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蘋果新款「M1晶片」之AI晶片爭霸戰─科技與智慧（15）

作者：陳華夫

蘋果自行研發、5奈米製程的新款M1晶片是一種SoC系統單晶片，通常先進的SoC單晶片系統都包含各類型的微處理器，如（1）CPU「中央處理器」（Central Processing Unit）：CPU的結構主要包括運算器、控制單元、寄存器、快取記憶體器、和資料匯流排；（2）GPU 「圖形處理器」（Graphics Processing Unit）： GPU的構成相對簡單，有眾多的計算單元和超長的流水線，特別適合處理大量的類型統一的資料。但GPU必須在CPU的控制下，才能工作，其性能或能耗優於CPU約100倍；（3）NPU「經網路處理器」（Neural network Processing Unit）：它以電路模擬人類的神經元和突觸結構，進行計算。NPU的典型代表有中國的「寒武紀晶片」和IBM的TrueNorth。通常NPU性能優於x86指令集的CPU約100倍。

蘋果新款M1晶片可用於13吋MacBook Pro、MacBook Air和Mac mini，比MAC上一代機型的8核心CPU的速度，最快達 3.5 倍，並且配備最多達8核心GPU，繪圖處理速度最快達5倍。其GPU性能優於一般筆電上的Nvidia GeForce GTX 1050 Ti顯示卡及AMD Radeon RX 560顯示卡。不過，M1晶片在GPU設計上仍然保密，蘋果聲稱M1的8核GPU，可提供計算能力是2.6 TFLOPs（1 teraFLOPs = 每秒一兆（10的12次方）次的浮點運算）。

蘋果藉由多年 ARM 移動式處理器經驗與發展下，集成許多傳統 x86 處理其無法達成核心整合，例如神經網路引擎 （Neural Engine）、NPU、Apple T2 安全控制晶片，在 HEVC 解碼/編碼器、SSD主控及加密全直接調用 T2 晶片，當成系統第二顆加速處理晶片。

蘋果自行研發、5奈米製程的 M1晶片，是顛覆電腦革命性產品，將成為未來 ARM 業界的標竿。M1晶片以ARM架構為基礎，對開發者來說，需將原先架構在英特爾 x86 的應用程式，轉譯成適用 於ARM 的架構，這將造成蘋果全球設備管理市場的大洗牌。蘋果將原本搭載英特爾處理器的 「Mac 電腦」換成上了M1 晶片後，就可讓原本醫療業者在 iPad 才能使用的輔助診斷系統、金融業的業務管理程式，及製造業的物料追蹤系統等，都可在 「Mac 電腦」上原生執行，不需額外開發。「Mac 電腦」還增加了人工智慧、機器學習等有未來性的技術，同時保障企業設備最基本的資安需求。

蘋果公司的標語說，M1晶片是「小小晶片，卻是巨大的飛躍」，從某個程度上講，是指Intel（英特爾）架構改為ARM（安謀）架構的「飛躍」。蘋果在1994年，先是以IBM的PowerPC處理器，取代原本使用的摩托羅拉(Motorola)的68000處理器，是在2006年初，才開始採用英特爾x86處理器。英特爾展誠意，於2005年，在其奧勒岡州工廠內，設立「Apple Group」。
但之後，兩家公司漸行漸遠。蘋果在2018年推出的採用A12X Bionic處理器的iPad Pro時，就刻意宣稱其效能已不輸一般筆電。而壓倒「蘋果─英特爾合作」的最後一根稻草是：英特爾近年來，10奈米技術難產，嚴重影響了蘋果新「Mac 電腦」上市的時程。

不少筆電業者認為，在ARM「Mac 電腦」登場後，最大受惠者就是已通吃蘋果大單的台積電，因為蘋果Mac的訂單是新增且逐年成長的訂單，若蘋果M1晶片能順暢銷售，台積電接下來還有GPU，以及AI、車用、IoT、資料中心等龐大晶片訂單。

蘋果M1晶片最大的衝擊就突破英特爾x86架構長年壟斷電腦的處理器，受創最深的自然是英特爾，除已預見2年後蘋果PC訂單歸零，全球PC平台市佔將大減7%外，日後蘋果再擴大進入伺服器或是物聯網平台等領域，更將成為英特爾在處理器領域最大的競爭者。

另外，蘋果M1晶片的「飛躍」也意外的讓高通、聯發科、NVIDIA及三星電子等ARM筆電與英特爾x86筆電的激烈競爭，起死回生；因為ARM 筆電早於2012年底便現身市場，微軟Windows作業系統正在增加原生支援ARM-based晶片的運算架構，初期合作夥伴就包括高通、NVIDIA與德儀(TI)等晶片廠，但由於Windows市集應用程式不夠完備，軟體支援生態圈遠不及英特爾x86架構平台，最終失敗退場。如今在蘋果M1晶片的引領下，ARM筆電可望起死回生。

英國《金融時報》2020/11/19日報導，蘋果最新發布的Mac電腦配備定製M1晶片，結束其依賴英特爾晶片的時代。這突顯出定製晶片是科技巨頭獲得競爭優勢的最快途徑。一台搭載新款M1晶片的MacBook Pro據說充一次電就能播放20小時的視頻，兩倍於一款採用英特爾處理器的同等電腦。
而類似蘋果M1晶片的AI（人工智慧）晶片，已成為全球科技大廠的研發的趨勢，谷歌的AI晶片研發要依靠高通的晶片基本技術，微軟為其一款Surface平板電腦研製的SQ2晶片也是與高通(Qualcomm)「共同設計」的。特斯拉正在研發全自動駕駛的汽車之AI晶片，僅用AI來分析來自汽車攝像頭的圖像。阿里巴巴去年展示了用於物聯網、基於開源的RISC-V架構的AI晶片，不需安謀(ARM)授權。

結論：
蘋果自行研發的5奈米製程M1晶片是Intel（英特爾）架構改為ARM（安謀）架構的「飛躍」，突破了英特爾x86架構電腦的長年壟斷，讓高通、聯發科、NVIDIA與三星電子等ARM架構筆電起死回生。而類似蘋果M1晶片的AI（人工智慧）晶片，已成為全球科技大廠的研發的趨勢，AI晶片的爭霸戰正方興未艾。

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