蘋(píng)果M1芯片性能表現(xiàn)如何?

“天下大勢(shì)，分久必合，合久必分”，M1并不是蘋(píng)果第一次改換處理器，早在2005年，Mac系列就從摩托羅拉、IBM的Power系列處理器更換到英特爾酷睿處理器。

在當(dāng)年的WWDC上，喬布斯談到了對(duì)Power處理器的失望：性能不足、開(kāi)發(fā)路線模糊且功耗巨大，而這正是改換門(mén)庭的契機(jī)。

而當(dāng)我們把時(shí)間線撥到15年后的今天，你會(huì)發(fā)現(xiàn)歷史總是驚人的相似，眼下的英特爾也正經(jīng)歷著性能、制程研發(fā)和功耗的瓶頸煎熬，所以，蘋(píng)果推出應(yīng)用于Mac系統(tǒng)的自研處理器其實(shí)一點(diǎn)兒也不讓人意外。

雖然我們?cè)?a target="_blank">電腦端習(xí)慣于說(shuō)處理器，但注意，M1是蘋(píng)果第一款專(zhuān)為Mac設(shè)計(jì)的SoC芯片，關(guān)鍵詞：SoC。這正是M1最大的技術(shù)基礎(chǔ)，接下來(lái)我們將會(huì)以此為起點(diǎn)并結(jié)合新款Mac mini的實(shí)際測(cè)試，來(lái)為大家揭開(kāi)M1的真實(shí)用戶(hù)體驗(yàn)是否如坊間傳聞那般“拳打i9，腳踢PC”吧。

單核性能極強(qiáng)，非專(zhuān)業(yè)用戶(hù)日常使用OK

正如前面所說(shuō)，M1推出的契機(jī)在于X86架構(gòu)處理器在肉眼可見(jiàn)的未來(lái)，并不具備蘋(píng)果想要的進(jìn)步幅度，也與蘋(píng)果期望的發(fā)展方向相左，作為手握手機(jī)平板端最強(qiáng)SoC的蘋(píng)果早已打造了屬于自己的閉源生態(tài)圈，所以在Mac上完全可以移植這套“熟悉的配方”，掌握最高級(jí)別的供應(yīng)鏈話語(yǔ)權(quán)。

但實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)必須有一個(gè)大前提，那就是性能要足夠強(qiáng)，至少要在用戶(hù)端實(shí)現(xiàn)無(wú)感遷移，那M1是怎樣做的呢？

首先是CPU單核性能的極致優(yōu)化，一直以來(lái)蘋(píng)果的SoC都是走相對(duì)低頻+少核心數(shù)量+超寬架構(gòu)IPC方案，M1也不過(guò)是4大核設(shè)計(jì)，但在采用臺(tái)積電5nm制程下足足塞入了160億個(gè)晶體管，4個(gè)大核可以分配到非常充裕的晶體管資源，先天就相對(duì)X86競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手有著明顯的單核性能優(yōu)勢(shì)。

在Geekbench 5測(cè)試中，單核可以跑出驚人的1732分，作為對(duì)比，單核睿頻最高可達(dá)5.1GHz的英特爾Core i7 10875H只能跑1100分出頭，即便是放眼桌面端最強(qiáng)的Core i9 10900K也最多只能逼近1500分，與M1仍存在較大的差距。

從程序優(yōu)化的角度來(lái)說(shuō)，調(diào)用的核心越少，工作效率就越高，所以單核性能基本決定了綜合體驗(yàn)的下限，M1在這方面可以說(shuō)留足了性能空間，并且在跑Geekbench 5 CPU測(cè)試時(shí)，CPU占用率在45~65%之間，平臺(tái)峰值功耗也不過(guò)28W，整機(jī)運(yùn)行非常安靜，機(jī)身外殼也基本沒(méi)有發(fā)熱。

換言之，即便是單純比通用計(jì)算性能，M1也并不會(huì)比X86同功耗水準(zhǔn)的型號(hào)差，甚至在對(duì)比英特爾11代低電壓型號(hào)時(shí)能占得先機(jī)，但相較AMD 4000U系列還是有一定的差距。

除此之外大家最關(guān)心的可能還是軟件兼容性的問(wèn)題，畢竟ARM和X86存在架構(gòu)區(qū)別，“我買(mǎi)M1芯片的Mac會(huì)不會(huì)用不了已經(jīng)習(xí)慣了的macOS APP呢？”

M1的特殊之處在于需要應(yīng)用開(kāi)發(fā)商針對(duì)Universal進(jìn)行升級(jí)后才能以ARM原生方式運(yùn)行APP，但好消息是我們?nèi)粘Ｊ褂玫拇蠖郃PP，比如QQ、愛(ài)奇藝、WPS、剪映等國(guó)產(chǎn)APP都基本在第一時(shí)間推出了Universal版，可以很方便地在APP Store進(jìn)行下載安裝，因此，日常工作娛樂(lè)M1芯片Mac都能很好地實(shí)現(xiàn)兼容，可放心選擇。

