Apple M1 处理器概述和兼容性

已发表: 2022-03-11

每一次 Apple 活动都吸引了很多关注，但 2020 年 MacBook Air、MacBook Pro 和 Mac Mini 的发布不仅仅是新功能和时尚的工业设计。 今年，重磅消息以 Apple M1 片上系统 (SoC) 的形式隐藏在新款 MacBook 阳极氧化铝机箱的深处，它将取代 13 英寸 MacBook 和 Mac Mini 中的英特尔处理器。

为什么过渡到 Apple 处理器如此重要？ 毕竟，Apple 自 2010 年以来一直在设计其智能手机处理器，这并不是它第一次采用新的 CPU 架构。 苹果经历了许多不同的架构，从沃兹尼亚克时代的摩托罗拉 CPU，到 90 年代的 PowerPC 芯片，再到 2005 年的英特尔 x86 处理器。现在，该公司正在转向自己设计的基于 ARM 的处理器。 相比之下，自 1981 年第一台 IBM PC 推出以来，Windows PC 平台一直坚持使用 x86 处理器。

今天，我们将深入了解 Apple 的新 M1 芯片，它对软件工程师、设计师、消费者和整个行业的影响。 为简洁起见，我们不会为您提供详细的性能评估或测试单个软件套件和工具、旧版软件、SDK 等的兼容性。 由于您可以在知名硬件网站上轻松找到基准测试和评论，因此我们将着眼于全局，并解决有兴趣购买 Apple 新款 M1 MacBook 的设计师和开发人员提出的一些担忧。

是什么让 Apple M1 处理器与众不同？

是什么让 Apple M1 处理器与众不同？ Apple M1 在许多方面与之前 MacBook 中使用的 Intel 处理器不同：

  • M1 是 ARM 处理器，而不是 x86 处理器。
  • 它集成了比 Intel CPU 更多的组件。
  • Apple M1 还在同一封装中集成了 RAM。
  • 它具有 Rosetta 2 动态二进制翻译功能，可以运行 x86 软件。
  • 除了集成 GPU 外，该芯片还拥有八个 CPU 内核。
  • 它采用 5 纳米工艺制造，拥有 160 亿个晶体管。

对于普通用户来说，这些规格中的大多数都没有多大意义，但高级用户应该注意：基于 ARM 的 Apple M1 应该使用 Rosetta 运行旧版 x86 软件，这可能会对运行 x86 应用程序时的性能产生不利影响。 幸运的是，由于它的速度，M1 在大多数情况下仍将优于旧的英特尔芯片，即使是使用传统的 x86 应用程序也是如此。 此外，一些初期问题是意料之中的，因为奇异的工具和应用程序可能不会开箱即用，或者它们可能会导致性能损失。 尽管如此，这些问题都会得到解决，大多数用户不必担心。

例如，Docker 用户不确定他们的 x86-64 映像是否能正常工作。 目前，他们面临着严重的问题，Docker 无法正常工作。 尽管 Adob​​e 正在努力针对 M1 优化其产品，但依赖 Adob​​e 产品的第三方插件的设计人员却遇到了兼容性问题。

这在新硬件上是意料之中的，因为开发人员需要时间赶上以确保兼容性并将他们的软件移植到新硬件上。 可能需要一段时间。

由 Apple 设计，由 Apple 营销

苹果利用这次活动声称 M1 是市场上最快的 CPU 内核，但硬件爱好者很快指出，它的一些性能声明含糊不清，难以证实。 我们不会对 Apple 的每一项营销声明进行测试，因为独立评论员已经这样做了，而且评论非常积极。 M1 不是地球上最快的 CPU，但它似乎是超便携笔记本电脑中最快的 CPU。

