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揭露Apple Mini M1 SoC

时间:2020-11-30 作者:Don Scansen,EE Times专栏作者 阅读:
经过多年的揣摩和数月的努力后,苹果公司(Apple)成功推出了第一款采用自家芯片设计的台式电脑和笔记本电脑——M1 SoC。至于Apple此次的表现是否达到预期无需多言,毕竟他家的产品一直都受大众的追捧。
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经过多年的揣摩和数月的努力后,苹果公司(Apple)成功推出了第一款采用自家芯片设计的台式电脑和笔记本电脑——M1 SoC。至于Apple此次的表现是否达到预期无需多言,毕竟他家的产品一直都受大众的追捧。

多年来,人们对于这种新设计会以何种形式呈现的猜测从未间断。长久以来,权威人士都认为,若采用ARM核心的设计,Apple或多或少会将A系列的设计从移动设备转移到Mac(至少是低端设备)上来。但Apple苹果自家的芯片和大批采用(这颗芯片)的电脑,无不向我们证明了M1将是全新设计。

无论是上海人、芝加哥人,还是什利谢利堡人,当他们拿到一款新产品,特别是产自Apple的产品时,只可能做一件事——“拆解”。但我并不认为M1在系统层面上还有新奇的东西值得我们去探究,所以我们需要了解的是M1芯片本身。

Mac Mini介绍

如果要在Apple新发布的三款产品中挑出最普通的一款,那非Mac Mini莫属。Macbook Air还有无扇设计,但Mac Mini就只是一个带有强制冷却装置的“盒子”。以最便宜的方式生产M1是Apple的一个目标,我也相信Apple还有一个更大的目标需要去实现,但那都是后话了。

产品购买后,“拆解”的下一步骤便是“开箱”。在这里要和大家说一声抱歉,因为我并没有录制相关视频。虽然很多“科技”报道都有发布视频以供参考,但我认为这完全是没必要的。如果你喜欢,那没问题,但对不起那不是我的风格。对于Apple产品的包装,我只想说明一点,那便是Apple的折纸艺术家们竟想到用纸卡来包装放置在产品下方的电源线,这很了不起,也很“Apple”。

取出逻辑板

这款新的2020 Mac mini拆开方式非常类似于2018款。将其上下翻转,然后撬开黑色塑料基座盖,就会露出六个TR6螺钉。这是三根天线,分别带有连接到逻辑板接头连接器的电缆,其中一根天线安装在底部金属屏蔽层上。天线连接器用T6螺钉固定到位。

另一组四个T6螺钉将冷却风扇安装在顶部逻辑板上。苹果本可以将M1 Mac mini重新设计得更小。因为逻辑板的尺寸几乎仅为iPhone 12 mini的两倍。

与Intel Mac mini中的冷却系统不同,此M1单元中的散热器是锁定的。我认为,这种新系统的散热效果更好。逻辑板的背面是一对Texas Instruments USB-C控制器[CD3218B12]。

我对上面的Thunderbolt控制器最感兴趣。看到两个Intel JHL8040R控制器提供了到两个Thunderbolt 4端口的专用连接,这真是令人惊讶。

通用内存架构

还有一个关于设备配置的简单说明,供那些对8G和16G内存版本的计算机产生疑问的人使用。最初的M1拆解的互联网帖子来自16G版本的电脑,显示了一对DRAM封装。由于8G电脑的容量只有原来的一半,一些人怀疑是否只有一个DRAM封装。8G系统仍然有两个,但每个包包含16G组件密度的一半。我的Mac mini包含海力士LPDDR4芯片。我在博客或推特上看到的其他图片也是海力士设备。

当然,无论系统内存大小,苹果都需要使用两种组件来保持高速RAM芯片的对称性和信号通路。没有考虑为一个计算机平台创建两个封装设计的想法。

这很可能是M1设计中最重要的细节。苹果在发布会上强调了新的“通用内存架构”或UMA 。UMA是效率的模型。它允许所有处理核心(包括CPU和GPU)共享一个大型内存池。保持DRAM物理上紧密并在CPU和GPU内核之间共享,使SoC设计可以减少片上SRAM缓存并减少芯片占用空间。

