Apple M1系列是蘋果公司第一款基於ARM架構，並使用於桌上型與手提電腦的的自研處理器單晶片系統（SoC），於2020 年 11 月 10 日推出。為麥金塔電腦產品線與iPad產品線提供中央處理器。[2]它搭載於MacBook Air (2020 年末)、Mac Mini (2020 年末)、MacBook Pro（13 英寸，2020 年）、iMac、iPad Pro及iPad Air (第五代)上。[3]M1是首款用於個人電腦的5納米晶片。蘋果宣稱該晶片在所有低功耗中央處理器產品中效能最佳，同時具有最佳的效能功耗比。[2][4]
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| 設計團隊 | 蘋果公司 |
|---|---|
| 生產商 |
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| 微架構 | 「Firestorm」和「Icestorm」[1] |
| 指令集架構 | AArch64（架構） ARMv8-A（指令集架構） |
| 製作製程/製程 | N5 |
| 產品編碼 | APL1102 |
| 核心數量 | 8 (4高效能 + 4低功耗)（M1） 10（8高效能 + 2低功耗）（M1 Pro & MAX） |
| 二級快取 | 12MB（高效能核心） 4MB（低功耗核心） |
| 應用平台 | 桌上電腦（Mac Mini及iMac） 手提電腦（MacBook家族） 平板電腦（iPad Pro/Air） |
| 繼任產品 | Apple M2 |
| 相關產品 | Apple A14 Apple M1 Pro Apple M1 Max Apple M1 Ultra |
2021年10月18日，蘋果發佈了面對專業用戶的Apple M1 Pro和M1 Max，與原版M1相比，在效能上的提升明顯。 2022年3月8日，蘋果推出了由兩顆M1 Max介接而成的Apple M1 Ultra，它是M1的最高階版。
架構
該晶片內有四個高效能「Firestorm」核心和四個低功耗「Icestorm」核心，結構類似ARM的big.LITTLE和Intel的「Lakefield」系列架構。[6]這樣的架構能實現以往蘋果-英特爾架構無法達到的能效比最佳化。蘋果宣稱低功耗核心只需要高效能核心十分之一的電量。四個高效能核心均有192 KB指令快取和128 KB數據快取，並共用12 MB二級快取；四個低功耗核心均有128 KB指令快取和64 KB數據快取，並共用4 MB二級快取。「Icestorm」的「E叢集」頻率為0.6–2.064 GHz，最高功耗為1.3 W，而「Firestorm」的「P叢集」的頻率為0.6–3.204 GHz，最高功耗為13.8 W。M1晶片還包含蘋果自己設計的8核（部分型號為7核）圖形處理器（GPU）。蘋果宣稱它可以同時執行25,000個線程。晶片還有一個專用的16核神經網絡引擎，可以每秒執行11兆次運算。晶片其他組成部分還包括圖像處理器（ISP）、NVM儲存、Thunderbolt 4控制器和Secure Enclave。[7]
M1晶片內有4266 MT/s的LPDDR4X SDRAM[8]，採用統一記憶體（unified memory）組態（即M1晶片內所有組件共用這一記憶體）。除此之外，整個SoC和RAM採取封裝體系的形式組態在一起。有8 GB和 16 GB兩種組態供選擇。[9]
M1 Ultra處理器是由兩個M1 Max處理器用UltraFusion介接而成，M1 Ultra處理器的技術參數是M1 Max處理器的兩倍。
製造
由於蘋果公司是一家無廠半導體公司，自身團隊專攻晶片設計，最終的晶片製造需要晶圓代工廠商來完成。蘋果預訂了台積電的5納米生產線來製造該款晶片。蘋果也是TSMC 5納米生產線的前期客戶之一。[11]M1 Pro 和 M1 Max 具有八個高效能「Firestorm」（M1 Pro 的低分檔變體中有六個）和兩個節能的「Icestorm」內核，提供總共 10 個內核（某些內核中有 8 個）的混合組態M1 Pro 的基本型號）。M1 Pro 整合了 Apple 設計的 16 核（在某些基本型號中為 14 個）圖形處理單元 (GPU)，而 M1 Max 則整合了一個 32 核（在某些基本型號中為 24 個）GPU。每個 GPU 內核分為 16 個執行單元，每個執行單元包含 8 個算術邏輯單元 (ALU)。 M1 Max GPU 總共包含多達 512 個執行單元或 4096 個 ALU，其最大浮點 (FP32) 效能為 10.4 TFLOP。
它們具有與 Apple A14 Bionic 相同的 16 核神經引擎、Secure Enclave 和兩個媒體引擎，並包括三個 Thunderbolt 4 控制器。M1 Pro 和 M1 Max 具有統一的主記憶體架構，這意味着晶片上的所有組件，例如 CPU 和 GPU，共用相同的主記憶體定址。主記憶體為 8 通道 LPDDR5-6400 SDRAM，M1 Pro 的總頻寬為 200 GB/s，M1 Max 的總頻寬為 400 GB/s。 M1 Pro 有 16 GB 和 32 GB 的主記憶體組態，而 M1 Max 有 32 GB 和 64 GB 的組態。 M1 Max 支援 16 英寸 MacBook Pro 上的高功率模式，用於執行密集型任務。 M1 Pro 支援兩個通過 Thunderbolt 的 6K 顯示器和一個通過 HDMI 的 4K 顯示器，而 M1 Max 支援第三個通過 Thunderbolt 的 6K 顯示器。
應用產品
- MacBook Air ( 2020 )
- MacBook Pro ( 13 吋 2020 )
- Mac mini ( 2020 )
- iPad Pro ( 11 吋第三代 ，12.9 吋第五代 )
- iMac ( 24 吋 2021 )
- iPad Air（ 2022 ）
- MacBook Pro（14寸 2021，16寸 2021）
- MacBook Pro（14寸 2021，16寸 2021）
- Mac Studio（ 2022 ）
- Mac Studio（ 2022 ）
延伸型
拓展閱讀
參考文獻
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