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Apple M2芯片将亮相:SOM的胜利
Apple M1 的发布风靡全球,从那时起,它证明了基于 ARM 内核的定制硅可以与主流 CPU 技术竞争。是什么让 Apple M1 如此独特,SoM 和 SoC 有什么优势,为什么 Apple M2 的传闻证明了 SoM 设计的成功?
来源:半导体行业观察 | 作者:sophie | 发布时间: 2022-03-07 | 2413 次浏览 | 分享到:

是什么让 Apple M1 与众不同?


Apple M1 本质上是一个安装在系统级模块 (SoM) 上的片上系统 (SoC),该模块采用完全定制的架构,专门用于运行包括 macOS 在内的 Apple 产品。M1 的核心是 8 个 ARM 内核,其中四个专用于高性能,另外四个专用于高效率。SoC 中还集成了一个具有八核和多级缓存的 GPU。

该 SoC 安装在集成系统内存的板上,具有 8GB 或 16GB 选项,这些选项不可升级。然后将整个设备封装在散热器中,板下侧的连接器允许安装在设备中。出于这个原因,Apple M1 与其说是 SoC,不如说是一个 SoM,因为它将多个硅器件组合成一个模块,然后在外部电路中使用。

SoC 和 SoM 是新兴技术,但它们并不“新”。Raspberry Pi 是向世界介绍 SoC 的众多优势的产品的一个很好的例子。为 Raspberry Pi 供电的 Broadcom 芯片将 CPU、MMU、GPU 和 I/O 控制器集成在一个封装中。这意味着整个计算系统可以集成到单个信用卡大小的 PCB 中。SoC 也大量用于物联网设计,ESP32 就是一个很好的例子;它将 CPU、内存和无线电控制器集成在一个封装中。

那么为什么 M1 如此具有开创性呢?在 M1 之前,只有平板电脑和智能手机等移动个人计算设备使用 ARM 内核。主流计算设备(PC 和笔记本电脑)使用 x86/x64 架构,只有笔记本电脑设备使用主流 CPU 的移动版本。这些 CPU 基本上来自以下两家公司之一:英特尔或 AMD。

众所周知,英特尔和AMD在移动行业有些欠缺,拥有强大的移动处理器往往意味着高能耗意味着电池寿命缩短。ARM 内核提供的节能效果是它们一直是移动设备中关键参与者的原因。

但Apple M1 改变了这一切,因为它在设计时考虑了移动和桌面处理。使用多个内核,每个内核都专用于高性能或高效率,允许系统在优化性能的同时节省功耗。这种效率远远优于简单地降低 CPU 时钟或限制内存,因为高性能内核将其硅空间专用于高性能,而高效内核将其硅空间专用于高效。

这意味着在需要效率的时候,唯一专用于该任务的硬件正在运行。经验结果表明,Apple M1 在最大负载下运行时消耗 39 瓦和 7 瓦,考虑到使用英特尔处理器的等效系统在空闲时消耗 20 瓦,在负载下消耗 122 瓦。M1 的成果有效地将苹果产品的电池寿命延长了一倍。

SoC和SoM有什么优势?


到目前为止,SoC 和 SoM 的最大优势之一是使用的所有硅空间都专用于设备将用于的特定应用。

例如,来自 Intel 或 AMD 的现代 CPU 必须是通用计算机,因为该 CPU 的应用程序是未知的。客户可以轻松地将英特尔 CPU 用于必须优先考虑 I/O 的机器人控制器、用于浮点运算必不可少的超级计算机或必须考虑能源效率的通用笔记本电脑。

这意味着英特尔必须使他们的设备尽可能通用,以便轻松集成到任何应用程序中。然而,这使得这种设备更像是“万事通,无所事事”,因为它不能专门用于任何一项任务。但是,可以将 SoC 设计为仅集成对其将用于的任务必不可少的硬件。例如,移动处理器可以具有用于能量消耗的低能量电路,而自动驾驶汽车中的视觉系统可以集成 AI 模块以更快地处理神经网络。

因此,SoC 和 SoM 允许设计人员定制完美适合应用的设计。

Apple M2 传闻如何显示 M1 的成功


虽然报告尚未得到证实,但人们普遍认为苹果正在开发 M2,它将取代 M1。有传言称,核心不会有太大变化,但 GPU 会得到改进,CPU 频率会提高。这种设备的假定发布日期将是 2022/2023 年末,并为大多数 Apple 产品提供动力。

尽管 M2 尚未得到苹果的确认,但 M1 的成功完美地展示了 SoC 和 SoM 的优势。当然,Apple M1 并不是市场上最强大的处理器。该王冠属于 Ryzen ThreadRipper 3990X,但就每瓦性能而言,M1 为王。M1 的高效率使其能够大幅延长电池寿命,而专为 macOS 定制硬件的能力允许超高效的操作系统设计。

毫无疑问,SoC 和 SoM 将成为计算设备的行业标准。但令工程师兴奋的是定制芯片服务,它可以让客户选择半导体芯片并将它们连接到 SoM 上,就像定制 PCB 服务和组件组装一样。