過去多年，有關(guān)芯片性能的討論是毫無疑問的頭條新聞，但硬件設(shè)計人員同樣關(guān)心功耗。因為當芯片使用更多功率時，這意味著更高的性能，但也意味著更多的熱量，設(shè)計人員需要找到散熱的方法，否則硅會熔化。而且您擁有的一切即使可以運行得更快，但不會持續(xù)太久。
因此，智能手機和 PC 設(shè)計師幾十年來不得不走這條微妙的路線。幾乎同樣長的時間里，他們一直在乞求英特爾 ( INTC ) 和AMD ( AMD ) 在不犧牲太多性能的情況下制造功耗更低的芯片，但兩者都未能實現(xiàn)——英特爾的 Atom 就是這項努力的主要成果。
關(guān)于這個為什么很重要的最好解釋來自史蒂夫喬布斯。在他之前的一個WWDC 主題演講傻姑娘，喬布斯向開發(fā)人員解釋了為什么 Apple 在 2005 年將 Mac 的處理器從 PowerPC 切換到 Intel。
在他看來，重要的是產(chǎn)品，而不是芯片，由于散熱問題，Apple無法使用PPC芯片制作他們想要的產(chǎn)品。15 年后，蘋果在 WWDC 2020 上在 Mac 上從英特爾過渡到基于 ARM 的蘋果芯片時，他們從大師那里得到了啟示：
現(xiàn)在，在科技媒體上，每瓦性能開始受到更多關(guān)注，尤其是在像 AnandTech 這樣的信息輸出口。
AnandTech 的極客在測試這些東西方面比他們在數(shù)據(jù)可視化方面要好得多，但是正如您在 Y 軸上看到的那樣，有他們的性能基準，而在 X 軸上是運行該基準序列所需的總能量芯片。稍后我們將整理這張圖表，但這種兩軸外觀——性能和功耗——是硬件設(shè)計人員評估芯片的方式。這是 ARM 芯片的主要優(yōu)勢，尤其是蘋果目前的優(yōu)勢。
它們沒有筆記本電腦的可比功率測量值，但正如您在左上角的符號中看到的那樣，Apple 的“高性能”A15 智能手機內(nèi)核（深灰色）在性能上被您能買到的最快的筆記本電腦芯片AMD Ryzen 5950X更快。
在本文中，我們將通過對比較蘋果的A15、谷歌的Tensor、高通主導的安卓旗艦手機芯片驍龍 888和三星的 Exynos 2100四種芯片，來獲得更好的對比結(jié)果。
當前的移動芯片和現(xiàn)在越來越多的 PC 芯片都有兩種類型的 CPU 內(nèi)核，其中一種用于一般邏輯操作。這種架構(gòu)被ARM 稱之為“big.LITTLE”。LITTLE 內(nèi)核可實現(xiàn)高能效，它們可以執(zhí)行大多數(shù)任務，這也是大多數(shù)智能手機能夠獲得良好電池壽命的原因——它們可以在消耗很少電量的情況下完成大多數(shù)事情。大核心大多處于空閑狀態(tài)，但它們會在重負載下啟動。操作系統(tǒng)決定將任務發(fā)送到哪些內(nèi)核。
讓我們從 CPU 的高效內(nèi)核開始進行這個討論。
（一）中央處理器
正如你所看到的，這是蘋果真正摧毀安卓競爭的地方。他們完成基準測試的速度比第二好的高通公司快 3.5 倍，同時僅使用 40% 的能量來完成任務，主要是因為它完成得更快。
所有這些圖表中的谷歌和三星點都會很有趣，因為三星幫助設(shè)計和制造了谷歌的 Tensor。每個人，包括我，都認為它與三星的 E2100 相同，但在那里有谷歌的 AI/ML 單元。但這并不完全正確。雖然它們很相似，但谷歌對 CPU 和 GPU 內(nèi)核做了一些不同的設(shè)計選擇。
在效率核心方面，谷歌決定比三星從 ARM 的庫存 A55 核心獲得更高的性能，所有這些芯片都使用 A55 核心，除了蘋果的。但成本是 17% 的瓦數(shù)消耗，以及 10% 的能量用于完成基準任務，即使它完成得更快。盡管 S888 是由三星制造的，但高通在這方面領(lǐng)先于三星。蘋果領(lǐng)先于所有這些。