这并不是说这种接近是一个里程碑。移动处理器使DRAM距离更近。无论是Qualcomm Snapdragon处理器还是Apple自己的A系列芯片,LPDDR4内存组件都以3D封装概念堆叠在其上,该概念称为“层叠封装(PoP)”。

M1芯片右侧正是 8*16 bit 位宽内存通道。苹果新款的 Mac 搭载了 8 x 16 bit 的 LPDDR4X-4266 内存,其理论峰值内存带宽为 68.25GB/s。

苹果表示 M1 芯片采用了统一内存,具有高带宽、低延迟的特点。通过统一封装,内存可以供整个 SoC 调用。

到目前为止,M1封装检查还很肤浅。尽管配置令人着迷,但BGA基板本身似乎是通用的。我希望引擎盖下隐藏着一些非常诱人的功能,也许是彻头彻尾的创新。

M1内部

M1功能,许多但不是全部代表SoC上的物理块(来源:Apple)

花了一段时间,但我设法回到了新的Apple芯片上。M1的大部分预期都集中在SoC本身以及设计团队可能会想到的内容上。苹果提供了许多线索。功能框图包括操作细节,其中许多可以归因于SoC中的物理IP:

  • 高性能CPU内核
  • 高效能CPU核心
  • 不间断的处理器
  • GPU
  • 高带宽SRAM缓存
  • 神经引擎
  • 机器学习加速器
  • Secure enclave(安全飞地)
  • 密码学加速
  • 图像信号处理器
  • 音频处理器
  • Thunderbolt / USB 4控制器
  • 第4代PCI Express

作为“片上系统”,M1集成了几个不同的组件,包括CPU,GPU,统一内存体系结构(RAM),神经引擎,Secure Enclave,SSD控制器,图像信号处理器,编码/解码引擎,带有USB 4支持等等,所有这些都为Mac中的不同功能提供了支持。

单击图像放大。(来源:Apple,MuAnalysis)

在此之前,Mac已经使用多种芯片来实现CPU,I / O和安全性,但是Apple集成这些芯片的努力是M1比以前的Intel芯片更快,更高效的原因。Apple包括的统一内存架构也是一个主要因素,因为M1中的所有技术都能够访问相同的数据,而不必在多个内存池之间进行交换。

M1上有160亿个晶体管,这是Apple迄今为止在芯片中投入的最多的晶体管,用于以低功耗硅和无与伦比的每瓦CPU性能提供最快的CPU内核。

苹果的芯片设计使其能够制造出比英特尔设计的芯片更快,更省电的Mac,并且通过将苹果设计的芯片与苹果设计的软件进行更紧密的集成,可以进一步增强功能。

M1 SoC暴露真容

M1芯片包括一个带有四个高性能内核和四个高效内核的8核CPU。高性能内核旨在为功率密集型单线程任务提供最佳性能。

四个高性能内核可以协同工作,以提供令人印象深刻的多线程性能,使M1 Mac甚至可以胜过最高端的16英寸MacBook Pro机型。

对于强度较低且不需要相同电源的任务(例如Web浏览),有四个高效内核使用十分之一的电源来节省电池寿命。

苹果表示,这些内核提供的性能与上一代双核“ MacBook Air”相似,但功耗要低得多。这些内核可以在不需要大量电源的情况下单独工作,但是对于要求苛刻的任务,可以同时使用所有八个内核。

M1芯片具有内置的神经引擎,这是苹果几年前开始在其A系列芯片中首次添加的组件。神经引擎旨在在Mac上加速机器学习任务,例如视频分析,语音识别,图像处理等。

与移至M1的上一代模型相比,该16核神经引擎能够以每秒11万亿次运算的速度提供高达15倍的机器学习性能。

即使M1芯片带来了令人难以置信的速度改进,它的电池效率也比Apple迄今为止发布的任何其他Mac芯片都要高。

苹果计划将整个Mac产品线过渡到“ Apple Silicon”芯片,完全放弃使用Intel芯片。苹果公司希望将整个产品线迁移的过程大约还需要两年时间。

编译:Yvonne Geng

本文刊登于EETimes美国版,(参考原文:Exposing Apple Mini M1 SoC,By  Don Scansen )

  • 雷电4?产品说明都不看的么= =
  • google翻译的吧,读起来真难受
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