问题

网上有m1 mac 8g内存相当于x86 16g内存的结论,正确吗?请结合统一内存进行分析?

回答
“M1 Mac 8GB 内存相当于 x86 16GB 内存”的说法,在很多场景下可以认为是有一定道理的,但并非绝对等同,需要结合统一内存架构进行详细分析才能更准确地理解其背后的原因和局限性。

下面我将结合 M1 系列芯片的统一内存架构,详细分析这个结论的由来,并说明其正确性以及适用范围。

一、 传统 x86 架构下的内存工作方式

在深入分析 M1 之前,我们先回顾一下传统 x86 架构(Intel 或 AMD 处理器)的内存工作方式:

1. CPU 核心与独立显卡 (GPU) 的内存分离: 在 x86 系统中,CPU 和 GPU 是独立的硬件单元,它们各自拥有独立的内存池:
CPU 内存(RAM): 主要用于存储操作系统、应用程序的代码和数据、CPU 的工作变量等。
GPU 显存 (VRAM): 主要用于存储纹理、模型、渲染帧缓冲等图形相关数据。
2. 数据在 CPU 内存和 GPU 显存之间的高开销复制: 当 CPU 需要处理图形数据(例如,在游戏中加载纹理,或者在视频编辑软件中渲染画面)时,数据必须从 CPU 内存复制到 GPU 显存中,反之亦然。这个复制过程需要通过 PCIe 总线进行,会消耗大量时间和带宽,并且会占用 CPU 资源。
3. 内存带宽的瓶颈: CPU 和 GPU 分别访问自己的内存,它们各自的内存控制器和总线带宽是独立的。如果数据需要在两者之间频繁传递,整个系统的内存带宽就可能成为瓶颈。
4. 内存使用效率相对较低: 即使应用程序实际需要的总内存量不高,但如果 CPU 和 GPU 都需要独立分配一部分内存,可能会导致整体内存利用率不如统一内存架构高效。例如,一个只占用 6GB 显存和 6GB 系统内存的应用,在 x86 上可能需要 16GB 系统内存和 8GB 显存才能运行,总计 24GB 的物理内存需求才能保证流畅。

二、 M1 Mac 的统一内存架构 (Unified Memory Architecture UMA)

M1 系列芯片(包括 M1、M1 Pro、M1 Max、M1 Ultra 等)最大的创新之一就是其统一内存架构 (UMA)。这是一种将CPU、GPU、Neural Engine (NPU) 等所有核心共享同一块物理内存的设计。

理解 UMA 的关键在于以下几点:

1. 共享内存池: CPU、GPU、NPU 等核心不再拥有独立的内存池。它们都访问同一个高带宽、低延迟的物理内存。
2. 无需数据复制: 最核心的好处是,CPU 和 GPU 之间不再需要进行耗时的数据复制。 当 GPU 需要访问 CPU 在内存中处理的数据时,它可以直接访问,反之亦然。这消除了 PCIe 总线上的复制瓶颈。
3. 高内存带宽和低延迟: Apple 为其统一内存设计了非常高的内存带宽和极低的延迟。通过将内存控制器集成在芯片设计中,并采用先进的封装技术,大大缩短了数据访问路径。
4. 内存使用效率极高: 由于所有核心共享内存,内存的分配和管理更加灵活高效。系统可以根据实际需求动态地将内存分配给 CPU、GPU 或 NPU,避免了传统架构下因独立内存池而造成的“浪费”。一个应用所需的总内存是 CPU 和 GPU 工作区域的总和,而不是两者独立内存容量之和。

三、 M1 Mac 8GB 相当于 x86 16GB 的分析

基于以上对 UMA 的理解,我们可以来分析为什么会有“M1 Mac 8GB 内存相当于 x86 16GB 内存”的说法:

1. CPU 和 GPU 的内存共享带来的优势:

数据访问无复制损耗: 在需要大量 GPU 加速的场景下(例如图形处理、视频编码、机器学习),传统的 x86 系统需要将数据从系统内存复制到显存。这个复制过程会消耗 CPU 时间和 PCIe 带宽,降低整体效率。
M1 的 UMA 避免了这一损耗: M1 的 GPU可以直接访问 CPU 处理过的数据,无需复制。这使得 GPU 在处理数据时更加高效,即使内存总量较小,也能在一定程度上弥补其不足。