但對(duì)于相對(duì)專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，現(xiàn)階段來(lái)看兼容性問(wèn)題確實(shí)是存在的，因?yàn)槟壳癕ac用戶(hù)仍習(xí)慣于通過(guò)瀏覽器下載而不是通過(guò)APP Store，所以很容易下載到無(wú)法支持的版本（當(dāng)然，很多第三方大型專(zhuān)業(yè)軟件本來(lái)就無(wú)法通過(guò)APP Store）。

因此，M1芯片的Mac系統(tǒng)還是更適合原本就一直使用蘋(píng)果系第一方APP的用戶(hù)：Final Cut Pro就第一時(shí)間進(jìn)行了原生適配，但比如像Adobe旗下的熱門(mén)軟件就沒(méi)有那么快了，最快的Lightroom CC也要12月，Photoshop則要到2021年，Premiere、After Efftct、Illustrator等暫時(shí)沒(méi)有公布時(shí)間線。

雖然macOS Big Sur包含了Rosetta 2編譯器，運(yùn)行可受支持的X86 Mac APP時(shí)會(huì)提示下載安裝，但它的限制也很明顯：使用AVX/AVX2/AVX512指令集的軟件無(wú)法編譯，但這恰恰是生產(chǎn)力軟件的必備。

除此之外，虛擬化X86的軟件和涉及到內(nèi)核模塊也無(wú)法翻譯，限制比較明顯。而且WWDC 2020現(xiàn)場(chǎng)演示的PD虛擬化Debian 10并不是大家以為的X86版本，而是樹(shù)莓派的Lunux版……

綜上所述，短時(shí)間內(nèi)對(duì)于需要在虛擬機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)、使用第三方大型設(shè)計(jì)軟件的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，M1芯片機(jī)型入手還需謹(jǐn)慎。

大量專(zhuān)用芯片保證了高性能及低功耗

回到硬件功能上，作為以SoC形態(tài)出現(xiàn)的電腦處理器，M1相對(duì)傳統(tǒng)X86 CPU的優(yōu)點(diǎn)在哪呢？先來(lái)看傳統(tǒng)CPU是怎樣處理數(shù)據(jù)的吧，現(xiàn)代CPU支持?jǐn)?shù)百條指令，但僅僅只處理一個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)也需要完整地跑一遍流水線，但即便是流水線較短的ARM架構(gòu)也在10級(jí)以上，X86則需要經(jīng)歷20級(jí)左右，能效比很低。雖然現(xiàn)代CPU大多可以將常見(jiàn)的指令集合，一次下達(dá)1條指令就能實(shí)現(xiàn)多個(gè)指令的并行，一條指令也可以同時(shí)處理多組數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)單指令多數(shù)據(jù)流，但即便是AVX512的帶寬依然相對(duì)太窄，再加上長(zhǎng)流水線的影響，所以為了提高性能就只能提高頻率，這也就增加了功耗，這就是為什么低電壓x86 CPU很難成為生產(chǎn)力工具的原因。

既然CPU的通用計(jì)算能力如此有限，M1的方案方向就很明確了，那就用上專(zhuān)用計(jì)算方案吧。于是在M1的官方結(jié)構(gòu)圖上，我們可以看到非常多的專(zhuān)用芯片：圖像處理、視頻編解碼、音頻處理、加密解密、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)……

所以，這其實(shí)與手機(jī)/平板芯片是同一個(gè)路數(shù)，通過(guò)不走CPU流水線的專(zhuān)用芯片將能耗比最大化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效與低功耗的兼?zhèn)洹?/p>

那么，專(zhuān)用芯片的性能到底有沒(méi)有說(shuō)的這么厲害呢？

如果你經(jīng)常使用Premiere或After Effect等視頻剪輯/特效軟件，一定會(huì)對(duì)高分辨率素材回放所造成的卡頓印象深刻，哪怕你電腦配置價(jià)格過(guò)萬(wàn)也無(wú)法避免，所以有時(shí)候?yàn)榱颂岣吖ぷ餍?，不得不依靠調(diào)低預(yù)覽分辨率甚至使用代理來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

但這又意味著無(wú)法直觀檢視色彩、細(xì)節(jié)、動(dòng)態(tài)范圍等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如果再遇上H.265編碼甚至HDR內(nèi)容，說(shuō)它是視頻工作者的夢(mèng)魘也不為過(guò)。

