Apple M1 處理器概述和兼容性

已發表: 2022-03-11

每一次 Apple 活動都吸引了很多關注，但 2020 年 MacBook Air、MacBook Pro 和 Mac Mini 的發布不僅僅是新功能和時尚的工業設計。 今年，重磅消息以 Apple M1 片上系統 (SoC) 的形式隱藏在新款 MacBook 陽極氧化鋁機箱的深處，它將取代 13 英寸 MacBook 和 Mac Mini 中的英特爾處理器。

為什麼過渡到 Apple 處理器如此重要？ 畢竟，Apple 自 2010 年以來一直在設計其智能手機處理器，這並不是它第一次採用新的 CPU 架構。 蘋果經歷了許多不同的架構，從沃茲尼亞克時代的摩托羅拉 CPU，到 90 年代的 PowerPC 芯片，再到 2005 年的英特爾 x86 處理器。現在，該公司正在轉向自己設計的基於 ARM 的處理器。 相比之下，自 1981 年第一台 IBM PC 推出以來，Windows PC 平台一直堅持使用 x86 處理器。

今天，我們將深入了解 Apple 的新 M1 芯片，它對軟件工程師、設計師、消費者和整個行業的影響。 為簡潔起見，我們不會為您提供詳細的性能評估或測試單個軟件套件和工具、舊版軟件、SDK 等的兼容性。 由於您可以在知名硬件網站上輕鬆找到基準測試和評論，因此我們將著眼於全局，並解決有興趣購買 Apple 新款 M1 MacBook 的設計師和開發人員提出的一些擔憂。

是什麼讓 Apple M1 處理器與眾不同？

是什麼讓 Apple M1 處理器與眾不同？ Apple M1 在許多方面與之前 MacBook 中使用的 Intel 處理器不同：

  • M1 是 ARM 處理器，而不是 x86 處理器。
  • 它集成了比 Intel CPU 更多的組件。
  • Apple M1 還在同一封裝中集成了 RAM。
  • 它具有 Rosetta 2 動態二進制翻譯功能，可以運行 x86 軟件。
  • 除了集成 GPU 外，該芯片還擁有八個 CPU 內核。
  • 它採用 5 納米工藝製造，擁有 160 億個晶體管。

對於普通用戶來說，這些規格中的大多數都沒有多大意義，但高級用戶應該注意：基於 ARM 的 Apple M1 應該使用 Rosetta 運行舊版 x86 軟件，這可能會對運行 x86 應用程序時的性能造成不利影響。 幸運的是，由於它的速度，M1 在大多數情況下仍將優於舊的英特爾芯片，即使是使用傳統的 x86 應用程序也是如此。 此外，一些初期問題是意料之中的，因為奇異的工具和應用程序可能不會開箱即用，或者它們可能會導致性能損失。 儘管如此，這些問題都會得到解決，大多數用戶不必擔心。

例如，Docker 用戶不確定他們的 x86-64 映像是否能正常工作。 目前，他們面臨著嚴重的問題，Docker 無法正常工作。 儘管 Adob​​e 正在努力針對 M1 優化其產品，但依賴 Adob​​e 產品的第三方插件的設計人員卻遇到了兼容性問題。

這在新硬件上是意料之中的，因為開發人員需要時間趕上以確保兼容性並將他們的軟件移植到新硬件上。 可能需要一段時間。

由 Apple 設計，由 Apple 營銷

蘋果利用這次活動聲稱 M1 是市場上最快的 CPU 內核，但硬件愛好者很快指出，它的一些性能聲明含糊不清，難以證實。 我們不會對 Apple 的每一項營銷聲明進行測試，因為獨立評論員已經這樣做了，而且評論非常積極。 M1 不是地球上最快的 CPU，但它似乎是超便攜筆記本電腦中最快的 CPU。

