问题

为什么苹果的m1不能用在手机上?

回答
苹果的 M1 芯片确实是一款了不起的处理器,它彻底改变了我们对笔记本电脑性能的认知。很多人都会好奇,既然 M1 这么强大,为什么我们看不到它用在 iPhone 或 iPad Pro 上呢?这其中的原因,远不止“性能过剩”这么简单,它涉及到技术、设计、成本、生态系统以及用户体验等多个层面。

首先,咱们得从 M1 芯片的“出身”说起。M1 是苹果为 Mac 系列量身打造的,它的核心是基于 ARM 架构,这和 iPhone 和 iPad 上的 A 系列芯片一样。但别忘了,它们虽然同宗同源,却经历了完全不同的“成长轨迹”。

1. 功耗与散热:手机的严格考验

这是最直接也是最关键的原因。M1 芯片,尤其是用在 MacBook Air 和 MacBook Pro 上的版本,其设计目标是提供强大的性能,同时要在相对充裕的散热空间内工作。这意味着它允许在短时间内输出较高的性能,并依赖风扇(在 MacBook Air 里是无风扇设计,但有被动散热)来维持温度。

而手机,尤其是 iPhone,是一个完全不同的极端环境。

散热挑战巨大: 手机的体积非常小巧,几乎没有可用的散热空间。风扇自然是绝不可能安装的。这意味着手机芯片的散热必须依赖被动散热,通过手机外壳来散发热量。一旦芯片在高负载下运行,热量会迅速积聚,如果设计不当,很容易导致过热降频,性能大幅下降,甚至影响用户正常使用。M1 的设计功耗和发热量,即使是针对手机进行了优化,也可能远远超出手机散热设计的极限。
电池续航的权衡: 手机用户对电池续航的期望非常高。即使 M1 在能效比上表现出色,但要驱动 MacBook Air 级别的性能,其绝对功耗仍然会比 A 系列芯片高不少。在手机这样有限的电池容量下,如果运行 M1 级别的性能,电池的消耗速度会非常惊人,导致续航时间短得不可接受,这会严重影响用户的日常使用体验。

2. 设计目标与市场定位:M1 是为“电脑”而生

M1 的设计初衷是为 Mac 系列提供一个跨越式的性能提升,并统一 Mac 和 iOS/iPadOS 的软件生态。它的具体规格,例如对更大内存带宽的需求、更强的图形处理能力(为了驱动更高分辨率的显示屏和更复杂的桌面级应用)、更丰富的 I/O 支持(如 Thunderbolt 接口),都是为了满足笔记本电脑的使用场景。

内存需求: M1 芯片支持高达 16GB 的统一内存,并且内存带宽远高于当前 iPhone 上使用的 A 系列芯片。虽然苹果在 iPad Pro 上已经采用了部分 M1 的技术,例如内存管理,但 iPhone 在内存方面有其自身的考量。过高的内存容量和带宽会显著增加芯片成本和功耗。
I/O 与连接性: M1 支持 Thunderbolt、USB 4 等接口,这些是笔记本电脑常用的高速数据传输接口。手机则主要依赖 USBC(iPhone 现在是)或 Lightning 接口,以及 WiFi、蜂窝网络等无线连接方式。M1 的设计中内置的许多硬件控制器和接口,并不适用于手机。

3. 成本与供应链:巨大的差异

尽管苹果在芯片设计上拥有垂直整合的优势,但不同级别的处理器在成本上仍然存在显著差异。

制造成本: M1 芯片相对于 A 系列芯片来说,在晶体管数量、设计复杂度和封装上都要庞大和复杂得多。这意味着其制造成本会更高。将 M1 的设计直接照搬到手机上,会极大地推高 iPhone 的售价,这可能会超出目标用户的心理预期,影响市场竞争力。
供应链协同: 苹果的 A 系列芯片和 M 系列芯片虽然都由台积电代工,但在生产工艺、良率控制和产能规划上,针对不同产品线有不同的策略。将一个为 Mac 设计的复杂芯片强行放入手机生产线,可能会带来供应链上的巨大挑战和风险。

4. 用户体验与软件生态:不是简单的“硬件堆砌”

