X86 架構霸權的挑戰者:高效能 ARM 架構

作者 | 發布日期 2020 年 06 月 30 日 8:00 | 分類 Apple , 筆記型電腦 , 處理器 Telegram share ! follow us in feedly


蘋果在 WWDC 2020 發表了將在今年採用 ARM 架構筆電,重量級新聞讓市場為之振奮。然而,卻又產生了一個疑問,ARM 傳統上認為應用在低耗能的 CPU,而高效能應用真的可以和 x86 架構 CPU 一較高下了?

開始讓 ARM 架構和 x86 架構一較高下前,不妨先評估,為什麼蘋果會發表 ARM 架構 MacBook,以及設定的客群和應用情景?關於主要應用情景,從 WWDC 2020 發表會,蘋果示範使用 ARM 架構的 MacBook 影音剪輯及文書處理,可合理判斷這兩個應用為現階段的主要目標。

不同應用情境的個別突破

從 2020 款 iPad Pro 影音剪輯效能評估,可明確知道這兩項應用裡,採用 A12Z 的 iPad Pro 確實優於 x86 架構的 MacBook Air。即使 ARM 架構的 MacBook 使用和 iPad Pro 一樣的處理器,在影音剪輯及文書處理情景,就可和 x86 架構的 MacBook 一較高下了。

另外,當我們比較 ARM 跟 x86 CPU 的效能時,很常忽略一個現實,就是 ARM 的 CPU 大多沒有額外風扇幫忙散熱。這差異讓蘋果 ARM CPU 有更多操作空間。舉例來說,不改變 CPU 設計的情況下,由於有額外風扇協助散熱,可大幅提升時脈。如果將時脈從 2.5GHz 一舉拉到 3.8GHz,便帶來 1.5 倍的理論效能。這也是英特爾從第六代 CPU 至今效能提升的手段之一,單純卻有效。更不用說年底上市的 MacBook 或許會採用全新設計的 CPU 而非 iPad Pro 的 A12Z。

第一款產品?

此外,今年蘋果依舊推出搭載英特爾 CPU 的 MacBook,考量到 MacBook 使用者應用情境將不單單影音編輯及文書處理,綜合領域應用裡,不可否認英特爾 CPU 依然有強大優勢。因此英特爾 CPU 還是會存在於高階筆電,但如果把目光放到超輕薄筆電呢?

2019 年,蘋果停止發售 12 吋超輕薄 MacBook。先前超輕薄 MacBook 主要應用市場,即文書處理及輕影音編輯。然而,相對嬴弱的效能及難以散熱,讓蘋果不得不放棄超輕薄 MacBook,退出 1 公斤以下超輕薄筆電市場。

如今,隨著 ARM 架構 CPU 成熟及蘋果優良的 SoC 設計能力,或許第一款 ARM 架構 MacBook 便會鎖定超輕薄筆電市場。在這市場,iPad Pro 採用的 A12Z 得以叱吒風雲,滿足使用者影音編輯及文書處理需求,更別提下一代預計採用 5 奈米製程的新 CPU。

ARM 架構在高效能計算領域是否真那麼不堪?不妨一起看看 WWDC 2020 當天發表的另一則重大消息吧!

ARM 架構在高階市場的突破

舉辦 WWDC 2020 的同一天,除了蘋果將採用 ARM 架構設計 MacBook CPU,另一則重大消息是採用 ARM CPU 的超級電腦「富岳」奪得 Top500 第一名。「富岳」以理論效能 513PetaFlops 大幅超越美國 Summit 超級電腦的 148PetaFLOPS,幫助日本於「京」電腦後再次奪得桂冠。

關於 Top500 組織如何衡量超級電腦的效能優劣,可參考先前的介紹及標竿設計。依據 2020 年 6 月 TOP500 組織的資訊,可發現「富岳」確實為名符其實的世界第一超級電腦,且效能大幅領先第二名的 Summit。

客製化的 CPU,滿足不同領域的需求

根據日本理化學研究所公布的資料,這次新電腦跟京電腦一樣,採用富士通(Fujitsu)CPU,唯一不同是 A64FX 為 Fujitsu 跟 ARM 共同開發,為高速計算客製化的 CPU。CPU 參數如下表所示。

由於超級電腦的效能著重在雙精度計算效能,A64FX 採用 ARMV8.2-A 之外,還新增 Scalable Vector Extensions SIMD 指令集,帶來 2.7TFLOPS 效能。值得一提的是,A64FX 採用台積電 7 奈米製程及 HBM2 技術。藉由製程及記憶體技術提升,為 A64FX 帶來更多優勢,在 HPCG 指標也順利拿下第一名。

歷經多年後 ARM 開始站上舞台,挑戰長期由 x86 架構壟斷的高速計算及筆電市場,實在震奮人心。不妨讓我們期待 2 年後,當蘋果正式結束搭載英特爾 CPU 的 MacBook 產品線時,ARM 將在電腦產業寫下怎麼樣的故事吧!

(首圖來源:Unsplash

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