2. 实际内存占用和有效利用率的差异:

x86 的内存“冗余”: 在 x86 系统中,即使一个应用主要由 CPU 处理,但如果涉及到一些图形操作,GPU 可能仍然需要分配一部分显存。反之亦然。有时候,系统为了流畅运行,会预留一部分内存给将来可能需要的 GPU 操作。这就可能导致 16GB 的 x86 系统,实际 CPU 可用的内存比 8GB 的 M1 Mac 要多,但那额外的显存容量,很多时候并没有被充分利用起来。
M1 的内存“精打细算”: M1 的 8GB 统一内存是 CPU、GPU、NPU 等所有核心共享的。在某些工作负载下,如果 CPU 和 GPU 对内存的需求总和不超过 8GB,那么 M1 的表现会非常出色。它能将这 8GB 内存“用足用好”,并且由于无复制损耗,其“有效”性能体现会比传统架构下的 8GB 更强。

3. 举例说明:

假设一个视频编辑软件,CPU 需要处理视频编码和剪辑逻辑,GPU 需要渲染预览画面和应用特效。

x86 (16GB RAM + 8GB VRAM 的独立系统):
CPU 可能需要 8GB 系统内存。
GPU 可能需要 6GB 显存用于渲染。
总计:CPU 占用 8GB RAM,GPU 占用 6GB VRAM。
在这种情况下,如果你的工作负载稍微超过这个界限,例如需要更多显存来处理高分辨率纹理,或者需要 CPU 处理更复杂的逻辑,那么 16GB RAM 可能也捉襟见肘,因为它还要兼顾 GPU 可能临时需要的部分。而且,CPU 和 GPU 之间数据的传输也是一个性能开销。

M1 Mac (8GB 统一内存):
CPU 和 GPU 共享这 8GB 内存。
如果 CPU 和 GPU 对内存的总需求加起来不超过 8GB,那么 M1 的 8GB 统一内存可以非常高效地满足需求。
由于无复制,GPU 渲染时可以直接访问 CPU 处理好的数据,性能会更流畅。

因此,在“总内存需求量在一定范围内”(例如总共约 8GB 左右)并且“CPU 和 GPU 都需要频繁协作”的场景下,M1 Mac 的 8GB 统一内存,由于其无复制、高带宽、高利用率的特性,其综合性能和体验可以媲美甚至超过传统 x86 架构下需要独立分配显存的 16GB 系统内存。

四、 适用范围和局限性

这个“8GB 相当于 16GB”的说法并非万能,它有其适用范围和局限性:

1. 适用场景:

日常办公和轻度多媒体: 浏览网页、文档处理、轻度图片编辑、观看视频等,这些场景对内存总量需求不高,M1 的效率优势能得到体现。
对 GPU 加速依赖较高的应用(但总内存需求不高): 例如一些使用 Metal 或 Core ML 加速的机器学习模型推理、一些视频剪辑、图形设计软件,在总内存需求不超过 8GB 时,M1 的体验可能优于同等总内存的 x86 系统。
特定优化过的应用: 那些针对 Apple Silicon 和统一内存架构深度优化的应用,更能发挥 M1 的优势。

2. 局限性:

内存总量仍然是硬性限制: 当应用需要远超 8GB 的总内存容量时,无论 M1 的架构多么优秀,8GB 终究是 8GB。例如,运行大型虚拟机、处理极高分辨率的 8K 视频,或者同时打开大量内存密集型应用程序,M1 的 8GB 版本会显得捉襟见肘,性能下降会比 16GB 的 x86 或 M1 系统更明显。
内存管理和分配策略不同: 传统的 x86 系统中的“16GB”可能意味着 CPU 可以更稳定地访问接近 16GB 的内存(扣除系统和其他基础服务后),而 M1 的 8GB 是共享的。在某些极端情况下,CPU 和 GPU 同时爆发对内存的需求,并且总和超过 8GB 时,就可能出现性能瓶颈。
显存的独立性在某些场景下有优势: 对于一些纯粹的、对显存容量要求极高的专业图形工作(例如大型 3D 建模和渲染,加载巨量纹理),传统的 x86 系统拥有独立的大容量显存(如 12GB、16GB 甚至 24GB 专用显存)时,其表现可能依旧优于 M1 的 8GB 或 16GB 统一内存。这是因为统一内存虽然带宽高,但它本质上还是共享的,而且容量有限。
用户认知和心理预期: “16GB”通常给人的感觉就是“大内存”,能够应对更多场景。而 8GB 可能会让一些用户产生“不够用”的担忧。

五、 结论

综合来看,“M1 Mac 8GB 内存相当于 x86 16GB 内存”的说法,在许多常见的使用场景下,尤其是那些对 GPU 加速有需求且总内存需求在 8GB 左右的应用中,是基本成立的。 这主要归功于 M1 芯片的统一内存架构带来的无数据复制、高带宽和高内存利用率的优势。