而結(jié)合專(zhuān)用芯片的M1表現(xiàn)如何呢？

我們?cè)贔inal Cut Pro 10.5中調(diào)用了數(shù)段8K分辨率素材建立視頻項(xiàng)目，并以“較好質(zhì)量”進(jìn)行實(shí)時(shí)回放，無(wú)論怎樣拖動(dòng)時(shí)間線，預(yù)覽畫(huà)面與時(shí)間線指針都能即時(shí)響應(yīng)，并且在調(diào)整顏色、飽和度、曝光數(shù)據(jù)并小幅度裁切后也同樣可以零卡頓預(yù)覽，不需要單獨(dú)渲染，這在傳統(tǒng)X86處理器機(jī)型上是很難實(shí)現(xiàn)的。

除此之外，在編輯iPhone 12 Pro Max拍攝的4K分辨率60幀Rec 2020色域H.265編碼HDR視頻時(shí)，M1芯片加持的Mac mini也能做到完全流暢的回放和剪輯，并且平臺(tái)功耗可以控制在15W以?xún)?nèi)，CPU/GPU占用率也很低。

我們把這一段視頻放到采用Core i7 10875H處理器、32GB內(nèi)存、RTX 2070獨(dú)顯的Windows 10筆記本上使用Premiere Pro 2020進(jìn)行編輯，在開(kāi)啟硬件加速的情況下也同樣會(huì)出現(xiàn)卡頓。而且平臺(tái)功耗輕松超過(guò)80W，內(nèi)存更是幾乎吃滿(mǎn)，由此可見(jiàn)，在受支持的APP下，專(zhuān)用芯片的功能十分明顯。

同樣的結(jié)論也適用于包括機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)加密、音頻編碼等其他專(zhuān)用芯片加速的項(xiàng)目，比如在djay Pro AI音頻剪輯軟件中，M1就能準(zhǔn)確識(shí)別樂(lè)曲中的節(jié)拍、鼓點(diǎn)和人聲并支持各自分離重新混音，相對(duì)Windows平臺(tái)的音頻后期軟件來(lái)說(shuō)準(zhǔn)確率要高很多，并且通過(guò)滑條的方式進(jìn)行控制也很直觀。

當(dāng)然，有受支持的APP就有不受支持APP，如果是通過(guò)Rosetta 2編譯后運(yùn)行的第三方X86設(shè)計(jì)軟件，因?yàn)闆](méi)有專(zhuān)用芯片來(lái)進(jìn)行硬件優(yōu)化，所以工作效率跌幅明顯。

以Blender為例，使用最新的穩(wěn)定版2.90.1進(jìn)行云霧效果渲染，因?yàn)镃UDA、OpenCL、OptiX等硬件加速都無(wú)法開(kāi)啟，因此即便平臺(tái)功耗跑到了30W左右、CPU占用率100%、GPU超60%這種接近滿(mǎn)載的情況下，渲染效率依然很低。

在我們的Windows 10對(duì)比平臺(tái)上，相同設(shè)置的渲染效率明顯要高出很多，這就是此前提到的問(wèn)題所在：當(dāng)面對(duì)沒(méi)有專(zhuān)用芯片優(yōu)化、且并未通過(guò)Universal實(shí)現(xiàn)原生的第三方高負(fù)載APP時(shí)，M1的表現(xiàn)會(huì)很受限。

打破性能桎梏的片上封裝內(nèi)存設(shè)計(jì)

內(nèi)存性能可以簡(jiǎn)單分為帶寬和延遲兩個(gè)維度，如果馬力全開(kāi)，一個(gè)3GHz的4核CPU在執(zhí)行兩個(gè)256bit單指令多數(shù)據(jù)流FMA指令時(shí)，數(shù)據(jù)帶寬的需求是約為2304GB/s，即便是雙通道DDR4-3200內(nèi)存的帶寬也只有51.2GB/s。

當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用中除了特殊的測(cè)試程序之外，不可能出現(xiàn)全速吞吐FMA指令集的情況，但這個(gè)差距依然是十分懸殊，仍有填補(bǔ)的必要。

所以，現(xiàn)代CPU一般會(huì)在內(nèi)核放入大容量緩存來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，三級(jí)緩存的帶寬是內(nèi)存的7~8倍，延遲則只有1/5，效率顯然更高。但緩存占據(jù)了大量的內(nèi)核晶體管資源，不可能無(wú)節(jié)制地增大。

而M1給出的解決方案則退了一步，通過(guò)SoC的形式將2顆LPDD44X DRAM直接封裝到M1的基板上，這樣一來(lái)，至少相對(duì)傳統(tǒng)的插槽或主板焊接而言走線距離短了非常多，進(jìn)而降低了延遲并降低功耗。