让我们仔细看看 Apple M1 的设计，并解释它的巧妙之处以及它如何对行业产生深远的影响。

Apple M1 设计和功能

Apple M1 芯片具有四个用于高负载场景的大型 Firestorm CPU 内核，并由四个旨在提高效率的较小 Icestorm CPU 内核提供支持。 如果这听起来很熟悉，那么您可能遇到过具有类似 ARM CPU 布局的 Android 手机。 ARM 将此布局称为 ARM big.LITTLE，自 2014 年以来一直存在。CPU 使用 ARM 架构的 AArch64 或 ARM64 扩展集。

同样，您可能也习惯于集成 GPU，因为它们多年来一直用于 Intel 和 AMD 芯片。 Apple M1 中使用的 GPU 有 8 个内核，在芯片上占用的空间比 8 个 CPU 内核多一点。 苹果声称 GPU 可以提供 2.6 TFLOPS。 从这个角度来看，Nvidia 从 2016 年开始的 GeForce GTX 1050Ti 管理着 2.1 TFLOPS。 这是一款拥有 33 亿个晶体管的桌面显卡，可消耗高达 75W 的功率，被被动冷却的 MacBook Air 上的集成显卡击败。

唯一的缺点是没有 eGPU 支持，而且你无法获得独立显卡。 苹果也没有在由英特尔处理器驱动的 13 英寸 MacBook 上提供可选的独立 GPU。 如果您在新 MacBook 上需要 Radeon Pro，您仍然需要购买 16 英寸 MacBook Pro。

苹果 M1 处理器

M1 还在 SoC 封装中集成了 RAM，就像该公司用于 iPhone 和 iPad 的最新 A 系列处理器一样。 对于不是为手机等内容消费设备设计的处理器来说，这是第一次。

以前，MacBook 的特点是焊接在主板上的 DDR4 内存。 这种新方法允许 Apple 使用新的统一内存架构。 Apple M1 使用运行频率为 3733MHz 的 LP-DDR4X 内存。 这使得 CPU 和 GPU 都可以高速访问它，但这种高度集成是有代价的。

不利的一面是，M1 芯片将仅提供 8GB 和 16GB 的 RAM，至少目前是这样。 对于大多数用户来说，在 MacBook Air 或 Mac Mini 上坚持使用 8GB 或 16GB 的 RAM 应该不是问题，但许多 MacBook Pro 爱好者不会对购买无法升级的 16GB 机器的前景感到兴奋。

诚然，我们习惯了带有焊接 RAM 的笔记本电脑，但这是不同的。 使用焊接 RAM，制造商可以通过更换更大容量的 RAM 芯片来更新他们的产品阵容，例如使用两个 16GB RAM 芯片而不是两个 8GB 单元。 这种方法不需要对主板或其他组件进行任何更改。 但是，如果将 RAM 集成到 SoC 中，这将需要将芯片封装中的内存容量增加一倍，即修改后的 M1 芯片。 因此，Apple 不太可能在 2021 年中期的更新中添加 32GB RAM 选项，因为它很可能需要等待新的 M 系列处理器，这可能需要 12 到 18 个月。

除了 CPU、GPU 和 RAM，Apple M1 还具有 16 核神经引擎、新的图像信号处理器 (ISP)、Secure Enclave、Rosetta 硬件优化、支持 AES 加密硬件以及专用编码以及音频和视频内容的解码引擎。 根据早期的评论，后者允许它大大超过基于 x86 的 Mac。

M1 具有标准范围的 I/O 选项和能够支持 USB 4 的 Thunderbolt 控制器。但是，不支持开箱即用的 10Gbit 网络（如果您需要的话），并且新的 MacBooks 只有两个 USB 类型- C/Thunderbolt 端口。 当然，与 MacBook 相比，台式机 Mac Mini 有一些额外的端口。

Apple M1 兼容性和虚拟化问题

由于我们正在讨论新硬件，因此我们无法在这个早期阶段做出明确的判断，尽管情况看起来相当不错。 一些应用程序需要针对新处理器进行优化，以确保支持 M1 处理器并使其能够充分发挥其性能潜力。 幸运的是，Apple M1 的速度如此之快，以至于在 Rosetta 2 上运行的某些 x86 应用程序仍然比在旧的 x86 芯片上运行得更快。 多亏了 Rosetta 优化的硬件，新的 Mac 有足够的性能来承受 x86 到 ARM 的性能损失并脱颖而出。