轉(zhuǎn)向高性能內(nèi)核：
我們看到的大致相同：
蘋果對高通的領(lǐng)先并不像高效內(nèi)核那樣顯著，但他們?nèi)匀灰?60% 的速度完成基準測試，并且使用的能源減少了 21%。蘋果的芯片在全負載時的功率實際上比高通的高，但由于它完成得更快，所以它消耗的總能量更少。
高通也通過采用 ARM 的 X1 核心，在性能方面扼殺了三星，所有 Android 芯片高性能核心都基于該核心。
在性能核心上，谷歌在效率核心上做出了相反的決定。他們決定稍微調(diào)低性能并節(jié)省電量。
蘋果真的把它的芯片帶到了高通和三星難以企及的高度，所以安卓芯片制造商決定在 big.LITTLE 三明治中添加一個中間層。在我看來，這不是很好。
在這里，我們看到了 Google 在 Tensor 上的最大設(shè)計選擇。三星對 ARM 的 A78 內(nèi)核的實現(xiàn)比高通的差很多，以至于他們決定恢復到上一代 A76 并節(jié)省能源。但在這個過程中，他們的中核性能比蘋果的效率差，但功耗卻是蘋果的三倍。
Apple 在這里對所有人的領(lǐng)先是非常明顯，您可以理解為什么他們不需要中核，而是在芯片上留出更多空間來放置他們喜歡放入的其他東西。
在每瓦性能方面，蘋果的領(lǐng)先優(yōu)勢更顯而易見，而高通則遙遙領(lǐng)先。
效率核心是 A15 賺錢的地方。
（二）圖形
GPU 功耗更難隔離，因此這里 AnandTech 在基準測試完成期間使用來自手機的持續(xù)瓦數(shù)功耗。
在性能方面，Apple 的領(lǐng)先優(yōu)勢顯而易見，但兩款 iPhone 13s 的功耗都比搭載驍龍 888 的 Galaxy S21U 或 Pixel 6 都要高。但這種額外的功耗為 Apple 提供了更高的性能，以至于它們?nèi)匀皇敲客咝阅艿耐跽咴趫D形方面也是如此。
高通的實現(xiàn)仍然是安卓芯片中最好的。谷歌選擇調(diào)低三星 GPU 的功耗，在此過程中對性能造成了重大影響。
（三）機器學習
真正促使谷歌制造自己的芯片的是高通芯片的弱人工智能和機器學習性能。Apple 已經(jīng)為此努力了一段時間，他們的機器學習核心和相關(guān)軟件仍然是智能手機中最好的。但總的來說，谷歌是人工智能之王。沒有人比谷歌更長時間、更努力地使用人工智能，但他們想要添加的功能在高通或三星的硬件上運行速度不夠快，無法提供良好的用戶體驗。
所以這就是重點。Google 知道 Tensor 在 CPU 和 GPU 方面不如他們從高通那里買的那么好，但缺乏高端 AI/ML 硬件是他們的軟件瓶頸。
我們這里有 ML 基準測試，但它們不如測試通用計算的 CPU 和圖形基準測試相關(guān)。原因是將這些單元放在智能手機芯片上的目的是實現(xiàn)語音識別和照片處理等特定功能，而不是通用功能。因此，這是每個功能實現(xiàn)所獨有的硬件、軟件和數(shù)據(jù)庫的組合，與一般機器學習任務的比較無關(guān)。
但對于 Apple 和 Google 來說，關(guān)鍵在于：他們可以在自己的手機上啟用其他手機沒有的重要功能——設(shè)備上的語音識別。還有更多。
筆記本電腦：M1 Pro 和 M1 Max
Apple 已經(jīng)顛覆了每個人對筆記本電腦芯片的外觀和功能的看法。智能手機和筆記本電腦芯片通常被稱為“片上系統(tǒng)”或 SoC。來自英特爾和 AMD 的筆記本電腦芯片有一個 CPU 和一個弱集成 GPU。智能手機芯片有這些，還有更多。例如，在 iPhone 上：
機器學習核心。
安全飛地和加密加速器。
音頻、視頻和照片的專業(yè)單位。
高通公司的 Snapdragon 也搭載了 5G 功能。這些確實是片上系統(tǒng)。
