是什麼限制了英特爾做出比蘋果更強的晶片?

作者 | 發布日期 2022 年 06 月 21 日 7:45 | 分類 IC 設計 , 晶片 , 處理器 line share follow us in feedly line share
是什麼限制了英特爾做出比蘋果更強的晶片?


蘋果 M 系晶片短短的歷史也是英特爾晶片的躺槍史,這次 WWDC 發表 M2 晶片也是如此。照蘋果說法,M2 比最新 10 核 PC 筆電同樣功耗,CPU 有近 2 倍性能提升,同樣性能 M2 功耗只有 PC 晶片四分之一。

即便是最新 12 核 PC 筆電,M2 晶片也只要四分之一功耗,就提供 12 核晶片近 90% 峰值性能。同理 GPU M2 晶片相較最新 10 核 PC 筆電顯卡,峰值性能提升 2.3 倍,M2 GPU 達對方最高性能時,功耗僅後者五分之一。

乍看這些跑分數據,蘋果自研 M 系列處理器綜合性能表現完爆英特爾,領先數個世代,但情況可能比幾張簡報更複雜。

M2 很強,但 12 代 Core 也不是「省油的燈」

蘋果口中最新 10 核 PC 筆電是三星 Galaxy Book2 360(16GB RAM),搭載 Core i7-1255U 處理器。同為 15W 功耗,M2 晶片少兩顆核心,CPU 性能是 i7-1255U 的 1.9 倍。最新 12 核 PC 筆電是微星 Prestige 14Evo(16GB RAM),搭載 Core i7-1260P 處理器。相較 M2 晶片僅 7W 功耗可提供 i7-1260P(28W)87% 的 CPU 性能。

再看 GPU,同樣是與三星 Galaxy Book2 360(16GB RAM)比較,M2 僅 3W 功耗就換來 i7-1255U 2.3 倍性能。如果算能耗比,M2 晶片綜合性能確實比 Core i7-1255U 和 i7-1260P 強,但不代表 M2 CPU 性能全面超越英特爾 12 代 Core。

英特爾晶片有眾多產品線,如 H 系列,高性能遊戲筆電常搭載;U 系列代表低功耗,主要用於現代輕薄筆電;Y 系列指超低壓,2020 年款 MacBook Air 也有搭載。也就是說,蘋果 M2 晶片綜合性能只是超過英特爾 12 代 Core U 和 P 系列,輕薄筆電幾乎全面領先,但面對 12 代 Core H 系列處理器時,M2 CPU 性能比較弱。畢竟 M2 不考慮功耗,CPU 性能只有 i7-1260P 的 87%。

GPU 部分,蘋果表示 M2 晶片可 1080P 解析度流暢跑《惡靈古堡 8》,Steam 規格要求至少顯卡為 GTX 1050 Ti(4GB),才能以 1080P 60FPS 玩遊戲。照這邏輯,不考慮卡普空特別最佳化 M2 晶片,GPU 性能起碼與 GTX 1050 Ti(4GB)持平。

英特爾這邊,哪怕頂級遊戲筆電 i9-12900H,內建 Xe Graphics G7 96EU 核顯,性能也只是在 AMD RX Vega 8 和 GTX 660 之間。這樣看 M2 晶片 GPU 性能全面領先英特爾 12 代 Core 核顯。

故蘋果 M2 晶片性能全面超越英特爾 12 代 Core 說法並不準確,只能說 M2 CPU 性能比英特爾 12 代 Core U 系列晶片強,GPU 性能全面領先 12 代 Core 核顯,綜合性能比 12 代 Core U 和 P 系列好。

各項條件「束縛」的英特爾

與蘋果比,英特爾更像綁著沙袋跑步,每個沙袋都代表一個限制條件。從市場角度看,蘋果主要針對高階消費族群,英特爾更像學校老師,需照顧很多學生,如低階上網筆電,給預算有限不玩遊戲的使用者;學生和上班族優先考慮的中階輕薄筆電;為熱愛遊戲追求極致性能的玩家準備的遊戲筆電;甚至企業行動工作站。

