是什麼限制了英特爾推出比蘋果更強的芯片?
蘋果M 系芯片的發布史,也是英特爾芯片的躺槍史,這次WWDC22 上M2 芯片的發布也是如此。按照蘋果的說法,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% 的峰值性能。
同理,GPU 方面, M2 芯片相較於最新10 核PC 筆記本的集成顯卡,峰值性能提升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複雜一些。
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。但這並不意味著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。
也就是說,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,可以說是全面領先英特爾12 代酷睿核顯。
所以,蘋果M2 芯片性能全面超越英特爾12 代酷睿的說法並不准確。只能說,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,英特爾更像是綁著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群體,而英特爾更像是學校裡的一位老師,需要照顧很多學生,比如低端上網本,主要給那些預算有限,不打遊戲的用戶;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,英特爾每年要發布幾十款處理器,分別提供給各個傳統PC 廠商。
芯片種類和數量的限制,各類用戶需求的限制,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,很難說酷睿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。
換句話說,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,導致很多指令需要盡可能做更多的事,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 在領英招聘網站宣布離開蘋果,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,象徵著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。據彭博社報導,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。