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蘋果M1芯片如何影響x86市場主導地位?

我快閉嘴 ? 來源:半導體行業觀察 ? 作者:半導體行業觀察 ? 2020-11-20 16:13 ? 次閱讀

上周,蘋果發布了其M1 SoC。M1采用與最新iPhone相同的A14 CPU,和是十年來首個挑戰AMDIntel等公司的非x86 CPU架構。從那時起,多項關于Apple M1 芯片與AMD和Intel綜合測試表明,M1在多個領域處于領先。為此我們的觀點是:M1本身不會破壞英特爾和AMD的市場份額,但從長期來看,這對兩家公司均構成嚴重威脅。

到目前為止,我們僅參考最新的綜合基準討論了該假設。現在讓我們談談大局。

M1如何影響x86市場主導地位

M1之所以對英特爾和AMD構成威脅,并不是因為蘋果突然要占領PC市場,因為在我們看來,近期Mac的凈市場份額增加很可能是個位數的。

對AMD和Intel來說,M1推出的背后重要意義才是他們最大的威脅。因為可以看到,這是15年以來第一次,一家沒有x86許可證的公司正在構建一種可以與X86競爭的消費者微處理器。如果蘋果維持或改善其M1處理器的性能,并一直領先于x86的競爭對手,那么其他擁有ARM許可證的公司將會關注這一點。英偉達已經購買了ARM,等待監管機構批準,他們也不例外。如果ARM能夠勝過x86,則整個WinTel生態系統將遭受前所未有的沖擊。

在前期,英特爾和AMD以前不必擔心非x86 CPU制造商的所作所為。但如果蘋果公司的M1針對不同細分市場的后續行動開始削弱x86市場份額的時候,那么所有人(包括當前構建x86 PC的OEM)都會注意到這一點。微軟也許曾經曾經支持過英特爾,但是在Satya Nadella的領導下,微軟已大力發展云計算和基于云的服務。如果Microsoft愿意將Linux廣泛集成到其自己的操作系統中,則不必在意Windows是在ARM還是x86上運行。如果他們不再將x86視為自動的最佳處理器選擇,那就給英特爾和AMD帶來威脅,讓后者失去利潤和市場支配力。如果發生這種情況,那將是由于多家公司的行動,而不僅僅是蘋果。而且,盡管有蘋果的推廣,但其實當前M1的速度其實落后于98%的筆記本電腦。很快,但卻也沒那么快。

是什么讓我們覺得M1比我們之前看到的任何產品都有威脅力呢?一下是我的理由。

英特爾的奔騰M預示了Core 2 Duo的成功

2004年底,一家名為DFI的主板公司將與英特爾的Pentium M兼容的臺式機主板推向市場。該特定的Pentium M代號為Dothan,它基于Pentium III,而不是Intel的Pentium 4“ Netburst”架構。180nm P3 Coppermine出品了130nm Tualatin,后者出品了Banias和Dothan。

就功能支持而言,DFI 855GME-MGF平臺對當時的FX和P4平臺不抱太大希望。

但讓我們重新看看這些內容:PM代表Pentium M,它在2.13GHz和1.7GHz下進行了測試。FX-55是AMD的單核Athlon 64,具有2.6GHz的雙通道內存。3500+是2.2 GHz雙通道Socket 939上的Athlon 64 3500+,而P4 3.46EE,3.8E和3.2E都是基于Prescott的奔騰4。這些還具有雙通道RAM

DFI主板的問題在于沒有超頻支持,除了纖巧的風扇和散熱器以外,沒有其他方法可以使用。在這些結果中,奔騰M是唯一僅限于單通道RAM的系統,也是唯一使用AGP卡住的系統。然而盡管如此,奔騰M表現強勁。即使Athlon 64 3500+具有集成的內存控制器和雙通道RAM,但它與P4 3.46EE并駕齊驅,并擊敗了3500+(主頻2.2GHz)。

總結其整體性能:即使超頻,但Dothan也沒有贏得所有基準測試,在某些上面未顯示的多媒體編碼工作負載中,它遠遠落后于P4和K8。對于Dothan來說,適合其緩存的分支測試是一個很好的測試案例。依賴主內存帶寬或依賴SSE3的應用程序不支持該芯片。但是,核心是最突出的地方之一。以下是我16年前寫的內容:

Dothan僅消耗78W功耗,并在令人驚嘆的25‘C時空轉,是我見過的運行速度最快的、最酷且最節能的CPU。90nm 3500+系統的功耗要大得多。即使在滿負荷情況下,系統也不會突破100W的功率……與P4相比,3500+的142W最大功率相當令人印象深刻的……

技術報告對該主板進行了舊的審查,該主板在其圖像完好無損的情況下仍然存在,因此,如果您要查看其數據,便可以在其中找到數據。我想從這次審查的結論中引述一下:“不過,在533MHz總線上超頻至2.4GHz時,Pentium M變得非常可怕,在包括游戲在內的許多測試中,Athlon 64 4000+的性能都蒙上了陰影。”

這不僅僅是陰影。這是預兆。大約18個月后,代號為Conroe的Core 2 Duo進入了臺式機,并將AMD放逐了11年。

如今,Dothan和M1之間存在多個相似之處。像M1一樣,Dothan也沒有贏得所有基準。與M1一樣,Dothan也有某些限制:它不支持SSE3,PCIe或雙通道RAM。它缺少AMD擁有的集成內存控制器,并且缺少Hyper-Threading Prescott和Northwood曾經取得過良好的效果。