最關鍵的是,蘋果 Mac 系列晶片屈指可數。對照英特爾每年發表幾十款處理器,分別提供各傳統 PC 廠,晶片種類和數量限制,各類使用者需求限制,晶片供應商身分限制,都不允許英特爾孤注一擲,將研發資金和人才全部投入晶片設計。

英特爾晶片設計並不差,以 12 代 Core Alder Lake-H 系列為例,是英特爾首次混合架構筆電晶片,採用 Intel 7 製程,相當於業界 10 奈米。Core i9-12900HK 有 6 個 5GHz 高性能核心和 8 個高效內核,CPU 性能比 M1 Max 高 50%。

但行動端功耗是重要指標,Core i9-12900HK 最小保證功耗超過 35W,遠高於 M1 Max 的 20W。折算 Core i9-12900HK 需近兩倍功耗才能提供比 M1 Max 高 50% 的性能。理論講 Core i9-12900HK CPU 性能比 M1 Max 好是不爭事實,但如果加上能耗比,很難說 Core i9-12900HK CPU 性能全面壓制 M1 Max。

蘋果 M 系列晶片能低功耗、高性能,與製程及 ARM 架構沒有相容性「包袱」有關。M2 採用台積電第二代 5 奈米製程,英特爾仍在用 10 奈米製程。製程決定單位面積有多少晶體管,有多少晶體管決定晶片性能,這是逃不過的物理定律。

英特爾之所以沒有使用 5 奈米製程,是因自家工廠目前只能做到10 奈米,如果找三星、台積電代工,成本勢必增加。蘋果並沒自己生產晶片,只參與晶片設計,晶片生產由台積電負責。蘋果 M 系列晶片功耗低的另一大祕密在 ARM 架構移除現代看來無用的設計。

英特爾 x86 系列 CPU 起家本領莫過於極強相容性,如為了相容英特爾 386 系列 CPU 指令集,內建不定長指令集 IA-32,比 ARM 的定長指令集效率更低,以至於做很多無用功,導致 CPU 功耗增加。

再如 TSS 任務硬切換,現在主流操作系統不再使用 IA-32 硬切換任務,基本上都改用軟體,然而一系列複雜指令仍活在 IA-32。換句話說,英特爾為了 x86 系列 CPU 的相容性,保留很多舊時代設計,如 8086 相容模式、過時指令、冗餘標誌位、非統一尋址等。

IA-32 有很多歷史問題,如存儲晶片價格昂貴,導致很多指令需要盡可能做更多事,且因相容性,很多功能加上去後便無法移除,導致無形為這些陳舊無用的設計多付出功耗,以及增加 x86 架構指令集的複雜度。

比起兩家科技巨頭的晶片設計能力,上述限制條件,更像英特爾想做出比蘋果 M 系列性能更強、功耗更低晶片的「絆腳石」。

蘋果,英特爾心中的「巨石」

看到蘋果 M 系列晶片大放光芒後,英特爾自然不會坐以待斃,不惜用天價薪資招賢納士,甚至直接「挖角」蘋果員工。今年初蘋果 Mac 系統架構總監 Jeff Wilcox 宣佈離開蘋果轉職英特爾,擔任英特爾院士和設計工程部技術總監。

Jeff Wilcox 在蘋果工作 8 年,Mac 系列產品從英特爾過渡到 Apple Silicon,無疑有重大貢獻。Jeff Wilcox 離職象徵英特爾與蘋果的人才爭奪戰白熱化。蘋果為了挽留人才,也採取一系列措施。彭博社報導,蘋果以限售股發獎金給軟體和硬體工程部部分員工,約 10 萬至 20 萬美元,員工稱為「特別挽留獎」。

除獎金外,蘋果最新聲明表示,為了鼓勵和保留世界最優秀的成員,今年打算增加整體薪資預算。門市員工時薪從 20 美元增至 22 美元,年增 10%,可見蘋果 M 系列晶片確實引起英特爾關注,12 代酷睿正是英特爾對付蘋果 M 系列晶片的最佳證明。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:蘋果)

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