必须区分未针对 Apple M1 优化的软件和目前无法在 Rosetta 2 上运行的软件。 缺乏优化会导致性能下降，而缺乏兼容性会导致项目不可行和很多挫败感。

虚拟化是另一个麻烦来源。 我们已经提到了 Docker 社区提出的问题，很容易看出为什么 x86 映像在这个早期阶段可能会出现问题。 不幸的是，关于 M1 处理器上的虚拟化支持的大量信息仍然不可用。 尽管 Apple 并没有说太多，但 VMware 和 Parallels 已经宣布他们正在开发 M1 优化更新，但应该注意的是，VMware 没有透露其推出的时间表。

这些问题有多严重？ 目前，一些关键工具要么无法在新 Mac 上运行，要么无法正常运行。 其中包括 Docker、Android Studio 和 Haskell。 将在 Rosetta 2 上运行但未针对 M1 进行优化的工具列表更为广泛，包括 Atom、RStudio、PHPStorm、R、Flutter、VSCode、Golang、.NET 甚至 PHP。 预计它们将在未来几周和几个月内针对 Apple 芯片进行优化。

您可以咨询 IsAppleSiliconReady.com 以获取更多信息和更新。 当然，您也可以自行检查堆栈中每个组件的状态。

设计师不必担心，因为大多数软件套件都可以正常工作，尽管有些软件套件仍未针对 M1 进行优化。 有很多关于 Adob​​e 产品的讨论，以及它们是否会在发布时完全兼容。 看起来这不会是一个大问题，因为 Adob​​e 预计将在 2021 年初推出更新并确保一切正常。 由于 Apple 硬件在设计师中的普及，请放心，Adobe 和其他软件供应商将尽最大努力为新架构优化软件。

Adobe 产品的第三方插件是一个更重要的问题，因为它们可能需要一段时间才能全部更新。

别忘了，大多数服务器仍然使用 x86 芯片，尽管 ARM 处理器在服务器市场的某些特定领域取得了进展。 多年来，Mac 一直是软件开发人员的首选平台，因为它们允许他们在 x86 硬件上运行的基于 UNIX 的操作系统上工作。 他们将生成设计为在使用相同指令集和另一个基于 UNIX 的操作系统的服务器上运行的代码。 有了 M1，这将改变，因为 Apple 开发人员将在 ARM 硬件上开发软件，然后在 x86 服务器上推出。

另一方面，新的 MacBook 可以原生运行 iOS 应用程序，因为 Mac 和 iPhone 现在共享相同的 CPU 架构。 用户可以通过 App Store 下载和安装 iOS 应用程序，尽管 UI 可能无法提供我们对 Apple 的期望的完美用户体验。

对现实世界用户的影响

Apple 成功设计出强大的移动处理器，为 MacBook 和 Mac Mini 注入新的活力。 尽管该公司的一些性能数据含糊不清，但评论家确认新处理器轻松击败基于英特尔处理器的上一代产品。 由于专用的硬件编码器，它甚至在某些场景（例如视频）中超过了来自英特尔和 AMD 的更强大的台式机 CPU。

那么，MacBook 世界一切都好吗？ 到目前为止看起来不错，但最终取决于您的优先级和堆栈。

提高电池寿命和效率

M1擅长很多事情。 在大多数情况下的性能是首屈一指的，并且由于效率的提高，您的下一台 MacBook 可以在不改变电池容量的情况下多运行几个小时。 效率不仅可以延长电池寿命。 这也意味着 MacBook Air 可以通过被动散热提供大量性能。 MacBook Pro 有一个风扇，但它可能不会旋转，直到您将其置于大量负载下。 每个人都喜欢静音电脑，M1 承诺在没有太多风扇噪音或热量的情况下提供很多性能。

