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苹果的M1芯片给PC产业带来的是一场革命

时间:2024-06-03
我们都知道摩尔定律,即 集成电路 上可容纳的 晶体管 数目,约每隔两年/18个月便会翻一番。摩尔定律一直推动者集成电路行业的发展,已经持续了50多年。
安迪-比尔定律与之相关的还有一个定律,叫做安迪-比尔定律,英文描述为What Andy gives, bill takes away。直译比尔要拿走安迪所给的。这里的安迪是英特尔公司已故的CEO安迪·格鲁夫,bill则是微软的比尔·盖茨。安迪-比尔定律讲的是,软件和服务开发商需要提供新的服务,来消耗掉摩尔定律带来的硬件性能的提升,从而促使整个计算机和通信产业不断进步。PC即个人电脑繁荣的时代,由英特尔和微软组成的Wintel联盟组成,它们的生态链是,由微软为首的软件开发厂商,吃掉硬件提升带来的好处,然后用户需要更新机器,惠普、联想、戴尔等PC制造厂商受益。PC制造厂商向英特尔等半导体公司订购芯片,向希捷等外设厂商订购外设组装。然后英特尔为首的半导体厂商根据市场需求,按照摩尔定律的发展设计制造性能更强的芯片,为微软等软件开发商下一步提升软件、吃掉硬件性能做准备。随着移动互联网的到来,电脑已经不是每个人生活中使用最频繁的智能设备了,Wintel联盟错失了移动互联网时代。但作为替代的是Android- ARM联盟依然遵守安迪- 比尔定律。只不过谷歌替换掉了微软,ARM架构芯片设计厂商海思、高通、联发科、紫光展锐替换掉了英特尔、AMD,华为、小米、OPPO和VIVO替换掉了联想、惠普和戴尔等。有意思的是,一直有一家公司一直游离在这个联盟之外,就是苹果,苹果公司的产品理念,希望把所有的东西都抓在自己手里,所以在PC时代一直坚持自家的MacOS,现在直接连电脑也换上了自研的桌面芯片M1,而在移动互联网时代也一直采用自研的芯片加封闭的系统iOS。这么看来苹果真是以一家之力与整个信息技术产业链相抗衡。相比于摩尔定律,安迪-比尔定律正是刺激的IT行业的发展,比尔就像个“魔鬼”,要吃掉“安迪”所给的,“安迪”就像个天使,一直不断给大家更多的,但是如果“比尔”消失了,“安迪”也不复存在。移动互联时代来临,PC行业发展缓慢和无聊,英特尔不断挤牙膏,也正是这个原因。什么是异构计算在移动互联网时代,传统的计算方式,主要是通过提升CPU的时钟频率和内核数量而提高计算能力,但是发展遇到了散热和功耗的瓶颈,而GPU、DSP等ASIC专用计算单元虽然工作频率低,但对于特定场景的计算是强于CPU的通用计算,比如对于显示和图像渲染专用GPU,音频等信号处理专用DSP,摄像头捕捉画面处理有专门的ISP,对神经网络计算有专门的NPU计算单元。总的来说就是,让专业的人做专业的事。这样的计算架构就称之为异构计算。我们手机上的SOC就是这样一个架构,SOC为system on chip,即在单个芯片上集成了一个电子系统。More Moore和More than Moore然而前面所提到的都是遵循着摩尔定律,在摩尔定律即将消失的时代,我们称为后摩尔定律时代。现在我们芯片中所说的5nm、7nm已经不是代表晶体管的大小,也不代表晶体管的栅极长度,目前更多的只是表明半导体工艺代数。我们知道摩尔定律未来必然会彻底失效。后摩尔定律时代半导体产业的发展有两条路线。More Moore和More than Moore, 意思分别为,比摩尔做的更多和超越摩尔定律。More Moore做的是想办法继续沿着摩尔定律的道路往前进,比如寻找新的工艺,新的技术,新的材料。More than Moore做的是发展摩尔定律过程中未发展的部分。然后就引出来新的概念,SIP和Chiplets。SIP封装与ChipletsSystem-in-Package,系统封装,通过高级封装超越摩尔定律,Chiplets可以理解为小芯片,就是把IP核通过die(裸片)的形式提供,die(裸片)就是直接从晶圆切割下来小芯片或者叫芯粒。而SIP就是把这些小芯片封装在一起,SIP中的IC芯片可以垂直堆叠或水平排列,这些小芯片可以是处理器、DRAM,被动元件电阻、电容、电感。而且这些小芯片还可以用不同的工艺去制造,比如我的CPU可以使用5nm制造,而我的DSP、ISP等ASIC可以用7nm等成熟的工艺制造。一来使用成熟的工艺更可靠也更便宜,二来小硅片制造也不太容易产生缺陷。采用SIP可以提高系统的整体灵活性,减少产品的设计时间。M1芯片为什么这么强?2020年苹果的M1芯片对PC市场可以说是一场革命,传统的PC市场,我们电脑的CPU、GPU等等都是以单颗芯片的形式集成在主板上。苹果将手机SOC的架构设计引入了桌面端,将主板上的各个协处理器集成在一起做成SOC,M1 芯片还采用了的统一内存架构 (UMA)。它以SIP定制封装方式,将DRAM和SOC封装到一起,这样一来,SoC 芯片内的各项技术可访问同一份数据,无需在多个内存池之间来回复制,从而让性能和能效都大为提升。使用精简指令集设计也降低处理器的复杂度。SOC+SIP带来性能强劲的同时功耗也得到降低,直接上吊打上一代Macbook Pro上的intel的处理器,苹果不讲武德,Intel耗子尾汁。为什么说苹果的M1芯片是一场革命?PC市场多年来已经非常无聊了,很多人在家中很少会去打开电脑去娱乐,手机、平板移动设备取代了我们主要的屏幕使用时间。2020年苹果发布的iPad Pro广告词为,你的下一台电脑,何必是电脑。引来一阵嘲讽,但是在M1版芯片的Mac上我们看到可以直接运行不少iPad OS上的程序,那么在未来在同样的ARM指令集架构的基础上,我们的iPad是不是也可以直接运行Mac OS上的程序,这个时候再回想,你的下一台电脑,何必是电脑这句话又有什么问题。从M1的Mac的完成度非常之高,到微软宣布开始自研芯片,PC产业的革命已经开始。在未来,移动设备和桌面设备通过同样的底层指令集芯片架构,系统之间可以高度融合,平板端和桌面端的软件生态融合。到那时,再回到这个问题,你的下一台电脑,何必是电脑?或者都不能这么问,而是应该问,什么是电脑?Reference《浪潮之巅》——吴军https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BC%82%E6%9E%84%E8%AE%A1%E7%AE%97[摩尔定律,Chiplet,IP 与 SiP - 知乎](https://zhuanlan.zhihu.com/p/107344950)[摩尔定律何去何从之二:More Moore or More Than Moore? - 知乎](https://zhuanlan.zhihu.com/p/21262704)https://www.apple.com.cn/mac/m1/