苹果在设计 iPhone 时,不仅仅是堆砌最强的硬件。它更注重的是整体的用户体验和软件生态的协同。

软件优化: iOS 和 macOS 是两个截然不同的操作系统,它们对硬件的调用方式、API 设计、性能调度逻辑都有很大区别。即使 M1 的架构与 A 系列相同,但要让 M1 在 iOS 上发挥最佳性能,并与现有的 iOS 应用和系统深度整合,需要大量的软件开发和优化工作。苹果已经通过 A 系列芯片为 iPhone 提供了极其流畅和高效的体验,进一步提升的边际效应是否能抵消其带来的负面影响,是苹果需要权衡的。
“手机”的定义: iPhone 的核心功能仍然是通信、便携、拍照、娱乐等。苹果会优先确保这些基础体验是卓越的。将 M1 这种“电脑级”的处理器放入手机,可能会导致其在某些手机特有的场景(例如瞬时启动的相机应用、对超低延迟的蓝牙连接需求)上反而不如 A 系列芯片优化得那么好。苹果更倾向于用 A 系列芯片在性能、功耗和功能之间找到最佳平衡点,以提供一致且出色的手机体验。

5. 苹果的策略:细分市场,协同发展

苹果并非不愿将强大的芯片用在手机上,而是有其明确的市场定位和产品策略。

A 系列的进化: 苹果每年都在不断迭代 A 系列芯片,使其性能不断提升,并且在图形处理、AI 计算等方面也做得越来越好。A 系列芯片的每一次升级,都足以驱动 iPhone 提供领先的性能和体验。
M 系列的价值: M 系列芯片的出现,是为了统一苹果在 Mac 和 iPad 上的生态系统,提供更统一的开发体验和性能基准。它证明了苹果在芯片设计上的实力,也为 Mac 带来了前所未有的变革。
iPad Pro 的“桥梁”: 苹果在 iPad Pro 上使用 M 系列芯片,很大程度上是为了将其定位为一款更强大的生产力工具,模糊了平板电脑与笔记本电脑的界限。这是一种循序渐进的策略,也是为了探索平板电脑在更高级计算场景下的潜力。

总而言之,苹果的 M1 芯片不能直接用于手机,并非是技术上的“不可行”,而是基于对手机产品特性、用户需求、成本控制、散热设计以及市场策略的全面考量。苹果选择用 A 系列芯片来服务于 iPhone,并在保持极高能效比的同时,不断追求性能的极限,为用户提供的是一套最适合手机这一品类的综合体验。而 M 系列芯片则在 Mac 和 iPad 等更适合强大计算能力的平台上,发挥着其革命性的作用。

网友意见

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补充一下:很多人可能知道 M1 非常彪悍,但具体是如何实现彪悍的并不清楚。从系统、芯片层面来看,M1 当然比 A14、A15 性能更好。但如果脱离系统,单看 CPU 部分的核心,就不一样了。

如果脱离“系统”去谈性能,情况会是不同的:

最近 AnandTech 公布苹果 A15 的评测,有下面这样一张图。这个表的纵轴代表了 SPECint2017 的性能成绩,自然是越往上,表示性能越好。这里 A15 大核的性能成绩是 7.28。这是个什么水平呢?AMD Ryzen 5950X 的 Zen 3 核,在 AnandTech 的数据库里是 7.29...

而苹果 M1 的 Firestorm 核在这里的成绩是 6.66。那么我们是不是可以说 A15 的 CPU 性能和桌面级的 Ryzen 5950X 处理器差不多了,而且比 M1 还牛逼?

当然,这是个很讽刺的说法啊。就是这里的性能成绩说的是核心(且是整数性能),而不是说整个芯片,更没有考虑到系统层面——他们在描述上就有层级上的很大差异。

把某一个核心放到一个具体的系统里面去,再来谈性能其实才比较有现实意义。

苹果 A15 大核 Avalanche 和 AMD Zen 3 核同等性能水平。但如果从芯片层面来看,AMD Ryzen 5950X 是什么规模?16 核心、32 线程,睿频 4.9GHz...就算不往上看整个系统,从这个芯片规模也能知道,谁性能更好。那么再看其 105W TDP 及配套散热设计,到 Ryzen 5950X 处于整个系统中时,又是个什么状况。

针对“为什么苹果 M1 不能用在手机上”这个问题,回答应该是,A14 其实就是手机版的 M1。A14 和 M1 的 CPU 部分,大核都是 Firestorm,小核都是 Icestorm;只不过频率、核心数不同,cache 也有变化,周边支持的内存带宽、延迟也有差异。