有一个警告值得一提。 在低功耗情况下，ARM 处理器往往比 x86 处理器更高效，但由于在高核心时钟下更高的泄漏和效率损失，这种优势在重负载下可能会降低。 如果您将大部分时间花在浏览、编辑文档或编写代码上，电池寿命的提升会更高。 如果您每天编译大量代码或进行 3D 渲染，它们可能不会那么令人印象深刻。

通常用于内容消费和网络应用的 MacBook Air 可能比主要用于生产力和高负载应用的 MacBook Pro 受益更多。 不过，在这两种情况下，用户都可以期待更长的电池寿命。

但是，MacBook Pro 用户是否会因为出色的散热而获得很多性能，这将使处理器能够以高时钟速度运行而不会出现热节流？ 它不像英特尔芯片那样简单，英特尔芯片从更高的时钟中受益匪浅。 正如我们之前提到的，ARM 芯片是不同的，它们会降低效率并在更高的时钟频率下提供更小的性能提升。

连接和扩展

近年来，随着每次 MacBook Pro 的推出，这一直是争议的根源，因为苹果倾向于在每一代新产品中移除物理端口。 有了新的 MacBook，用户的选择就更少了，他们可能需要比以往更多的加密狗和 USB Type-C 集线器。

对于普通的 MacBook Air 用户来说，有限的连接性并不是什么大问题，但 MacBook Pro 爱好者又会有些抱怨。 我们也不要忘记缺乏板载 10Gbit 网络。 这不会影响大多数用户，但一些专业人士仍然依靠快速的有线网络通过本地网络快速复制大型视频文件和数据库。 此外，一些视频专业人士报告了与专用硬件和外围设备的兼容性问题。

MacBook Air 似乎再次名列前茅，因为它的大多数用户群都不会错过像 10Gbit 网络这样的东西。 如果您开始在这里看到一种模式，那么您并不孤单。

可升级性和定制

最后，这是 Apple M1 不擅长的地方。 我们已经概述了集成 RAM 而不是焊接 RAM 模块的问题。 在处理器上集成 RAM 有其优势，因为它可以简化供电、减少主板的占用空间并释放更多性能。 尽管如此，这种方法还是要付出高昂的代价。 很难看出苹果如何能很快提供 32GB 或 64GB 的选项。 如果您需要大量 RAM，此时您唯一的选择是选择配备 Intel 处理器的 MacBook Pro。

这对许多用户来说是一个交易破坏者吗？ 可能不是，因为我们谈论的是 13 英寸笔记本电脑。 如果您正在市场上购买功能强大的移动工作站，那么无论如何您可能都会选择 16 英寸版本。 所以有什么问题？ 好吧，从性能数据来看，基于 Intel 的 Mac 在许多情况下可能最终会变慢，因此一些用户可能不得不牺牲 CPU 性能来获得具有更多 RAM 的系统。

但是，如果您要更换使用 5 年的 MacBook Air，那么 16GB 甚至 8GB 的​​内存应该没问题。 同样，Air 客户不必像 Pro 客户那样妥协。

对 Linux 和 Windows 用户的长期影响

近二十年来，Mac 用户将首次使用优于 x86 芯片的处理器来驱动 Windows PC。 自 2006 年以来，Mac 和 Windows 机器使用相同的处理器，但现在苹果拥有自己的芯片来支持其操作系统。 这不仅仅是声望或在线火焰战争的素材 - 这是行业前所未见的垂直整合。 苹果现在控制着它的操作系统以及它的 CPU 设计。 它仅依赖第三方制造和商品化组件，例如存储、显示器、触摸板等。

ARM 架构比 x86 提供更高的效率和更好的扩展性。 英特尔的 x86 芯片不再为每一代提供实质性的性能改进，但应该指出的是，AMD 在其 Ryzen 处理器方面做得更好。 ARM 芯片的发展速度越来越快，并且一代又一代地提供了更大的性能提升。 在不到十年的时间里，苹果的 A 系列智能手机芯片已经赶上了英特尔的 x86 笔记本芯片，而 M 系列已经超越了它们。 如果我们在未来的 M 系列处理器中继续看到类似的性能改进，那么苹果将在未来几年处于非常有利的地位。