根據(jù)已有的資料來(lái)看，相對(duì)板載方案，傳輸功耗的下降幅度可以達(dá)到20倍之多，未來(lái)如果能結(jié)合HBM2內(nèi)存顆粒，雙通道的情況下就能實(shí)現(xiàn)512GB/s的帶寬，足足是DDR4-3200的10倍。

不過(guò)，封裝內(nèi)存也就意味著完全舍棄了擴(kuò)展性且容量上限也明顯更低，這就會(huì)形成天生的用戶(hù)群上限。3款采用M1芯片的Mac產(chǎn)品最大內(nèi)存容量也不過(guò)16GB，macOS可不能像iOS這樣通過(guò)殺進(jìn)程的方式來(lái)緩解內(nèi)存壓力，并行是電腦操作的自然屬性，所以這就注定了至少在M1這個(gè)階段，它依然只能在主流定位的產(chǎn)品上找存在感。

但從商業(yè)角度來(lái)說(shuō)這個(gè)切入點(diǎn)反倒很適用，因?yàn)橹髁骷创砀叱鲐浟?，這是生態(tài)形成和用戶(hù)習(xí)慣培養(yǎng)的根本，M1必須能打下這個(gè)基本盤(pán)，ARM在Mac端才能走得更遠(yuǎn)。

為什么我們選擇測(cè)試Mac mini？

M1芯片的3款機(jī)型中，大家可能更關(guān)注新款的MacBook Air和MacBook Pro，不過(guò)我們知道CPU的性能往往與散熱正相關(guān)，相對(duì)于以輕薄為主要設(shè)計(jì)方向的筆記本而言，Mac mini雖然定位迷你，機(jī)身只比機(jī)頂盒大不了多少，但“瘦死的駱駝比馬大”，厚度依然足足有36mm，是MacBook Pro的兩倍有余，這就為它的散熱設(shè)計(jì)保留了足夠的余量。

事實(shí)上從我們的測(cè)試來(lái)看，即便是運(yùn)行需要編譯器編譯的X86高負(fù)載應(yīng)用也沒(méi)有出現(xiàn)明顯的噪音，機(jī)身發(fā)熱也幾乎可以忽略，所以Mac mini是3款M1芯片機(jī)型中性能釋放最穩(wěn)定的一款。

而且作為不需要負(fù)擔(dān)屏幕、鍵鼠成本的迷你臺(tái)式機(jī)，Mac mini也將用戶(hù)預(yù)算壓力控制在了最低水準(zhǔn)，可以充分利用已有的或自己更喜歡的周邊硬件來(lái)展開(kāi)工作，視頻輸出可以通過(guò)HDMI2.0和1個(gè)帶寬達(dá)到40Gbps的雷靂/USB4來(lái)實(shí)現(xiàn)雙顯示器。

除此之外還有1個(gè)雷靂/USB4接口，并預(yù)留了2個(gè)USB-A、千兆有線、3.5mm音頻輸出并支持WiFi6無(wú)線協(xié)議，對(duì)于大多數(shù)想要嘗鮮更換Mac平臺(tái)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，也是目前最實(shí)用的方案。

當(dāng)然，如果是重度外設(shè)用戶(hù)，接口數(shù)量還是相對(duì)緊張的。

采用基于ARM架構(gòu)的電腦處理器方案，也意味著完全打通了iOS和iPadOS生態(tài)，畢竟這兩者在各自領(lǐng)域都基本上穩(wěn)坐頭把交椅。

M1的出現(xiàn)開(kāi)啟了蘋(píng)果電腦、手機(jī)、平板生態(tài)大一統(tǒng)的開(kāi)端，未來(lái)的走勢(shì)就是APP端有著廣泛的三者兼用基礎(chǔ)，上層再發(fā)展出各自特化的APP來(lái)作為延展區(qū)分，這就是蘋(píng)果力推M1的市場(chǎng)目的，也是為啥總有人說(shuō)M1就是強(qiáng)化版A14Z的原因，其實(shí)這種說(shuō)法在我看來(lái)確實(shí)是有理由的。

將手機(jī)、平板、電腦的處理器統(tǒng)一的另一大優(yōu)勢(shì)，就是可充分利用規(guī)模效應(yīng)來(lái)降低成本，即便是作為第一代產(chǎn)品的M1也已借由iPhone和iPad龐大的體量收獲了低成本效益。

與采用Core i5處理器的版本相比，同為8GB內(nèi)存、512GB SSD的配置下M1版Mac mini足足便宜1500元，但基本的日常使用來(lái)看幾乎沒(méi)有差別，還能依靠專(zhuān)用芯片來(lái)給蘋(píng)果系A(chǔ)PP加上強(qiáng)力Buff，可以說(shuō)是優(yōu)點(diǎn)很明顯的產(chǎn)品。香！
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