ARM打败X86？苹果联手ARM掀起一场移动性能革命-轻识

2020年年底，苹果首次推出基于ARM架构的自研芯片M1，凭借优秀的能效比以及足够强大的硬件性能愣是将X86平台处理器“虐”了个遍，同时引起不少用户对于X86架构处理器的质疑，但事实真的是这样吗？

要厘清这一切首先要明白的一点是，ARM架构和X86架构发展方向并不相同，前者小而精，后者大而全。X86通常被称为复杂指令集，而ARM自然就是精简指令集。

从字面意思上就能看出，X86在指令集方面更加复杂，处理器能力更强，性能更高，对应的功耗也会更高。

对于需要强大性能且不在乎功耗的PC而言，X86指令集能够提供强大的性能、更加全面的指令集以及复杂的电路设计，可以实现更高工作效率，几乎就是强大和全面的代名词。

ARM架构则刚好相反，移动端设备异常关注功耗问题，所以只需要提供够用的指令集数量就行，对于复杂的操作，ARM通常采用指令集组合的方式来完成。

举个具体的例子，如果是通过X86对机器人下达指令开车送自己去目的地，那么只需要对机器人说：开车送我去XX地。

如果通过ARM对机器人下达同样的指令，那么就拆分步骤：1.打开车门，2.放开手刹，3.启动汽车，4.去往目的地点…….

这是两个架构根本上的区别，但为何发展这么多年，ARM架构的其他处理器没能达到苹果M系列芯片的高度呢？这就不得不提到苹果为提升M系列芯片而做出的努力了，ARM架构芯片在微架构方面的改动往往可以带来感知明显的性能提升，这也体现出苹果在芯片设计方面的强大实力。

以苹果目前最强的M1 Ultra芯片为例，最高版本拥有20核心CPU以及64核心GPU，同时晶体管数量拥有惊人的1140亿个，并且内存带宽达到恐怖的800GB/s，采用台积电5nm制程工艺打造而成。

作为英特尔目前最强的i9-13900K，拥有24颗处理器核心，但是晶体管数量仅有280亿个，最大内存带宽也仅有89.6GB/s，并且采用10nm制程工艺。从纸面参数来看，i9-13900K除去核心数量方面领先M1 Ultra，其他方面都远远落后于M1 Ultra。

激进的硬件堆料为苹果M1 Ultra在部分场景下领先X86架构处理器提供了基础，但M1 Ultra本质上并不算是一颗处理器，而是一块系统级芯片。苹果将GPU、CPU、统一内存以及大量专用加速模块都塞进了M1 Ultra中。

如此一来就为苹果M系列芯片带来两个好处，首先是高度集成的设计使得芯片在内存传输方面占据巨大优势，这也是为何两者内存带宽有着将近10倍差距的根本原因。PC平台上无论显卡也好、处理器也好、内存也罢通通各司其职，模块化的设计让各家厂商生产的产品都能完美兼容。

但是在X86架构的PC电脑中，各个硬件之间想要进行通信就需要通过总线，CPU作为PC大脑往往需要统筹所有运算。如此一来，CPU如果需要读取内存中的一组数据，那么信号首先就需要经过北桥，再经过前端总线才能写入CPU。

想要读取显存中的数据，信号还要从显卡先到内存才能到达CPU。这就好比一个人从公司开车回家，需要绕一大圈才能回家，极大降低了效率。

而苹果M系列芯片将所有硬件都封装在一起，带来的好处是硬件物理距离的极大缩短。并且苹果使用统一内存，让GPU和内存共用一个内存，这样CPU直接读取数据就不用绕一大圈。

此外，苹果通过优化总线，极大提升通信效率。这就相当于将公司搬到家对面，并且家门口到公司门口建了个直达天桥，也就大幅提升CPU和GPU的性能，因此M系列芯片在面对大量随机读写的视频剪辑任务时会有巨大优势。

其次，M系列芯片作为系统封装芯片，有大量专用加速模块，这也是M系列芯片受到追捧的一大原因之一。针对视频剪辑等特殊工作需求，这些专用加速模块就能带来额外性能提升，所以在各大评测视频中运行苹果自家的FCPX和达芬奇，采用M芯片的Mac相比英特尔处理器的Mac在效率上的提升才会如此惊人。

这就好比一个各科优秀的中学生某些特长特别突出，强于全面发展的名校大学生，甚至还吊打某些大学生学渣，引起用户惊叹，这很正常。但前提是，苹果砸下重金，为这个特长中学生提供了普通家庭无法承担的成长环境，所以才能造就一个天才诞生。

其实光看晶体管数量就能发现，几乎5倍于i9-13900K的晶体管数量加上5nm工艺，就是X86无法想象的豪华阵容。可一旦将擂台换到其他领域，那么这个特长中学生就失去了原有优势，例如重度生产力方面M系列芯片面对X86架构就毫无优势，就比如众生平等的AE渲染，M系列芯片的优势在X86面前就荡然无存。

那为什么X86架构处理器不采用和苹果类似的策略来提升性能呢？因为兼容性，X86平台的用户可以根据自己的需求采购硬件组装机器，并且得益于X86架构强大的兼容性，用户现在都还能运行上世纪发售的一些游戏，而苹果A系处理器甚至是连10年前的应用都已经无法运行。

兼容性，恰恰也是ARM架构芯片最大的劣势，却是X86架构最大的优势，英特尔的通用核心相比苹果M系列芯片能够应对更多复杂场景，而苹果M系列芯片虽然通过砸钱以及讨巧的设计，在部分场景中的发挥让人刮目相看，但是从宏观角度来看，更加深层的性能需求，ARM架构无法提供强大性能。

苹果M系列芯片能够成功，除去硬件方面愿意砸钱，苹果在iPhone以及iPad上对于ARM架构软件和生态以及系统的深耕优化已经超过十年。所以M系列芯片能够取得今日的成绩，不是一朝而至的结果，而是苹果十年磨一剑，依托ARM架构本身的特性，再结合自己强大的硬件研发实力加上已经成熟的软件生态，才衬托出了M系列芯片的强大。

同时苹果的M系列芯片并不会对外出售，没有繁杂的硬件规格，也就不会出现兼容问题，况且手中还握有系统大权，深度的软硬件结合可以最大程度发挥M系列芯片的性能，并且维持在极低功耗下，这是苹果与ARM架构相辅相成的结果。

早在多年以前微软就曾试水过Suraface RT，采用ARM架构处理器，毫不意外地无人问津，生态缺乏加上ARM架构硬件与软件的结合并没有那么紧密，导致这款设备没有泛起一点水花。

所以ARM架构的M系列芯片确实在能耗以及发热方面有着巨大优势，但牺牲的却是强大的兼容性以及其他方面的性能。

X86架构处理器充分发挥“大而全”的优势，通用核心能够应对所有工作需求，虽然这会带来极高的功耗。可是面对更加复杂的专业需求时，功耗还会是用户首要考虑的因素吗？问题的答案自然就一目了然。

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