开始内置T系列系统安全芯片，为迁移ARM做准备。[5]

M1

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该芯片内有四个高性能“Firestorm”核心和四个低功耗“Icestorm”核心，结构类似ARM的big.LITTLE和Intel的“Lakefield”系列架构。[6]这样的架构能实现以往苹果-英特尔架构（英语：Apple–Intel architecture）无法达到的能效比优化。苹果宣称低功耗核心只需要高性能核心十分之一的电量。四个高性能核心均有192 KB指令缓存和128 KB数据缓存，并共享12 MB二级缓存；四个低功耗核心均有128 KB指令缓存和64 KB数据缓存，并共享4 MB二级缓存。“Icestorm”的“E集群”频率为0.6–2.064 GHz，最高功耗为1.3 W，而“Firestorm”的“P集群”的频率为0.6–3.204 GHz，最高功耗为13.8 W。M1芯片还包含苹果自己设计的8核（部分型号为7核）图形处理器（GPU）。苹果宣称它可以同时执行25,000个线程。芯片还有一个专用的16核神经网络引擎，可以每秒执行11兆次运算。芯片其他组成部分还包括图像处理器（ISP）、NVM存储、Thunderbolt 4控制器和Secure Enclave。[7]

M1芯片内有4266 MT/s的LPDDR4X SDRAM[8]，采用统一存储器（unified memory）配置（即M1芯片内所有组件共享这一存储器）。除此之外，整个SoC和RAM采取封装内系统的形式配置在一起。有8 GB和 16 GB两种配置供选择。[9]

Rosetta 2动态二进制转译技术使得搭载M1芯片的设备仍然能够运行原有为x86架构处理器设计的软件。[10]

M1 Pro

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主条目：Apple M1 Pro和M1 Max

M1 Max

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主条目：Apple M1 Pro和M1 Max

M1 Ultra

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M1 Ultra处理器是由两个M1 Max处理器用UltraFusion介接而成，M1 Ultra处理器的技术参数是M1 Max处理器的两倍。

制造

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由于苹果公司是一家无厂半导体公司，自身团队专攻芯片设计，最终的芯片制造需要晶圆代工厂家来完成。苹果预订了台积电的5纳米生产线来制造该款芯片。苹果也是TSMC 5纳米生产线的前期客户之一。[11]M1 Pro 和 M1 Max 具有八个高性能“Firestorm”（M1 Pro 的低分档变体中有六个）和两个节能的“Icestorm”内核，提供总共 10 个内核（某些内核中有 8 个）的混合配置M1 Pro 的基本型号）。M1 Pro 集成了 Apple 设计的 16 核（在某些基本型号中为 14 个）图形处理单元 (GPU)，而 M1 Max 则集成了一个 32 核（在某些基本型号中为 24 个）GPU。每个 GPU 内核分为 16 个执行单元，每个执行单元包含 8 个算术逻辑单元 (ALU)。 M1 Max GPU 总共包含多达 512 个执行单元或 4096 个 ALU，其最大浮点 (FP32) 性能为 10.4 TFLOP。

它们具有与 Apple A14 Bionic 相同的 16 核神经引擎、Secure Enclave 和两个媒体引擎，并包括三个 Thunderbolt 4 控制器。M1 Pro 和 M1 Max 具有统一的内存架构，这意味着芯片上的所有组件，例如 CPU 和 GPU，共享相同的内存寻址。内存为 8 沟道 LPDDR5-6400 SDRAM，M1 Pro 的总带宽为 200 GB/s，M1 Max 的总带宽为 400 GB/s。 M1 Pro 有 16 GB 和 32 GB 的内存配置，而 M1 Max 有 32 GB 和 64 GB 的配置。 M1 Max 支持 16 英寸 MacBook Pro 上的高功率模式，用于执行密集型任务。 M1 Pro 支持两个通过 Thunderbolt 的 6K 显示器和一个通过 HDMI 的 4K 显示器，而 M1 Max 支持第三个通过 Thunderbolt 的 6K 显示器。

应用产品

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M1

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M1 Pro

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M1 Max

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M1 Ultra

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延伸型

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下表显示了基于“Firestorm”和“Icestorm”微架构的各种 SoC。

芯片 CPU

核心 (性能+效率)

GPU
核心 		记忆体 (GB) 晶体管

数目

A14 6 (2+4) 4 4 - 6 118亿
M1 8 (4+4) 7 8 - 16 160亿
8
M1 Pro 8 (6+2) 14 16 - 32 337亿
10 (8+2)
16
M1 Max[注 1] 10 (8+2) 24 32 - 64 570亿
32
M1 Ultra[注 1] 20 (16+4) 48 64 - 128 1140亿
64
  1. ^ 1.0 1.1 M1 Ultra处理器是由两个M1 Max处理器用UltraFusion合成，技术参数是M1 Max处理器的两倍。

图库

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  •  
    M1 (APL1102)
  •  
    M1 Pro (APL1103)
  •  
    M1 Max (APL1105)
  •  
    M1 Ultra (APL1W06)

拓展阅读

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参考文献

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  1. ^ Frumusanu, Andrei, The 2020 Mac Mini Unleashed: Putting Apple Silicon M1 To The Test, [2020-11-18], （原始内容存档于2021-01-23） （英语） 
  2. ^ 2.0 2.1 The Apple M1 is the first ARM-based chipset for Macs with the fastest CPU cores and top iGPU. GSMArena.com. [2020-11-11]. （原始内容存档于2021-01-25） （英语）. 
  3. ^ New MacBook Pro, MacBook Air, Mac Mini With Apple M1 SoC. NDTV Gadgets 360. [2020-11-11]. （原始内容存档于2020-12-28） （英语）. 
  4. ^ Sohail, Omar. Apple’s 5nm M1 Chip Is the First for ARM-Based Macs - Boasts 2x More Performance Than Latest Laptop CPU, Uses One-Fourth the Power. Wccftech. [2020-11-11]. （原始内容存档于2021-01-26） （英语）. 
  5. ^ 存档副本. [2021-07-28]. （原始内容存档于2021-07-28）. 
  6. ^ Apple M1 Chip. Apple.com. Apple. [2020-11-11]. （原始内容存档于2020-11-10） （英语）. 
  7. ^ Apple's M1: A closer look at the chip inside of the latest Macs. Tech Republic. [2020-11-19]. （原始内容存档于2021-01-27） （英语）. 
  8. ^ The 2020 Mac Mini Unleashed: Putting Apple Silicon M1 To The Test. ANANDTECH. [2020-11-19]. （原始内容存档于2021-01-23） （英语）. 
  9. ^ With M1 Macs, memory isn't what it used to be. Mac World. [2020-11-19]. （原始内容存档于2020-11-20） （英语）. 
  10. ^ How Fast Is Apple's M1 Chip? It Depends on the App. PC Magazine. [2020-11-19]. （原始内容存档于2021-01-26） （英语）. 
  11. ^ First seven customers for 5nm TSMC production. EE News Europe. [2020-11-19]. （原始内容存档于2020-11-18） （英语）. 
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