現(xiàn)在，Apple 已將其引入筆記本電腦。我們將討論 CPU 和 GPU，但所有 M1 芯片都有上述配置，加上所有 I/O，包括英特爾的 Thunderbolt，這是英特爾從未在 SoC 上使用的東西。與 CPU 和 GPU 相比，這些專用單元執(zhí)行常見任務的速度更快，功耗更低。通過將它們放在 SoC 芯片上，Apple 節(jié)省了主板上的大量空間，并節(jié)省了額外芯片的功率/熱量以執(zhí)行相同的功能。
因此，首先，由于所有這些專用單元，M1 與 Intel 或 AMD 的任何產(chǎn)品都不同。Max 還具有僅在 Intel 和 AMD 的數(shù)據(jù)中心芯片中才有的內(nèi)存帶寬，以及更好的電源管理，空閑時為 0.2 瓦，而同類 Windows 筆記本電腦為 1.1 瓦。
M1 Pro 和 Max 上的內(nèi)核與 M1 中的內(nèi)核相同，只是它們位于更大的集群中。
與 M1 相比，Pro 和 Max 的性能核心都翻了一番，并將效率核心減半，從 4-4 配置變?yōu)?8-2 配置。
與 M1 相比，M1 Pro 的 GPU 內(nèi)核數(shù)量增加了一倍，而 Max 則增加了四倍。
兩者都有增強的音頻/視頻/照片復合體（Max 更是如此），因為這些筆記本電腦是針對創(chuàng)意專業(yè)人士的。M1 Max 可以在極低的功耗下完成 Windows 筆記本電腦無法完成的一些非常出色的 8k 視頻操作。
這些筆記本電腦的目標用戶是創(chuàng)意專業(yè)人士和其他有大工作的人，比如擁有大量代碼庫需要很長時間編譯的開發(fā)人員。PC 界唯一能與之媲美的就是高端游戲本，比如微星 GE76 Raider，它似乎是個寵兒。它采用第 11 代英特爾酷睿 i7 SoC，帶有單獨的 Nvidia RTX 3080 GPU。它在亞馬遜上的售價為 3500 美元，遠高于大多數(shù) PC 筆記本電腦，這正是 Apple 為類似配置的 M1 Max MacBook Pro 收取的費用。
請記住，英特爾正在開始推出他們的第 12 代酷睿處理器，第 12 代的筆記本電腦應該會在幾個月內(nèi)上市。我將單獨介紹第 12 代。此外，目前還沒有筆記本電腦配備 Nvidia 最好的移動 GPU，即 RTX 3090。
AnandTech 在 MSI 和 M1 Max MacBook Pro 上運行了一系列 9 個 CPU 和 GPU 基準測試。平均而言，M1 Max 在速度方面比英特爾筆記本電腦高 60%，在功耗方面比英特爾筆記本電腦高 52%。在每瓦性能方面，它平均比 MSI 筆記本電腦高出驚人的 215%。
AnandTech 發(fā)現(xiàn) Windows 筆記本電腦的唯一優(yōu)勢是在 AAA 游戲中，MSI 是針對該游戲的。Windows 仍然是一個更好的 AAA 游戲平臺，但目前在筆記本電腦領(lǐng)域僅此而已。Apple 重新設(shè)定了每個人對筆記本電腦芯片應包含的內(nèi)容和功能的期望。
這是我對 Mrs. Trading Places 新到的 M1 Pro 筆記本電腦進行的單獨測試。
根據(jù) Geekbench 的數(shù)據(jù)，“ARM 虛擬機”是她在虛擬機中運行 Windows 的 MacBook Pro，與原生 Mac 相比，性能下降了約 12%。在這里，我將 Windows 虛擬機與我能為那臺 MSI 筆記本電腦找到的最好的最新基準進行比較，而本機 Wintel 筆記本電腦幾乎沒有優(yōu)勢。
展望未來
蘋果的芯片設(shè)計部門仍然是世界上最好的，這是他們未來的核心優(yōu)勢之一。他們擁有最好的智能手機芯片仍然是毋庸置疑的。他們現(xiàn)在已經(jīng)通過 M1 將其擴展到他們的低端 Mac，自 M1 Mac 發(fā)布以來的第一個返校季度是 Mac 有史以來最好的季度?，F(xiàn)在 M1 Pro 和 Max 已經(jīng)重置了專業(yè)筆記本電腦中的表格。起初我不這么認為，但現(xiàn)在我認為我們將看到 Mac 的長期市場份額略有增加。它無疑激起了一波升級浪潮，包括在我家中。