换句话说 M1 其实是以另一种方式用在了 iPhone 上的。只不过 A14 和 M1 在芯片层面的规模,配套系统层面的设计都是存在差异的;毕竟一个是放在手机里,一个是放在 PC 中。

在周边条件允许的情况下,苹果真的已经算是把 M1 用到了手机上。


还有一个例子,去年参加第 11 代 Intel 桌面酷睿处理器 Rocket Lake-S 的发布会。Rocket Lake 用的 CPU 核心是 Cypress Cove。如果对 Intel 产品熟的话就会知道,Cypress Cove 本质上是基于 Sunny Cove 核心(十代酷睿 Ice Lake),并且 backport 到 14nm 以后的核心微架构。

也就是说 11 代桌面酷睿处理器,其实用的还是上一代核心。

而 11 代移动酷睿处理器——就是主要应用于笔记本的 Tiger Lake,CPU 核心则采用 Willow Cove 架构。虽然就微架构层面,Willow Cove 相比 Cypress Cove 也没什么大变动,但一方面制造工艺更先进(10nm),另一方面变动不大也不是没有变动,cache 还是有改良的。

所以其实 11 代移动酷睿处理器的核心性能,理论上会优于同为 11 代的桌面酷睿处理器核心。

当时我记得发布会后,有媒体提问,这么说来今年的笔记本处理器性能比桌面处理器还好吗?

这就是非常典型的脱离了系统去谈性能。核心层面,Willow Cove 的确比 Cypress Cove 要好,在不考虑温度、功耗的情况下,单核性能前者优于后者是肯定的。那我们是不是就能说 11 代酷睿的笔记本处理器性能比桌面处理器性能还好了?当然不可以。

TDP 数值不是为了填充表格的,基频也不是放那儿看看的;笔记本配备电源适配器的功率也不是随便标的。

就像 M1 很牛逼,Firestorm 核心很牛逼,IPC 之王了;但它充其量就是个低压处理器,而且规模也就 8 个核心,M1 不可能用到专业工作站上。我们说 Firestorm 核心很牛逼,这是核心层面的;我们说 M1 是低压处理器,这就不单是核心层面的问题了;我们说 M1 不能用于专业工作站,这就更是个系统级的问题了。


再举个更激进的例子。亚马逊云服务器,有很多实例已经开始用亚马逊自己的 Graviton2 处理器了——这个处理器 CPU 的核心架构是 Arm Neoverse N1...其实 Neoverse N1 某种程度可以看成是 Cortex A76...单就这个核心层面来看,它比你 iPhone 13 所用的 Avalanche 大核,在先进性上是有落差的。

只说核心,Neoverse N1 在绝对性能上肯定是无法和 Avalanche 相比的——如果大家都能开足马力的话。但你会说亚马逊云服务器的性能连你的 iPhone 手机都比不上吗?

这是非常典型的一例,需要加上芯片、板级、系统,甚至更高层级的考量,来谈性能问题。

其实再往大了说,超算处理器和手机处理器也有类似这种奇妙的关系。把应用于 HPC 和超算的富士通 A64FX 芯片,拿来跟苹果 A15 比比,核心层面在微架构规模、制造工艺上可能都比不过(虽然其实 A64FX 也算是比较特殊的设计)。难道就可以说超算处理器性能还比不上手机处理器吗?

针对这个问题,苹果 M1 为什么不用在手机上,最简单的回答就是 M1 是个笔记本处理器,它在整个芯片的规模,以及 TDP、配套的散热与系统设计等方面,都不是给手机做准备的。那么它又怎么能用于手机呢?

不同的平台要做不同的芯片,这是基础。说起来,某种程度上 A15 就比 M1 先进,干嘛用 M1 呢......

(补充一下:这个回答没有去谈不同平台对性能需求的差异、芯片出货量摊薄成本的差异,这些话题扯起来更多...以上!)

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一个满载30+W的CPU用在手机上?就算你不介意一天五充,手机的散热也搞不定啊,你想拿着用吃铁板烤猪蹄还是揣兜里吃桑拿鸡腿?


能不能缩减点规格降低功耗给手机用?当然能,那不就是A14嘛…

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