讓我們仔細看看 Apple M1 的設計，並解釋它的巧妙之處以及它如何對行業產生深遠的影響。

Apple M1 設計和功能

Apple M1 芯片具有四個用於高負載場景的大型 Firestorm CPU 內核，並由四個旨在提高效率的較小 Icestorm CPU 內核提供支持。 如果這聽起來很熟悉，那麼您可能遇到過具有類似 ARM CPU 佈局的 Android 手機。 ARM 將此佈局稱為 ARM big.LITTLE，自 2014 年以來一直存在。CPU 使用 ARM 架構的 AArch64 或 ARM64 擴展集。

同樣，您可能也習慣於集成 GPU，因為它們多年來一直用於 Intel 和 AMD 芯片。 Apple M1 中使用的 GPU 有 8 個內核，在芯片上佔用的空間比 8 個 CPU 內核多一點。 蘋果聲稱 GPU 可以提供 2.6 TFLOPS。 從這個角度來看，Nvidia 從 2016 年開始的 GeForce GTX 1050Ti 管理著 2.1 TFLOPS。 這是一款擁有 33 億個晶體管的桌面顯卡，可消耗高達 75W 的功率，被被動冷卻的 MacBook Air 上的集成顯卡擊敗。

唯一的缺點是沒有 eGPU 支持，而且你無法獲得獨立顯卡。 蘋果也沒有在由英特爾處理器驅動的 13 英寸 MacBook 上提供可選的獨立 GPU。 如果您在新 MacBook 上需要 Radeon Pro，您仍然需要購買 16 英寸 MacBook Pro。

蘋果 M1 處理器

M1 還在 SoC 封裝中集成了 RAM，就像該公司用於 iPhone 和 iPad 的最新 A 系列處理器一樣。 對於不是為手機等內容消費設備設計的處理器來說，這是第一次。

以前，MacBook 的特點是焊接在主板上的 DDR4 內存。 這種新方法允許 Apple 使用新的統一內存架構。 Apple M1 使用運行頻率為 3733MHz 的 LP-DDR4X 內存。 這使得 CPU 和 GPU 都可以高速訪問它，但這種高度集成是有代價的。

不利的一面是，M1 芯片將僅提供 8GB 和 16GB 的 RAM，至少目前是這樣。 對於大多數用戶來說，在 MacBook Air 或 Mac Mini 上堅持使用 8GB 或 16GB 的 RAM 應該不是問題，但許多 MacBook Pro 愛好者不會對購買無法升級的 16GB 機器的前景感到興奮。

誠然，我們習慣了帶有焊接 RAM 的筆記本電腦，但這是不同的。 使用焊接 RAM，製造商可以通過更換更大容量的 RAM 芯片來更新他們的產品陣容，例如使用兩個 16GB RAM 芯片而不是兩個 8GB 單元。 這種方法不需要對主板或其他組件進行任何更改。 但是，如果將 RAM 集成到 SoC 中，這將需要將芯片封裝中的內存容量增加一倍，即修改後的 M1 芯片。 因此，Apple 不太可能在 2021 年中期的更新中添加 32GB RAM 選項，因為它很可能需要等待新的 M 系列處理器，這可能需要 12 到 18 個月。

除了 CPU、GPU 和 RAM，Apple M1 還具有 16 核神經引擎、新的圖像信號處理器 (ISP)、Secure Enclave、Rosetta 硬件優化、支持 AES 加密硬件以及專用編碼以及音頻和視頻內容的解碼引擎。 根據早期的評論，後者允許它大大超過基於 x86 的 Mac。

M1 具有標準範圍的 I/O 選項和能夠支持 USB 4 的 Thunderbolt 控制器。但是，不支持開箱即用的 10Gbit 網絡（如果您需要的話），並且新的 MacBooks 只有兩個 USB 類型- C/Thunderbolt 端口。 當然，與 MacBook 相比，台式機 Mac Mini 有一些額外的端口。

Apple M1 兼容性和虛擬化問題

由於我們正在討論新硬件，因此我們無法在這個早期階段做出明確的判斷，儘管情況看起來相當不錯。 一些應用程序需要針對新處理器進行優化，以確保支持 M1 處理器並使其能夠充分發揮其性能潛力。 幸運的是，Apple M1 的速度如此之快，以至於在 Rosetta 2 上運行的某些 x86 應用程序仍然比在舊的 x86 芯片上運行得更快。 多虧了 Rosetta 優化的硬件，新的 Mac 有足夠的性能來承受 x86 到 ARM 的性能損失並脫穎而出。

