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。

請看「陳華夫專欄」─科技與智慧─系列文章：
（
電動汽車世界爭霸啟示錄之（1）─科技與智慧（1）
什麼是「耳機主動式」降噪？─科技智慧（2）
從打「高爾夫球」看「人工智慧」與人類學習之差異─科技智慧（3）
臉書、Line、youbube、方格子等數位平台的差異與經營之道（修訂版）─科技智慧（4）
AI「深度學習」的缺陷及我親身的補正？─科技智慧（5）
美中彈道導彈之異地異時攻擊的衛星太空爭霸錄─科技與智慧（6）
「斜槓族」、「兩棲青年」、與「空巢青年」的人生─科技與智慧（7）
何謂量子晶片？美中「量子科技」爭霸錄─科技與智慧（8）
「模式識別」本質上是「腦筋單槓」─科技與智慧（9）
「模式識別」─我40年的鍛鍊腦力的秘笈─「腦筋拉單槓」─科技與智慧（10）
諾貝爾獎的教育反思─「自學」與「學校教育」─科技與智慧（11）
璀璨的諾貝爾獎「拍賣理論」之評估「台股上市股票交易」與「5G頻段招標」─科技與智慧（12）
馬雲通過「合夥人制」及「有限合夥制」實際控制阿里巴巴及螞蟻集團─科技與智慧（13）
6G太赫茲(THz)通訊技術─科技與智慧（14）
蘋果新款「M1晶片」之AI晶片爭霸戰─科技與智慧（15）
第三代半導體的手機明星配件─「超小型65W GaN(氮化鎵)快速充電器」─科技智慧（16）
什麼是「人造太陽」（可控核聚變（融合））─科技與智慧（17）
AZ及強生腺病毒疫苗造成血拴之主要機轉─科技與智慧（18）
什麼是「快速光介質」隱身斗篷─科技與智慧（19）
「碳基晶片」及「奈米碳管」世界爭霸錄─科技與智慧（20）
電動汽車世界爭霸啟示錄之（2）─科技與智慧（21）
臺灣老人拒打AZ疫苗的背後真相─科技與智慧（22）
施打何種疫苗對新冠變種毒株有效？─科技與智慧（23）
警惕「網路工程師」職場的陷阱─科技與智慧（24）
WHO所批准的七種新冠（COVID-19)疫苗─科技與智慧（25）
台積電可能造成臺灣「荷蘭病」之真相─「科技與智慧」（26）
美遭「勒索軟件」勒贖5百萬美元的本質及正確處理的真相─科技與智慧（27）
美國最大油管商付贖金440萬美元的深刻教訓─科技與智慧（28）
血氧濃度降低是戴口罩運動猝死的真相─科技與智慧（29）
誰適合唸「理工科」？─替臺灣產學合作之「半導體學院」把脈─科技與智慧（30）
電動汽車世界爭霸啟示錄（II）─科技與智慧（31）
中美博奕大戰略之中美尖端高科技爭霸的真相─科技與智慧（32）
智慧舒適的側睡治打鼾─科技與智慧（33）
）

面對10奈米技術難產，Intel主打CPU、記憶體與軟體統合戰