剩下的就是高端的 iMac 和 Mac Pro，它們是銷量最低的機型。當他們在 2023 年 6 月發(fā)布 Mac Pro 時，這將是一個巨大的成功，因為它很可能與英特爾和 AMD 最適合數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)品相媲美，而且功耗要低得多。
盡管 Mac 只是 Apple 的一小部分，并將繼續(xù)如此，但他們將在其經(jīng)營的每個產(chǎn)品類別中重新設(shè)置芯片設(shè)計表。
對于谷歌來說，這是谷歌的第一步，有點像亞馬遜的第一款ARM數(shù)據(jù)中心芯片，一個小小的失誤。亞馬遜掛了，他們的第二個數(shù)據(jù)中心芯片 Graviton2 更受云客戶的歡迎。
谷歌在與三星合作時有點受挫，三星自己的芯片與高通的相比并不好，而且是臭名昭著的耗電熱怪物。他們在中核上做出的妥協(xié)，向下一代以避免這種用戶體驗，是指示性的。
但同樣，沒有人比谷歌在人工智能方面投入更多。Pixel 6 啟用的功能只是一個開始，它甚至可能給蘋果帶來一次壓力。移動 CPU 和 GPU 在處理絕大多數(shù)用戶任務時已經(jīng)變得如此高效，以至于它們現(xiàn)在比功耗和芯片上的所有其他東西更重要。
在我看來，谷歌重新關(guān)注硬件，在硅谷設(shè)立了一個新的研究中心，并且有傳言稱他們正在開發(fā)像微軟 這樣的 ARM 筆記本電腦芯片。谷歌有時會遇到麻煩，但在我看來，他們已經(jīng)做出了長期留在這里的戰(zhàn)略決定，這只會讓 Android 生態(tài)系統(tǒng)變得更有趣。
但與蘋果一樣，這將仍然是谷歌的一小部分。
至于高通，他們在移動類別中仍穩(wěn)居第二位，僅次于蘋果，但蘋果的領(lǐng)先優(yōu)勢并沒有縮小。此外，他們用于筆記本電腦和汽車的其他 Snapdragon 芯片很好，但不是很好。
好消息是，幫助正在進行中。高通對 Nuvia 的收購被廣泛低估。Nuvia 由 Gerard Williams III 于 2019 年初創(chuàng)立，他之前的工作是讓 Apple 的芯片設(shè)計部門成為第一。Williams 現(xiàn)在是 Qualcomm 的工程高級副總裁。我們應該很快就會看到第一款搭載 Nuvia IP 的 Snapdragons，這就是原因：
當我們這樣做時，高通將在其整個 Snapdragon 產(chǎn)品線中在性能和功耗方面實現(xiàn)巨大飛躍。
在英特爾，PC 芯片在 2021 年前九個月的收入為 300 億美元，占收入的 52%，占營業(yè)利潤的 77%，達到 110 億美元。那是為了讓擁有出色 ARM 芯片供 PC 竊取的人使用。我的錢在高通。如果他們成功了，那將是公司的一次大規(guī)模擴張。
最后，三星的品牌是“第二好，但還是不錯的”。他們的 Exynos 芯片僅次于 Snapdragons。他們的芯片代工廠僅次于 TSMC。但他們的優(yōu)勢在于，隨著 TSMC僅在未來三年就以 1000 億美元的資本支出來建立產(chǎn)能，他們的高端流程現(xiàn)在只能處理一個客戶，至少在明年：Apple。
對于那些厭倦了等待 Apple 完成的人來說，這是個壞消息。高通去年跳槽三星代工，AMD 也剛剛緊隨其后。這對三星代工廠來說是個好消息，直到 TSMC 能夠擴大規(guī)模超過蘋果的年度訂單。隨著更多產(chǎn)品的出現(xiàn)，這可能不會很快發(fā)生，讓蘋果獨自一人擁有世界頂級的半導體工藝。
