是什麼限制了英特爾推出比蘋果更強的芯片?

愛範兒 於 19/06/2022 發表 收藏文章
蘋果 M 系芯片的發佈史,也是英特爾芯片的躺槍史,這次 WWDC22 上 M2 芯片的發佈也是如此。

按照蘋果的説法,M2 相比最新的 10 核 PC 筆記本,同樣功耗下,CPU 帶來了近 2 倍的性能提升;另外,同樣性能下,M2 功耗只有 PC 芯片的四分之一。

即便是最新的 12 核 PC 筆記本, M2 芯片也只需四分之一的功耗,就能提供 12 核芯片近 90% 的峯值性能。


同理,GPU 方面, M2 芯片相較於最新 10 核 PC 筆記本的集成顯卡,峯值性能提升 2.3 倍,而 M2 GPU 到達對方最高性能時,功耗僅為後者的五分之一。


乍一看這些跑分數據,蘋果自研的 M 系列處理器的綜合性能表現完爆英特爾,領先數個世代,但情況可能要比這幾張圖表更復雜一些。
M2 很強,但 12 代酷睿也不是「省油燈」

其實,蘋果口中的最新 10 核 PC 筆記本,指的是三星 Galaxy Book2 360(16GB RAM),搭載了酷睿 i7-1255U 處理器。同為 15W 功耗,M2 芯片在少兩顆核心的情況下,CPU 性能是 i7-1255U 的 1.9 倍。

而最新的 12 核 PC 筆記本是指微星 Prestige 14Evo(16GB RAM),搭載了酷睿 i7-1260P 處理器。相較之下,M2 芯片僅用 7W 功耗 ,即可提供 i7-1260P(28W)87% 的 CPU 性能。

再來看 GPU 部分,同樣是對比三星 Galaxy Book2 360(16GB RAM),M2 僅用 3W 功耗,就能換來 i7-1255U 2.3 倍的性能。

如果算上能耗比的話,M2 芯片的綜合性能確實要強於酷睿 i7-1255U 和 i7-1260P。但這並不意味着 M2 CPU 性能可以全面超越英特爾 12 代酷睿。

眾所周知,英特爾芯片劃分了多條產品線,比如 H 系列,高性能遊戲本通常會搭載;U 系列代表低功耗,主要應用於現代輕薄本;Y 系列指的是超低壓,2020 款 MacBook Air 有所搭載。


也就是説,蘋果 M2 芯片綜合性能只是超過了英特爾 12 代 酷睿 U 和 P 系列,在輕薄本領域幾乎做到了全面領先。但是,在面對 12 代酷睿 H 系列處理器時,M2 CPU 性能要弱於前者。畢竟 M2 相比 i7-1260P,不考慮功耗的情況下,其 CPU 性能只達到了 i7-1260P 的 87%。

GPU 部分,蘋果表示,M2 芯片可以在 1080P 分辨率下流暢運行《生化危機 8》。


Steam 顯示,這款遊戲至少需要顯卡達到 GTX 1050 Ti(4GB),才能夠以 1080P 60 FPS 運行。按照這個邏輯,在不考慮卡普空針對 M2 芯片進行遊戲優化的情況下,其 GPU 性能起碼與 GTX 1050 Ti(4GB)持平。


而英特爾這邊,哪怕是頂級遊戲本搭載的 i9-12900H,內置的 Xe Graphics G7 96EU 核顯,性能也只是夾在 AMD RX Vega 8 和 GTX 660 之間。

這樣看來,M2 芯片 GPU 性能,可以説是全面領先英特爾 12 代酷睿核顯。


所以,蘋果 M2 芯片性能全面超越英特爾 12 代酷睿的説法並不準確。只能説,M2 CPU 性能要強於英特爾 12 代酷睿 U 系列芯片,GPU 性能全面領先 12 代酷睿核顯,綜合性能比 12 代酷睿 U 和 P 系列要強。

被各項條件所「束縛」的英特爾

與蘋果相比,英特爾更像是綁着沙袋跑步的長跑運動員,每個沙袋都代表一個限制條件。

從市場的角度來看,蘋果主要面向的是高端消費羣體,而英特爾更像是學校裏的一位老師,需要照顧很多學生,比如低端上網本 ,主要給那些預算有限,不打遊戲的用户;學生和上班族會優先考慮的中端輕薄本;為熱愛遊戲,追求極致性能的玩家準備的遊戲本;甚至是面向企業的移動工作站。

