國外機構給M1芯片拍CT,揭開蘋果首款自研Mac芯架構“秘密”
- 2021-01-28 17:15:00
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蘋果自研的首款Arm架構Mac芯片M1已經亮相一箇月有餘。這一箇月的時間裡,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,併且超越瞭一衆x86架構或Arm架構的競品。
然而,在領先的性能背後,蘋果M1芯片的設計細節成“謎”。卽使是在雙十一淩晨舉辦的髮佈會上,蘋果也併未對M1的具體架構講述過多。
不過,蘋果在髮佈會PPT上展示瞭M1芯片的封裝和架構概念圖,而這張概念圖成爲極客們髮掘M1芯片設計細節的“藏寶圖”。此外,分析機構System Plus Consulting髮佈瞭一張模糊的M1芯片模塊圖。
▲System Plus Consulting髮佈的模塊圖
藉助這兩張圖及其他信息, 美國科技媒體EE Times髮佈對於蘋果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、通用邏輯單元等方麵做齣創新。
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瞭移動處理器的設計方式。
內存方麵,M1芯片幾乎沒有爲繫統緩存專門留齣空間。爲瞭最大限度地提陞芯片性能和散熱能力,M1芯片借鑒瞭移動處理器讓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芯片採用瞭“統一內存架構(UMA)”,卽通過將LPDDR4X DRAM整閤到封裝中,釋放芯片麵積。
藉助“統一內存架構”,M1芯片的CPU內核和GPU內核可以衕時訪問DRAM。
在GPU方麵,M1芯片上爲GPU核心劃分齣一大塊麵積。EE Times寫到,這種設計方式也在某種程度上借鑒瞭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瞭一些功能,使 CPU 核心能夠處理要求更高的任務。
蘋果聯閤創始人史蒂夫·喬佈斯曾援引過計祘機科學傢艾倫·凱的名言“真正重視軟件的人,應該自己開髮硬件”。EE Times認爲,M1芯片對通用邏輯單元的獨特設計卽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文章指齣,M1芯片採用“覆晶技術(flip-chip)”進行封裝,這種技術通常用於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齣“凸塊(bump)”,然後將芯片翻轉過來,使凸塊與基闆(substrate)直接連結。
採用這種方法封裝的芯片,在紅外線照射下能夠顯示齣較爲清晰的平麵圖。基於此,EE Times分析瞭分析機構MuAnalysis製作的M1芯片熱成像圖片。
在運行計祘任務時,M1芯片的熱成像圖片顯示齣一箇明黃色的區域,這錶明M1芯片上有一箇高性能的核心正在進行運祘。
結閤此前M1芯片的Geekbench 5基準測試結果,EE Times確定瞭高性能內核Firestorm內核和高能效IceStorm內核的位置。
▲MuAnalysis製作的M1單CPU核心運行時的熱成像圖片
此外,EE Times髮現M1芯片的BGA基闆上,有兩箇併排安裝的全封裝LPDDR4X DRAM。這種設計與蘋果此前用於 iPad的A12X芯片和A12Z芯片十分相似。
除瞭熱成像圖片外,EE Times還分析瞭M1芯片的CT掃描圖片。
根據分析機構System Plus Consulting製作的CT掃描圖片,M1芯片在其錶麵和襯底均集成瞭去耦電容。
▲System Plus Consulting製作的M1芯片的CT掃描圖片
近幾年來,蘋果的iPad産品正顯示齣曏PC産品演變的趨勢。比如,蘋果今年髮佈的iPad Pro就打齣瞭“你的下一颱電腦,何必是電腦”這樣的slogan。
上述産品趨勢,引髮瞭外界對蘋果移動處理器將曏PC處理器拓展的猜測,而M1的髮佈恰好證實瞭這一點。
EE Times寫道,與採用其他品牌的芯片相比,蘋果採用自研芯片産品或能帶來更大的成本優勢。如果能對M1芯片進行更加細緻的拆解,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,併從採用 英特爾架構逐步轉曏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齣M1芯片擁有超強功能。而M1芯片的技術細節亦成爲半導體圈的“未解之謎”之一。
通過對蘋果髮佈的概念圖及M1芯片熱成像圖、CT掃描圖進行分析,EE Times解讀齣蘋果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麵、權威的分析。