Apple M1 的發布風靡全球，從(cóng)那時起，它證明了基于 ARM 内核的定制矽可以與主流 CPU 技(jì)術(shù)競争。是什麽讓 Apple M1 如此獨特，SoM 和 SoC 有什麽優勢，為(wèi)什麽 Apple M2 的傳聞證明了 SoM 設計的成功？
Apple M1 本質上(shàng)是一(yī)個(gè)安裝在系統級模塊 (SoM) 上(shàng)的片上(shàng)系統 (SoC)，該模塊采用完全定制的架構，專門(mén)用于運行包括 macOS 在内的 Apple 産品。M1 的核心是 8 個(gè) ARM 内核，其中四個(gè)專用于高(gāo)性能(néng)，另外四個(gè)專用于高(gāo)效率。SoC 中還(hái)集成了一(yī)個(gè)具有八核和多(duō)級緩存的 GPU。該 SoC 安裝在集成系統内存的闆上(shàng)，具有 8GB 或 16GB 選項，這些選項不可升級。然後将整個(gè)設備封裝在散熱器(qì)中，闆下(xià)側的連接器(qì)允許安裝在設備中。出于這個(gè)原因，Apple M1 與其說是 SoC，不如說是一(yī)個(gè) SoM，因為(wèi)它将多(duō)個(gè)矽器(qì)件(jiàn)組合成一(yī)個(gè)模塊，然後在外部電(diàn)路(lù)中使用。SoC 和 SoM 是新興技(jì)術(shù)，但它們并不“新”。Raspberry Pi 是向世界介紹 SoC 的衆多(duō)優勢的産品的一(yī)個(gè)很好的例子。為(wèi) Raspberry Pi 供電(diàn)的 Broadcom 芯片将 CPU、MMU、GPU 和 I/O 控制器(qì)集成在一(yī)個(gè)封裝中。這意味著(zhe)整個(gè)計算(suàn)系統可以集成到(dào)單個(gè)信用卡大小(xiǎo)的 PCB 中。SoC 也大量用于物(wù)聯網設計，ESP32 就(jiù)是一(yī)個(gè)很好的例子；它将 CPU、内存和無線電(diàn)控制器(qì)集成在一(yī)個(gè)封裝中。那麽為(wèi)什麽 M1 如此具有開(kāi)創性呢(ne)？在 M1 之前，隻有平闆電(diàn)腦(nǎo)和智能(néng)手機(jī)等移動個(gè)人計算(suàn)設備使用 ARM 内核。主流計算(suàn)設備（PC 和筆記本電(diàn)腦(nǎo)）使用 x86/x64 架構，隻有筆記本電(diàn)腦(nǎo)設備使用主流 CPU 的移動版本。這些 CPU 基本上(shàng)來自(zì)以下(xià)兩家公司之一(yī)：英特爾或 AMD。衆所周知，英特爾和AMD在移動行業(yè)有些欠缺，擁有強大的移動處理器(qì)往往意味著(zhe)高(gāo)能(néng)耗意味著(zhe)電(diàn)池壽命縮短。ARM 内核提供的節能(néng)效果是它們一(yī)直是移動設備中關鍵參與者的原因。但Apple M1 改變了這一(yī)切，因為(wèi)它在設計時考慮了移動和桌面處理。使用多(duō)個(gè)内核，每個(gè)内核都專用于高(gāo)性能(néng)或高(gāo)效率，允許系統在優化性能(néng)的同時節省功耗。這種效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優于簡單地降低(dī) CPU 時鍾或限制内存，因為(wèi)高(gāo)性能(néng)内核将其矽空間專用于高(gāo)性能(néng)，而高(gāo)效内核将其矽空間專用于高(gāo)效。這意味著(zhe)在需要效率的時候，唯一(yī)專用于該任務的硬件(jiàn)正在運行。經驗結果表明，Apple M1 在最大負載下(xià)運行時消耗 39 瓦和 7 瓦，考慮到(dào)使用英特爾處理器(qì)的等效系統在空閑時消耗 20 瓦，在負載下(xià)消耗 122 瓦。M1 的成果有效地将蘋果産品的電(diàn)池壽命延長(cháng)了一(yī)倍。
到(dào)目前為(wèi)止，SoC 和 SoM 的最大優勢之一(yī)是使用的所有矽空間都專用于設備将用于的特定應用。例如，來自(zì) Intel 或 AMD 的現代 CPU 必須是通(tōng)用計算(suàn)機(jī)，因為(wèi)該 CPU 的應用程序是未知的。客戶可以輕松地将英特爾 CPU 用于必須優先考慮 I/O 的機(jī)器(qì)人控制器(qì)、用于浮點運算(suàn)必不可少的超級計算(suàn)機(jī)或必須考慮能(néng)源效率的通(tōng)用筆記本電(diàn)腦(nǎo)。這意味著(zhe)英特爾必須使他們的設備盡可能(néng)通(tōng)用，以便輕松集成到(dào)任何應用程序中。然而，這使得這種設備更像是“萬事(shì)通(tōng)，無所事(shì)事(shì)”，因為(wèi)它不能(néng)專門(mén)用于任何一(yī)項任務。但是，可以将 SoC 設計為(wèi)僅集成對其将用于的任務必不可少的硬件(jiàn)。例如，移動處理器(qì)可以具有用于能(néng)量消耗的低(dī)能(néng)量電(diàn)路(lù)，而自(zì)動駕駛汽車中的視覺系統可以集成 AI 模塊以更快地處理神經網絡。因此，SoC 和 SoM 允許設計人員(yuán)定制完美适合應用的設計。
雖然報(bào)告尚未得到(dào)證實，但人們普遍認為(wèi)蘋果正在開(kāi)發 M2，它将取代 M1。有傳言稱，核心不會(huì)有太大變化，但 GPU 會(huì)得到(dào)改進，CPU 頻率會(huì)提高(gāo)。這種設備的假定發布日期将是 2022/2023 年(nián)末，并為(wèi)大多(duō)數 Apple 産品提供動力。盡管 M2 尚未得到(dào)蘋果的确認，但 M1 的成功完美地展示了 SoC 和 SoM 的優勢。當然，Apple M1 并不是市(shì)場上(shàng)最強大的處理器(qì)。該王冠屬于 Ryzen ThreadRipper 3990X，但就(jiù)每瓦性能(néng)而言，M1 為(wèi)王。M1 的高(gāo)效率使其能(néng)夠大幅延長(cháng)電(diàn)池壽命，而專為(wèi) macOS 定制硬件(jiàn)的能(néng)力允許超高(gāo)效的操作系統設計。毫無疑問，SoC 和 SoM 将成為(wèi)計算(suàn)設備的行業(yè)标準。但令工(gōng)程師(shī)興奮的是定制芯片服務，它可以讓客戶選擇半導體芯片并将它們連接到(dào) SoM 上(shàng)，就(jiù)像定制 PCB 服務和組件(jiàn)組裝一(yī)樣。