必須區分未針對 Apple M1 優化的軟件和目前無法在 Rosetta 2 上運行的軟件。 缺乏優化會導致性能下降，而缺乏兼容性會導致項目不可行和很多挫敗感。

虛擬化是另一個麻煩來源。 我們已經提到了 Docker 社區提出的問題，很容易看出為什麼 x86 映像在這個早期階段可能會出現問題。 不幸的是，關於 M1 處理器上的虛擬化支持的大量信息仍然不可用。 儘管 Apple 並沒有說太多，但 VMware 和 Parallels 已經宣布他們正在開發 M1 優化更新，但應該注意的是，VMware 沒有透露其推出的時間表。

這些問題有多嚴重？ 目前，一些關鍵工具要么無法在新 Mac 上運行，要么無法正常運行。 其中包括 Docker、Android Studio 和 Haskell。 將在 Rosetta 2 上運行但未針對 M1 進行優化的工具列表更為廣泛，包括 Atom、RStudio、PHPStorm、R、Flutter、VSCode、Golang、.NET 甚至 PHP。 預計它們將在未來幾周和幾個月內針對 Apple 芯片進行優化。

您可以諮詢 IsAppleSiliconReady.com 以獲取更多信息和更新。 當然，您也可以自行檢查堆棧中每個組件的狀態。

設計師不必擔心，因為大多數軟件套件都可以正常工作，儘管有些軟件套件仍未針對 M1 進行優化。 有很多關於 Adob​​e 產品的討論，以及它們是否會在發佈時完全兼容。 看起來這不會是一個大問題，因為 Adob​​e 預計將在 2021 年初推出更新並確保一切正常。 由於 Apple 硬件在設計師中的普及，請放心，Adobe 和其他軟件供應商將盡最大努力為新架構優化軟件。

Adobe 產品的第三方插件是一個更重要的問題，因為它們可能需要一段時間才能全部更新。

別忘了，大多數服務器仍然使用 x86 芯片，儘管 ARM 處理器在服務器市場的某些特定領域取得了進展。 多年來，Mac 一直是軟件開發人員的首選平台，因為它們允許他們在 x86 硬件上運行的基於 UNIX 的操作系統上工作。 他們將生成設計為在使用相同指令集和另一個基於 UNIX 的操作系統的服務器上運行的代碼。 有了 M1，這將改變，因為 Apple 開發人員將在 ARM 硬件上開發軟件，然後在 x86 服務器上推出。

另一方面，新的 MacBook 可以原生運行 iOS 應用程序，因為 Mac 和 iPhone 現在共享相同的 CPU 架構。 用戶可以通過 App Store 下載和安裝 iOS 應用程序，儘管 UI 可能無法提供我們對 Apple 的期望的完美用戶體驗。

對現實世界用戶的影響

Apple 成功設計出強大的移動處理器，為 MacBook 和 Mac Mini 注入新的活力。 儘管該公司的一些性能數據含糊不清，但評論家確認新處理器輕鬆擊敗基於英特爾處理器的上一代產品。 由於專用的硬件編碼器，它甚至在某些場景（例如視頻）中超過了來自英特爾和 AMD 的更強大的台式機 CPU。

那麼，MacBook 世界一切都好嗎？ 到目前為止看起來不錯，但最終取決於您的優先級和堆棧。

提高電池壽命和效率

M1擅長很多事情。 在大多數情況下的性能是首屈一指的，並且由於效率的提高，您的下一台 MacBook 可以在不改變電池容量的情況下多運行幾個小時。 效率不僅可以延長電池壽命。 這也意味著 MacBook Air 可以通過被動散熱提供大量性能。 MacBook Pro 有一個風扇，但它可能不會旋轉，直到您將其置於大量負載下。 每個人都喜歡靜音電腦，M1 承諾在沒有太多風扇噪音或熱量的情況下提供很多性能。

