是什么限制了英特尔推出比苹果更强的芯片?

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06-17 13:41

苹果 M 系芯片的发布史,也是英特尔芯片的躺枪史,这次 WWDC22 上 M2 芯片的发布也是如此。

按照苹果的说法,M2 相比最新的 10 核 PC 笔记本,同样功耗下,CPU 带来了近 2 倍的性能提升;另外,同样性能下,M2 功耗只有 PC 芯片的四分之一。

即便是最新的 12 核 PC 笔记本, 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 芯片相较于最新 10 核 PC 笔记本的集成显卡,峰值性能提升 2.3 倍,而 M2 GPU 到达对方最高性能时,功耗仅为后者的五分之一。

乍一看这些跑分数据,苹果自研的 M 系列处理器的综合性能表现完爆英特尔,领先数个世代,但情况可能要比这几张图表更复杂一些。

M2 很强,但 12 代酷睿也不是「省油灯」

其实,苹果口中的最新 10 核 PC 笔记本,指的是三星 Galaxy Book2 360(16GB RAM),搭载了酷睿 i7-1255U 处理器。同为 15W 功耗,M2 芯片在少两颗核心的情况下,CPU 性能是 i7-1255U 的 1.9 倍。

而最新的 12 核 PC 笔记本是指微星 Prestige 14Evo(16GB RAM),搭载了酷睿 i7-1260P 处理器。相较之下,M2 芯片仅用 7W 功耗 ,即可提供 i7-1260P(28W)87% 的 CPU 性能。

再来看 GPU 部分,同样是对比三星 Galaxy Book2 360(16GB RAM),M2 仅用 3W 功耗,就能换来 i7-1255U 2.3 倍的性能。

如果算上能耗比的话,M2 芯片的综合性能确实要强于酷睿 i7-1255U 和 i7-1260P。但这并不意味着 M2 CPU 性能可以全面超越英特尔 12 代酷睿。

众所周知,英特尔芯片划分了多条产品线,比如 H 系列,高性能游戏本通常会搭载;U 系列代表低功耗,主要应用于现代轻薄本;Y 系列指的是超低压,2020 款 MacBook Air 有所搭载。

也就是说,苹果 M2 芯片综合性能只是超过了英特尔 12 代 酷睿 U 和 P 系列,在轻薄本领域几乎做到了全面领先。但是,在面对 12 代酷睿 H 系列处理器时,M2 CPU 性能要弱于前者。毕竟 M2 相比 i7-1260P,不考虑功耗的情况下,其 CPU 性能只达到了 i7-1260P 的 87%。

GPU 部分,苹果表示,M2 芯片可以在 1080P 分辨率下流畅运行《生化危机 8》。

Steam 显示,这款游戏至少需要显卡达到 GTX 1050 Ti(4GB),才能够以 1080P 60 FPS 运行。按照这个逻辑,在不考虑卡普空针对 M2 芯片进行游戏优化的情况下,其 GPU 性能起码与 GTX 1050 Ti(4GB)持平。

而英特尔这边,哪怕是顶级游戏本搭载的 i9-12900H,内置的 Xe Graphics G7 96EU 核显,性能也只是夹在 AMD RX Vega 8 和 GTX 660 之间。

这样看来,M2 芯片 GPU 性能,可以说是全面领先英特尔 12 代酷睿核显。

所以,苹果 M2 芯片性能全面超越英特尔 12 代酷睿的说法并不准确。只能说,M2 CPU 性能要强于英特尔 12 代酷睿 U 系列芯片,GPU 性能全面领先 12 代酷睿核显,综合性能比 12 代酷睿 U 和 P 系列要强。

被各项条件所「束缚」的英特尔

与苹果相比,英特尔更像是绑着沙袋跑步的长跑运动员,每个沙袋都代表一个限制条件。

从市场的角度来看,苹果主要面向的是高端消费群体,而英特尔更像是学校里的一位老师,需要照顾很多学生,比如低端上网本 ,主要给那些预算有限,不打游戏的用户;学生和上班族会优先考虑的中端轻薄本;为热爱游戏,追求极致性能的玩家准备的游戏本;甚至是面向企业的移动工作站。