最關鍵的是,應用於蘋果 Mac 系列的芯片屈指可數。作為對比,英特爾每年要發佈幾十款處理器,分別提供給各個傳統 PC 廠商。

芯片種類和數量的限制,各類用户需求的限制,芯片供應商身份的限制,這些都不允許英特爾孤注一擲,將研發資金和人才全部投入到芯片設計上。

實際上,英特爾芯片設計並不差。以 12 代酷睿 Alder Lake-H 系列為例,這是英特爾首次採用混合架構的筆記本電腦芯片,採用了英特爾 7 工藝,實際相當於業界通行的 10 nm 製程工藝。

英特爾表示,酷睿 i9-12900HK,擁有 6 個 5GHz 高性能核心和 8 個高效內核,其 CPU 性能相比 M1 Max 高出 50%。

但是在移動端,功耗是一項重要指標。而酷睿 i9-12900HK 最小保證功耗超過了 35 W,遠高於 M1 Max 的 20W。折算下來,酷睿 i9-12900HK 需要近兩倍的功耗才能提供比 M1 Max 高 50% 的性能。

理論上來講,酷睿 i9-12900HK CPU 性能強於 M1 Max,是一個不爭的事實,但如果算上能耗比的話,很難説酷睿 i9-12900HK CPU 性能可以全面壓制 M1 Max。


蘋果 M 系列芯片能夠實現低功耗、高性能的原因,其實與製程工藝,以及 ARM 架構沒有兼容性「包袱」有關。

舉個例子,M2 採用了台積電第二代 5nm 製程工藝,而英特爾仍在使用 10 nm 製程工藝。製程工藝決定了單位面積上有多少晶體管,有多少晶體管決定了芯片的性能,這是繞不過去的物理定律。

英特爾之所以沒有在芯片上使用 5nm 製程工藝,是因為自家工廠目前只能做到 10nm,如果找三星、台積電代工,其成本勢必會增加。而蘋果並沒生產芯片的工廠,只是參與芯片設計,芯片的產出主要由台積電負責。


蘋果 M 系列芯片功耗低的另一大秘訣在於 ARM 架構剔除了現代看來無用的設計。

英特爾 X86 系列 CPU 發家的本領,莫過於極強的兼容性。

比如為了兼容英特爾 386 系列 CPU 指令集,內置了不定長指令集 IA-32,相比 ARM 的 定長指令集,效率會更低,以至於會做很多無用功,最終導致 CPU 功耗增加。

再比如 TSS 任務硬切換,現在主流的操作系統已經不再使用 IA-32 進行任務硬切換機制,基本上都改用軟件的形式,然而這一系列的複雜指令仍然留存於 IA-32。

換句話説,英特爾為了 X86 系列 CPU 的兼容性,其內部保留了很多舊時代的設計,包括 8086 兼容模式、過時的指令、冗餘的標誌位、非統一尋址等。

IA-32 有很多歷史存留問題,例如存儲芯片價格昂貴,導致很多指令需要儘可能做更多的事,並且,由於兼容性原因,很多功能點加上之後便無法剔除,這就導致無形之中為這些陳舊且無用的設計付出了一些功耗,以及進一步增加了 X86 架構指令集的複雜程度。


因此,相比於兩家科技巨頭的芯片設計能力,上述這些限制條件,更像是英特爾推出比蘋果 M 系列性能更強、功耗更低芯片的「絆腳石」。

蘋果,英特爾心中的一塊「巨石」

看到蘋果 M 系列芯片大放光彩後,英特爾自然不會坐以待斃,不惜利用天價薪資招賢納士,甚至直接「挖角」蘋果。

今年年初,前蘋果 Mac 系統架構總監 Jeff Wilcox 在領英招聘網站宣佈離開蘋果,並任職於英特爾,主要擔任英特爾院士和設計工程部技術總監。

Jeff Wilcox 在蘋果公司工作了八年,Mac 系列產品從英特爾過渡到 Apple Silicon,他無疑做出了重大貢獻。Jeff Wilcox 的離去,象徵着英特爾與蘋果之間的人才爭奪戰白熱化。


蘋果為了挽留人才,也採取了一系列措施。據彭博社報道,蘋果以限售股形式向軟件和硬件工程部的部分員工發放獎金。獎金金額在 10~20 萬美元之間,蘋果內部稱其為「特別挽留獎」。

除獎金外,蘋果在最新的聲明中表示,為了鼓勵和保留世界上最優秀的團隊成員,今年打算增加整體的薪酬預算。其中,零售店員工,時薪從 20 美元增加至 22 美元,年增 10%。

由此可見,蘋果 M 系列芯片確確實實引起了英特爾的關注,而 12 代酷睿正是英特爾應對蘋果 M 系列芯片這一挑戰的最佳證明。


資料來源:愛範兒(ifanr)

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