有一個警告值得一提。 在低功耗情況下，ARM 處理器往往比 x86 處理器更高效，但由於在高核心時鐘下更高的洩漏和效率損失，這種優勢在重負載下可能會降低。 如果您將大部分時間花在瀏覽、編輯文檔或編寫代碼上，電池壽命的提升會更高。 如果您每天編譯大量代碼或進行 3D 渲染，它們可能不會那麼令人印象深刻。

通常用於內容消費和網絡應用的 MacBook Air 可能比主要用於生產力和高負載應用的 MacBook Pro 受益更多。 不過，在這兩種情況下，用戶都可以期待更長的電池壽命。

但是，MacBook Pro 用戶是否會因為出色的散熱而獲得很多性能，這將使處理器能夠以高時鐘速度運行而不會出現熱節流？ 它不像英特爾芯片那樣簡單，英特爾芯片從更高的時鐘中受益匪淺。 正如我們之前提到的，ARM 芯片是不同的，它們會降低效率並在更高的時鐘頻率下提供更小的性能提升。

連接和擴展

近年來，隨著每次 MacBook Pro 的推出，這一直是爭議的根源，因為蘋果傾向於在每一代新產品中移除物理端口。 有了新的 MacBook，用戶的選擇就更少了，他們可能需要比以往更多的加密狗和 USB Type-C 集線器。

對於普通的 MacBook Air 用戶來說，有限的連接性並不是什麼大問題，但 MacBook Pro 愛好者又會有些抱怨。 我們也不要忘記缺乏板載 10Gbit 網絡。 這不會影響大多數用戶，但一些專業人士仍然依靠快速的有線網絡通過本地網絡快速復制大型視頻文件和數據庫。 此外，一些視頻專業人士報告了與專用硬件和外圍設備的兼容性問題。

MacBook Air 似乎再次名列前茅，因為它的大多數用戶群都不會錯過像 10Gbit 網絡這樣的東西。 如果您開始在這裡看到一種模式，那麼您並不孤單。

可升級性和定制

最後，這是 Apple M1 不擅長的地方。 我們已經概述了集成 RAM 而不是焊接 RAM 模塊的問題。 在處理器上集成 RAM 有其優勢，因為它可以簡化供電、減少主板的佔用空間並釋放更多性能。 儘管如此，這種方法還是要付出高昂的代價。 很難看出蘋果如何能很快提供 32GB 或 64GB 的選項。 如果您需要大量 RAM，此時您唯一的選擇是選擇配備 Intel 處理器的 MacBook Pro。

這對許多用戶來說是一個交易破壞者嗎？ 可能不是，因為我們談論的是 13 英寸筆記本電腦。 如果您正在市場上購買功能強大的移動工作站，那麼無論如何您可能都會選擇 16 英寸版本。 所以有什麼問題？ 好吧，從性能數據來看，基於 Intel 的 Mac 在許多情況下可能最終會變慢，因此一些用戶可能不得不犧牲 CPU 性能來獲得具有更多 RAM 的系統。

但是，如果您要更換使用 5 年的 MacBook Air，那麼 16GB 甚至 8GB 的​​內存應該沒問題。 同樣，Air 客戶不必像 Pro 客戶那樣妥協。

對 Linux 和 Windows 用戶的長期影響

近二十年來，Mac 用戶將首次使用優於 x86 芯片的處理器來驅動 Windows PC。 自 2006 年以來，Mac 和 Windows 機器使用相同的處理器，但現在蘋果擁有自己的芯片來支持其操作系統。 這不僅僅是聲望或在線火焰戰爭的素材 - 這是行業前所未見的垂直整合。 蘋果現在控制著它的操作系統以及它的 CPU 設計。 它僅依賴第三方製造和商品化組件，例如存儲、顯示器、觸摸板等。

ARM 架構比 x86 提供更高的效率和更好的擴展性。 英特爾的 x86 芯片不再為每一代提供實質性的性能改進，但應該指出的是，AMD 在其 Ryzen 處理器方面做得更好。 ARM 芯片的發展速度越來越快，並且一代又一代地提供了更大的性能提升。 在不到十年的時間裡，蘋果的 A 系列智能手機芯片已經趕上了英特爾的 x86 筆記本芯片，而 M 系列已經超越了它們。 如果我們在未來的 M 系列處理器中繼續看到類似的性能改進，那麼蘋果將在未來幾年處於非常有利的地位。