Windows 仍然停留在 x86 上，不仅仅是因为微软在 ARM 上的 Windows 没有取得太大进展，还因为没有那么多适合 Windows 桌面应用程序的 ARM 处理器和硬件平台。 事实上，苹果最近表示，让 Windows 在 M1 上运行是“由微软决定的”。 然而，一些勇敢的开发人员已经设法在 Apple 芯片上运行 Windows for ARM，结果很好，因为它的性能超过了微软自己的 Surface Pro X。

当然，苹果不会将其芯片出售给出价更高的人，但我们不要忘记高通和三星等其他 ARM 芯片制造商。 还值得注意的是，英伟达正在收购 ARM，这也可能会撼动市场。

Hackintosh 社区可能最终成为这一转变的最大输家。 从长远来看，随着苹果开始将其操作系统与芯片绑定，Hackintosh 可能会成为计算历史上的一个注脚。 目前，你也可以忘记通过 Bootcamp 运行 Windows，Linus Torvalds 最近表示怀疑 Linux 是否会被移植到 Apple M1。 基于 UNIX 的操作系统可以在 ARM 和 x86 上运行，所以理论上应该不会太难，但驱动程序、引导加载程序等可能会出现问题。

我应该购买 Apple M1 Mac 吗？

是的，前提是您先做好功课，因为早期采用者可能会遇到一些兼容性问题。 随着公司针对 M1 处理器更新和优化他们的产品，这些担忧中的大部分都会消失。

如果您可以使用 16GB 的 RAM，并确保您使用的工具从一开始就可以工作，那么就没有理由对切换到新架构感到担忧。 毕竟，我们谈论的是一个拥有巨大市场份额的行业重量级人物。 每个软件供应商都会确保他们的产品在 Apple 硬件上运行，尽管这可能需要几周或几个月的时间。 不，你不会觉得自己像个 beta 测试者，不，Apple 不会像第一代 iPad 或零代 Apple Watch 那样对待新 Mac。

虽然苹果的营销在某些方面可能含糊不清且过于乐观，但显然 M1 是一款非常强大的处理器。 虽然它在高端领域可能不会超过一些英特尔和 AMD 芯片，但 Mac 用户可以在被动冷却的 MacBook Air 或像 Mac Mini 这样的紧凑型台式机上获得这种水平的性能，这证明了苹果的工程实力。

眼尖的读者可能已经注意到我省略了 MacBook Pro，硬件爱好者可能知道原因。 基于 M1 的 MacBook Pro 和 MacBook Air 之间的区别不再那么大了。 Pro 有一个 Touch Bar、一个稍微大一点的电池和更好的散热。 不幸的是，我们已经提到 ARM 芯片在高时钟方面的表现不如 x86 同类产品，因此这种优势因架构而被削弱。 换句话说，在大多数情况下，Pro 的速度不会明显快于 Air。 在突发负载中，它们应该处于同等水平。

多年来，Apple 一直在移除 MacBook Pro 的物理端口，这在专业界引起了很多挫败感。 在这一代人中，他们走得更远，甚至可能走得太远。 与 Air 一样，MacBook Pro 缺乏发烧友和专业人士所需的连接性、扩展性和 RAM 选项，但与 Air 相比，它的性能仅略胜一筹。 这使得它比 MacBook Air 更难卖。

底线： Apple M1 是一项令人印象深刻的工程壮举，将撼动整个行业。 不，它不会扼杀更便宜的 Windows 笔记本电脑或 x86 芯片。 然而，在这一点上，它看起来很可能最终会伤害 13 英寸 MacBook Pro，除非 Apple 能够很快以更诱人的版本给我们惊喜。 一个 32GB 的变体可以解决问题，但考虑到集成的 RAM，在苹果推出 M2 处理器之前我们不太可能看到它。