最終,與Pentium M的出色每瓦性能相比,這都不重要。從長遠來看,該設計被證明能夠超越市場上的其他競爭對手。將M1與Intel和AMD當前的CPU進行比較,令人驚訝的是這些模式重疊的緊密程度。

同樣,我們看到高端x86 CPU在單線程基準測試中以更高的TDP領先。x86和M1之間的差距還不足以彌補高端英特爾和AMD芯片帶有10-16個內核,而M1是4 + 4芯片這一事實。只要有足夠的時鐘速度,散熱空間和內核,x86就可以滿足要求。您可以說FX-55和各種Prescott與原始Pentium M完全相同。

CPU行業中的一種趨勢表明,每瓦性能更好的高效率CPU傾向于比每瓦性能更差的低效率芯片擴展到更高的絕對性能水平(There’s a trend in the CPU industry that suggests high-efficiency CPUs with better performance per watt tend to scale to higher absolute performance levels than low-efficiency chips at weaker performance per watt)。由于CPU功率曲線不是線性的,因此就功率和散熱而言,最后幾百MHz的時鐘是迄今為止最昂貴的,并且當您接近5 GHz時,曲線會變得更陡峭。這意味著,盡管新的功能單元也要消耗功率,但通過構建更多的片上資源并減少時鐘來提高IPC效率會更高。

我們對M1知之甚少,無法對它能達到多高的頻率做出任何預測,但是我們已經聽到的效率數據表明,蘋果至少有一些余地來燃燒功率以獲取頻率。它更有可能構建具有更大CPU內核的更大的SoC。可以想象在接下來的18-36個月內具有更大緩存和16-32個大內核的工作站級M x芯片并不奇怪。我們可以在一年內看到6-16個CPU核心SoC(源自FireStorm或A15)。

我們可以假設臺積電的5nm節點將繼續成熟,并且其時鐘速度將持續提高。我們可以假設Apple將考慮CPU制造商通常為改善臺式機電源范圍(例如更大的緩存和更高的時鐘)性能而進行調整的所有標準杠桿和撥盤。M1的基線效率越高,Apple嘗試各種提高性能的方法的實驗空間就越大。目前,Apple在許多應用程序中均具有每瓦性能和絕對功耗方面的優勢,而如果我想長期淘汰x86,那正是我想要的。

無論哪種方式,兩家公司的問題都不是M1本身。蘋果將在高端產品上使用M1的老大哥,以及消費者和OEM廠商愿意向電池壽命更長,性能更高的平臺遷移的意愿。

盡管出于不同的原因,AMD和英特爾在對抗M1方面處于有利位置。從2017年初到現在,AMD在移動領域的實力都比英特爾要弱,但它始終保持著不斷發展。AMD的Zen 3移動部件將于明年面世時。只要繼續執行到Zen 4中,并且Zen 4保持改進的步伐,AMD就不會有什么麻煩。

同時,英特爾目前處于良好狀態。盡管自身面臨制造問題,但當前的蘋果M1專注于移動市場,而英特爾最近又通過Tiger Lake更新了移動設備。如果蘋果公司已經發售了TGL硬件,那么英特爾將不會像其他蘋果產品那樣早。短期而言,問題是當蘋果將芯片帶入工作站時,M1的臺式機/工作站版本與高端Xeon相比將如何。從長遠來看,英特爾及其其余OEM合作伙伴面臨的主要問題是7nm移動過渡如何進行。

如果英特爾能夠繼續提供性能改進的產品,那么它將有自己的改進故事可以談論。這里的危險是將7nm進一步推遲,或者如果該公司被迫將其領先的晶圓廠工作外包出去。英特爾不會試圖贏得蘋果的支持,盡管蘋果已經揚帆起航,但它絕對希望讓某些OEM擁有自己的正面故事來講述電池壽命和性能,即使與ARM驅動的系統相比也是如此。

M1不是魔術。僅僅因為成為ARM內核,但它并不比x86快。ARM的標準許可內核遠不及x86 CPU的性能。經過多年的精心工作,蘋果公司已在脫穎而出。盡管如此,不能保證英特爾和/或AMD會輸掉這場戰斗。

但是請不要誤會,這將是一場戰斗。關于M1的散熱,die尺寸,功耗或內核數,沒有任何跡象表明Apple無法繼續擴展該芯片,也沒有任何跡象表明它的潛力已到盡頭,或者說核心IPC無法持續改進。通常,我會說我們應該每年更新一次,但是由于Apple計劃明年進行整個向ARM的過渡,因此更新的速度可能會更快。但是,到明年這個時候,該公司應該在臺式機和筆記本電腦上擁有完整的產品陣容,除非它推遲了發布的過渡時間表。

上一次我們看到的比較是,在一個新出現的大型核心競爭對手和另外兩個高性能,效率較低的微體系結構之間,新來者及其后代統治了市場11年。不要以為M1會自動贏得這場戰斗。但是請記住,這是蘋果公司的第一個大獲成功,而不是最后一次。
責任編輯:tzh

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