最关键的是,应用于苹果 Mac 系列的芯片屈指可数。作为对比,英特尔每年要发布几十款处理器,分别提供给各个传统 PC 厂商。

芯片种类和数量的限制,各类用户需求的限制,芯片供应商身份的限制,这些都不允许英特尔孤注一掷,将研发资金和人才全部投入到芯片设计上。

实际上,英特尔芯片设计并不差。以 12 代酷睿 Alder Lake-H 系列为例,这是英特尔首次采用混合架构的笔记本电脑芯片,采用了英特尔 7 工艺,实际相当于业界通行的 10 nm 制程工艺。

英特尔表示,酷睿 i9-12900HK,拥有 6 个 5GHz 高性能核心和 8 个高效内核,其 CPU 性能相比 M1 Max 高出 50%。

但是在移动端,功耗是一项重要指标。而酷睿 i9-12900HK 最小保证功耗超过了 35 W,远高于 M1 Max 的 20W。折算下来,酷睿 i9-12900HK 需要近两倍的功耗才能提供比 M1 Max 高 50% 的性能。

理论上来讲,酷睿 i9-12900HK CPU 性能强于 M1 Max,是一个不争的事实,但如果算上能耗比的话,很难说酷睿 i9-12900HK CPU 性能可以全面压制 M1 Max。

苹果 M 系列芯片能够实现低功耗、高性能的原因,其实与制程工艺,以及 ARM 架构没有兼容性「包袱」有关。

举个例子,M2 采用了台积电第二代 5nm 制程工艺,而英特尔仍在使用 10 nm 制程工艺。制程工艺决定了单位面积上有多少晶体管,有多少晶体管决定了芯片的性能,这是绕不过去的物理定律。

英特尔之所以没有在芯片上使用 5nm 制程工艺,是因为自家工厂目前只能做到 10nm,如果找三星、台积电代工,其成本势必会增加。而苹果并没生产芯片的工厂,只是参与芯片设计,芯片的产出主要由台积电负责。

苹果 M 系列芯片功耗低的另一大秘诀在于 ARM 架构剔除了现代看来无用的设计。

英特尔 X86 系列 CPU 发家的本领,莫过于极强的兼容性。

比如为了兼容英特尔 386 系列 CPU 指令集,内置了不定长指令集 IA-32,相比 ARM 的 定长指令集,效率会更低,以至于会做很多无用功,最终导致 CPU 功耗增加。

再比如 TSS 任务硬切换,现在主流的操作系统已经不再使用 IA-32 进行任务硬切换机制,基本上都改用软件的形式,然而这一系列的复杂指令仍然留存于 IA-32。

换句话说,英特尔为了 X86 系列 CPU 的兼容性,其内部保留了很多旧时代的设计,包括 8086 兼容模式、过时的指令、冗余的标志位、非统一寻址等。

IA-32 有很多历史存留问题,例如存储芯片价格昂贵,导致很多指令需要尽可能做更多的事,并且,由于兼容性原因,很多功能点加上之后便无法剔除,这就导致无形之中为这些陈旧且无用的设计付出了一些功耗,以及进一步增加了 X86 架构指令集的复杂程度。

因此,相比于两家科技巨头的芯片设计能力,上述这些限制条件,更像是英特尔推出比苹果 M 系列性能更强、功耗更低芯片的「绊脚石」。

苹果,英特尔心中的一块「巨石」

看到苹果 M 系列芯片大放光彩后,英特尔自然不会坐以待毙,不惜利用天价薪资招贤纳士,甚至直接「挖角」苹果。

今年年初,前苹果 Mac 系统架构总监 Jeff Wilcox 在领英招聘网站宣布离开苹果,并任职于英特尔,主要担任英特尔院士和设计工程部技术总监。

Jeff Wilcox 在苹果公司工作了八年,Mac 系列产品从英特尔过渡到 Apple Silicon,他无疑做出了重大贡献。Jeff Wilcox 的离去,象征着英特尔与苹果之间的人才争夺战白热化。

苹果为了挽留人才,也采取了一系列措施。据彭博社报道,苹果以限售股形式向软件和硬件工程部的部分员工发放奖金。奖金金额在 10~20 万美元之间,苹果内部称其为「特别挽留奖」。

除奖金外,苹果在最新的声明中表示,为了鼓励和保留世界上最优秀的团队成员,今年打算增加整体的薪酬预算。其中,零售店员工,时薪从 20 美元增加至 22 美元,年增 10%。

由此可见,苹果 M 系列芯片确确实实引起了英特尔的关注,而 12 代酷睿正是英特尔应对苹果 M 系列芯片这一挑战的最佳证明。

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