蘋果自研的首款Arm架構Mac芯片M1已經亮相一個月有余。這一個月的時間里,多項基準測試結果顯示,M1芯片的性能不僅超越蘋果以往自研的全部芯片,并且超越了一眾x86架構或Arm架構的競品。
然而,在領先的性能背后,蘋果M1芯片的設計細節成“謎”。即使是在雙十一凌晨舉辦的發布會上,蘋果也并未對M1的具體架構講述過多。
不過,蘋果在發布會PPT上展示了M1芯片的封裝和架構概念圖,而這張概念圖成為極客們發掘M1芯片設計細節的“藏寶圖”。此外,分析機構System Plus Consulting發布了一張模糊的M1芯片模塊圖。
借助這兩張圖及其他信息,美國科技媒體EE Times發布對于蘋果M1芯片的最新技術細節解讀,芯東西將其全文編譯如下:
一、解讀蘋果M1芯片三大創新點
據EE Times報道,蘋果M1芯片在內存、GPU、通用邏輯單元等方面做出創新。
首先,在對M1芯片內存和GPU的設計過程中,蘋果芯片設計師借鑒了移動處理器的設計方式。
內存方面,M1芯片幾乎沒有為系統緩存專門留出空間。為了最大限度地提升芯片性能和散熱能力,M1芯片借鑒了移動處理器讓DRAM物理上接近AP(應用處理器)的設計方法。
在移動處理器的“package-on-package ”架構中,內存會被堆疊在AP上。與此類似,M1芯片采用了“統一內存架構(UMA)”,即通過將LPDDR4X DRAM整合到封裝中,釋放芯片面積。
借助“統一內存架構”,M1芯片的CPU內核和GPU內核可以同時訪問DRAM。
在GPU方面,M1芯片上為GPU核心劃分出一大塊面積。EE Times寫到,這種設計方式也在某種程度上借鑒了移動應用處理器的設計。
其次,蘋果芯片設計師在M1芯片通用邏輯單元的固件上構建了一些功能,使CPU核心能夠處理要求更高的任務。
蘋果聯合創始人史蒂夫·喬布斯曾援引過計算機科學家艾倫·凱的名言“真正重視軟件的人,應該自己開發硬件”。EE Times認為,M1芯片對通用邏輯單元的獨特設計即是對這一理念的體現。
二、根據熱成像圖片確定M1芯片上的內核位置
EETimes文章指出,M1芯片采用“覆晶技術(flip-chip)”進行封裝,這種技術通常用于封裝當今最先進的芯片。封裝過程中,技術人員使芯片連接點長出“凸塊(bump)”,然后將芯片翻轉過來,使凸塊與基板(substrate)直接連結。
采用這種方法封裝的芯片,在紅外線照射下能夠顯示出較為清晰的平面圖。基于此,EE Times分析了分析機構MuAnalysis制作的M1芯片熱成像圖片。
在運行計算任務時,M1芯片的熱成像圖片顯示出一個明黃色的區域,這表明M1芯片上有一個高性能的核心正在進行運算。
結合此前M1芯片的Geekbench 5基準測試結果,EE Times確定了高性能內核Firestorm內核和高能效IceStorm內核的位置。
此外,EE Times發現M1芯片的BGA基板上,有兩個并排安裝的全封裝LPDDR4X DRAM。這種設計與蘋果此前用于iPad的A12X芯片和A12Z芯片十分相似。
除了熱成像圖片外,EE Times還分析了M1芯片的CT掃描圖片。
根據分析機構System Plus Consulting制作的CT掃描圖片,M1芯片在其表面和襯底均集成了去耦電容。
近幾年來,蘋果的iPad產品正顯示出向PC產品演變的趨勢。比如,蘋果今年發布的iPad Pro就打出了“你的下一臺電腦,何必是電腦”這樣的slogan。
上述產品趨勢,引發了外界對蘋果移動處理器將向PC處理器拓展的猜測,而M1的發布恰好證實了這一點。
EE Times寫道,與采用其他品牌的芯片相比,蘋果采用自研芯片產品或能帶來更大的成本優勢。如果能對M1芯片進行更加細致的拆解,我們或能得到更多有關成本的細節分析。
結語:有關M1更多技術細節仍待解答
過去十年間,蘋果自研芯片版圖逐步從移動處理器擴展到Mac處理器,并從采用英特爾架構逐步轉向Arm架構。
自今年11月,蘋果首款自研Mac芯片M1亮相以來,各種基準測試結果均顯示出M1芯片擁有超強功能。而M1芯片的技術細節亦成為半導體圈的“未解之謎”之一。
通過對蘋果發布的概念圖及M1芯片熱成像圖、CT掃描圖進行分析,EE Times解讀出蘋果M1芯片的部分獨特設計。但是,M1芯片仍有技術細節留待解答,期待未來能有更加全面、權威的分析。
責編AJX
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