Windows 仍然停留在 x86 上，不僅僅是因為微軟在 ARM 上的 Windows 沒有取得太大進展，還因為沒有那麼多適合 Windows 桌面應用程序的 ARM 處理器和硬件平台。 事實上，蘋果最近表示，讓 Windows 在 M1 上運行是“由微軟決定的”。 然而，一些勇敢的開發人員已經設法在 Apple 芯片上運行 Windows for ARM，結果很好，因為它的性能超過了微軟自己的 Surface Pro X。

當然，蘋果不會將其芯片出售給出價更高的人，但我們不要忘記高通和三星等其他 ARM 芯片製造商。 還值得注意的是，英偉達正在收購 ARM，這也可能會撼動市場。

Hackintosh 社區可能最終成為這一轉變的最大輸家。 從長遠來看，隨著蘋果開始將其操作系統與芯片綁定，Hackintosh 可能會成為計算歷史上的一個註腳。 目前，你也可以忘記通過 Bootcamp 運行 Windows，Linus Torvalds 最近表示懷疑 Linux 是否會被移植到 Apple M1。 基於 UNIX 的操作系統可以在 ARM 和 x86 上運行，所以理論上應該不會太難，但驅動程序、引導加載程序等可能會出現問題。

我應該購買 Apple M1 Mac 嗎？

是的，前提是您先做好功課，因為早期採用者可能會遇到一些兼容性問題。 隨著公司針對 M1 處理器更新和優化他們的產品，這些擔憂中的大部分都會消失。

如果您可以使用 16GB 的 RAM，並確保您使用的工具從一開始就可以工作，那麼就沒有理由對切換到新架構感到擔憂。 畢竟，我們談論的是一個擁有巨大市場份額的行業重量級人物。 每個軟件供應商都會確保他們的產品在 Apple 硬件上運行，儘管這可能需要幾週或幾個月的時間。 不，你不會覺得自己像個 beta 測試者，不，Apple 不會像第一代 iPad 或零代 Apple Watch 那樣對待新 Mac。

雖然蘋果的營銷在某些方面可能含糊不清且過於樂觀，但顯然 M1 是一款非常強大的處理器。 雖然它在高端領域可能不會超過一些英特爾和 AMD 芯片，但 Mac 用戶可以在被動冷卻的 MacBook Air 或 Mac Mini 等緊湊型台式機中獲得這種水平的性能，這證明了蘋果的工程實力。

眼尖的讀者可能已經註意到我省略了 MacBook Pro，硬件愛好者可能知道原因。 基於 M1 的 MacBook Pro 和 MacBook Air 之間的區別不再那麼大了。 Pro 有一個 Touch Bar、一個稍微大一點的電池和更好的散熱。 不幸的是，我們已經提到 ARM 芯片在高時鐘方面的表現不如 x86 同類產品，因此這種優勢因架構而被削弱。 換句話說，在大多數情況下，Pro 的速度不會明顯快於 Air。 在突發負載中，它們應該處於同等水平。

多年來，Apple 一直在移除 MacBook Pro 的物理端口，這在專業界引起了很多挫敗感。 在這一代人中，他們走得更遠，甚至可能走得太遠。 與 Air 一樣，MacBook Pro 缺乏發燒友和專業人士所需的連接性、擴展性和 RAM 選項，但與 Air 相比，它的性能僅略勝一籌。 這使得它比 MacBook Air 更難賣。

底線： Apple M1 是一項令人印象深刻的工程壯舉，將撼動整個行業。 不，它不會扼殺更便宜的 Windows 筆記本電腦或 x86 芯片。 然而，在這一點上，它看起來很可能最終會傷害 13 英寸 MacBook Pro，除非 Apple 能夠很快以更誘人的版本給我們驚喜。 32GB 的變體可以解決問題，但考慮到集成的 RAM，在 Apple 推出 M2 處理器之前我們不太可能看到它。