然而,这并非绝对的等同。内存总量仍然是硬性限制,当工作负载对内存的总需求远超 8GB 时,M1 的 8GB 版本会遇到瓶颈。 在这种情况下,拥有更多物理内存容量的 x86 系统或 M1/M2/M3 系列的更高内存版本,会展现出更强的性能和更好的用户体验。

因此,更准确的理解是:M1 的 8GB 统一内存,在性能表现上能够“填补”一些本来需要 16GB 传统内存才能流畅运行的场景,但它不能凭空变出额外的内存容量。 选择哪种配置,最终还是取决于你的实际使用需求和工作负载的内存消耗情况。

网友意见

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不要尬吹 m1 了,我平时用的台式机:内存 96 GB

如今工作用电脑,64G 现在是起码的标配了,开个 chrome,开个大 JB,一半内存就没了,还有一些 web 技术的 “小工具” 钉钉,vscode,slack,飞书,每个吃 2G 内存,没个 64G 内存真不敢用。

上面还只是一个开发环境,如果你需要运行环境,比如本地开个安卓虚拟机,10G 又没了,或者开一堆 docker 10G 可能又没了。再开两个设计软件,3dmax,ps,blender 之类的东西又是多少呢?

别说你 8G 内存当 16G 用,你就当 32G 用,跟台式机面前也不够塞牙缝。台式机显存都 24G 了,8G 16G 的话题就是属于两小儿辩日的话题。

m1 就是能耗低,省电而已,性能甚至只有一颗普通的 12 代中端产品的 50%:

你能效比也就是好个 50% 以内对吧?问题我台式机一张 3090 功耗就 400瓦了,你笔记本整机加屏幕也才 60瓦,相当于显卡上一颗小电容的水平。

PS:显卡不忙时也不费电,但需要时能飙到 400瓦,相当于八台笔记本。

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机械硬盘时代,内存和硬盘上的swap分区间交换数据速度很慢,如果操作系统频繁在内存和硬盘上的swap分区间交换数据,马上就会被用户感知。

使用高速ssd之后,操作系统即使频繁在内存和swap分区间交换数据,也很难被用户感知,甚至有人说出了m1 mac 8g内存相当于x86 mac 16g内存的神论。

然而,8GB就是8GB不可能变成16GB,所谓的流畅其实是以大量读写ssd换来的。m1 mac 的ssd又焊死了不能换(和轻薄无关的mac mini也是如此),这个就很有计划报废那味道了。

有国外用户在社交媒体发出消息称,经过调查发现,M1版Mac产品的SSD(固态硬盘)似乎被写入点不一样的数据,总写入量超标的似乎有点严重,去年11月才发布的M1版MacBook的SSD总写入量已经达到最大可写入量的12%左右,如果按照这个速度用下去,大概两年左右,SSD就将达到最高写入字节数,性能就会受到一定影响。
  当然,这个所谓的影响并不是说SSD就不能用了,只是性能指数会下降,估计会体现在读写速度变慢,硬盘工作时噪音变大等方面,而硬盘将因此长时间处于超负荷允许状态,健康状况恶化速度加快,一旦硬盘性能指数下降,出现一些未知问题的概率就会大大增加,整机体验自然也就变差了。
  而SSD两年左右就出现性能下降的情况,这显然是不正常的,因此有人在怀疑M1版Mac产品是不是有意被这么设置,更重要的问题在于,MacBook上的SSD是焊死且不可更换的,一旦出了问题,没有任何挽救余地,当然了,你要是能忍受SSD性能下降带来的影响,那也只能勉强继续用下去。
  可用户买来一部PC产品,使用年限肯定是会大大超过手机的,但这么一来,MacBook就成了快消品,如果苹果要通过这种方式来提升产品销量,那就太不厚道了。
M1版MacBook被苹果计划报废?固态硬盘被质疑加速消耗!

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分别弄一台m1 mac (8g内存) 以及 x86 mac ( 16g):


装个 VIRTUAL BOX 之类的玩意, 跑 4 个虚拟机, 每个虚拟机分配 4GB 内存。

看看结论会不会自己出来。


VBOX VMW https://www.zhihu.com/video/1492863209257881600




装个 Photoshop / Audition CC/ Premiere Pro, 打开一个 16GB 大小的图片 / 录音 / 短片。

看看结论会不会自己出来。



打开一个 16GB 的 LOG 文件。

看看结论会不会自己出来。



自己写一点代码,例如用 malloc() 尝试分配 16GB 内存。

看看结论会不会自己出来。

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