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　　[PConline 杂谈]苹果发布了使用了ARM架构M1处理器的MacBook，其惊人的能效表现，以及深度和移动平台融合的生态，给人留下了深刻的印象。M1处理器打破了很多人ARM性能羸弱的固有印象，而macOS和M1的契合度，更是令人惊叹连连——M1这颗ARM处理器，通过macOS 11中Rosetta 2转译层运行X86软件，很多时候竟然比Intel高端处理器原生运行X86软件更快！

macOS 11兼容ARM芯片，从另一维度挑战Windows

　　苹果M1的出彩，是出乎很多人的意料的。特别是对比微软在ARM领域的步履蹒跚，更凸显出苹果新产品的不可思议。要知道，微软早在2012年，就推出了使用ARM处理器的Surface平板，并为之配备了转制的Windows RT系统；最近，微软更是力推使用骁龙ARM处理器的Surface Pro X平板，其上搭载的是兼容X86软件的Windows 10 on ARM。

微软早已经涉足ARM领域，推出了基于ARM的Windows平板，但表现不尽如人意

　　然而，微软的ARM产品实际表现却令人失望。初代Surface上的Windows RT无法兼容X86软件，而Windows 10 on ARM则无法运行64位软件，且使用X86软件时性能极其低下。和M1以及macOS 11相比，表现有云泥之别。

　　微软借助Wintel联盟，统治了桌面市场三十年。苹果macOS凭借M1这颗表现惊人的ARM芯片，能否挑战Windows？今天一起来谈谈这个话题吧。

M1芯片为何能有如此高性能？

　　Windows的成功，和X86处理器在性能上的强势是密不可分的。业界有一个很著名的说法，叫“安迪-比尔”定律，安迪指的是Intel前CEO安迪·格鲁夫，比尔则是大家都熟悉的微软创始人比尔·盖茨。这个定律的主要内容，就是安迪提供什么，比尔就会拿走什么，意思是Intel为代表的X86处理器提供的性能，都会被Windows为代表的软件吃掉。

　　虽然这个定律很有吐槽软件吃性能的意味，但也肯定了X86处理器的性能表现。而现在，M1这颗ARM处理器，在轻薄笔记本的使用环境下，性能大大压过了X86处理器一头，这到底是怎么做到的呢？这和M1处理器的诸多特性是密不可分的。

　　·工艺。得益于多年和台积电的密切合作，苹果M1处理器得以用上了最先进的5nm工艺，先进的工艺带来了能效方面的先天优势。而M1的设计也是和台积电的工艺特点相契合的，对比Intel，台积电的工艺并不追求高频率，而M1的架构则主攻高IPC，并不需要高频，双方共同铸造出了M1芯片的极高能效。

M1芯片使用了与之特性相契合的先进工艺

　　·规模。受益于5nm工艺，M1芯片得以在有限的面积中，集成不亚于X86处理器规模的晶体管。M1处理器包含8个CPU核心，芯片面积为119mm²，集成了160亿个晶体管；作为对比，当前桌面顶级处理器AMD Zen 3中的一个CCD同样包含8个CPU核心，面积为80.7mm²，集成41.5个晶体管。考虑到M1还封装了GPU、RAM等其他模块，事实上双方在CPU单元部分，规模已经是并驾齐驱。

　　·架构。M1的CPU架构设计是非常激进的。举个例子，根据外媒Anandtech推测出来的架构图，M1拥有8解码超宽架构的大核心，这是一个非常夸张的规模——顶级X86处理器只做到了4解码。而在ALU单元、FPU单元的数量配置上，M1对比当前的X86处理器也有优势。尽管受限于工艺以及架构特点（超宽架构、短流水线），M1的频率并不高，但IPC却超过了许多顶级的X86处理器。

M1的大核心架构设计非常激进，X86处理器没有这么多路前端解码

　　·专用电路。很多朋友都看过M1版MacBook的剪片演示，新MacBook在视频剪辑的速度上，居然远胜于售价高好几倍iMac Pro，小小的甚至不需要风扇散热的M1芯片，表现更胜于i9处理器。这其实在很大程度上，得益于M1芯片集成的专用电路。

很多需要算力的特定功能，在M1中都有专用电路实现

　　专用电路这个名词听起来，似乎有点陌生，但其实如果你关注挖矿，就知道这是什么意思了。在挖矿领域，CPU速度远不如GPU，而GPU又远不如ASIC矿机，这是因为ASIC芯片是专为挖矿算法定制的专用电路。在M1芯片中，也存在诸多这样的专用电路，它们能为视频编码解码、机器学习、图像处理、数据加密等计算提供硬件加速，结合macOS 11专为其打造的API，一些生产力任务能够前所未有地高效运行。

　　·片上互联。这又是M1芯片的一大杀手锏。在传统的PC硬件架构中，内存、GPU、CPU等部件，需要经由主板相关总线来传输数据，而M1芯片则将这些部件进行了SoC化，将其集成到了同一块芯片当中。相比传统做法，M1芯片能极大程度地提升数据传输的速度，性能得到了系统性的提升。