苹果M1性能爆表！这次macOS能挑战Windows吗
苹果发布了使用了arm架构m1处理器的macbook，其惊人的能效表现，以及深度和移动平台融合的生态，给人留下了深刻的印象。
m1处理器打破了很多人arm性能羸弱的固有印象，而macos和m1的契合度，更是令人惊叹连连——m1这颗arm处理器，通过macos 11中rosetta 2转译层运行x86软件，很多时候竟然比intel高端处理器原生运行x86软件更快！
macos 11兼容arm芯片，从另一维度挑战windows
苹果m1的出彩，是出乎很多人的意料的。特别是对比微软在arm领域的步履蹒跚，更凸显出苹果新产品的不可思议。
要知道，微软早在2012年，就推出了使用arm处理器的surface平板，并为之配备了转制的windows rt系统；最近，微软更是力推使用骁龙arm处理器的surface pro x平板，其上搭载的是兼容x86软件的windows 10 on arm。
微软早已经涉足arm领域，推出了基于arm的windows平板，但表现不尽如人意
然而，微软的arm产品实际表现却令人失望。初代surface上的windows rt无法兼容x86软件，而windows 10 on arm则无法运行64位软件，且使用x86软件时性能极其低下。和m1以及macos 11相比，表现有云泥之别。
微软借助wintel联盟，统治了桌面市场三十年。苹果macos凭借m1这颗表现惊人的arm芯片，能否挑战windows？今天一起来谈谈这个话题吧。
m1芯片为何能有如此高性能？
windows的成功，和x86处理器在性能上的强势是密不可分的。业界有一个很著名的说法，叫“安迪-比尔”定律，安迪指的是intel前ceo安迪·格鲁夫，比尔则是大家都熟悉的微软创始人比尔·盖茨。这个定律的主要内容，就是安迪提供什么，比尔就会拿走什么，意思是intel为代表的x86处理器提供的性能，都会被windows为代表的软件吃掉。
虽然这个定律很有吐槽软件吃性能的意味，但也肯定了x86处理器的性能表现。而现在，m1这颗arm处理器，在轻薄笔记本的使用环境下，性能大大压过了x86处理器一头，这到底是怎么做到的呢？这和m1处理器的诸多特性是密不可分的。
·工艺。得益于多年和台积电的密切合作，苹果m1处理器得以用上了最先进的5nm工艺，先进的工艺带来了能效方面的先天优势。而m1的设计也是和台积电的工艺特点相契合的，对比intel，台积电的工艺并不追求高频率，而m1的架构则主攻高ipc，并不需要高频，双方共同铸造出了m1芯片的极高能效。
m1芯片使用了与之特性相契合的先进工艺
·规模。受益于5nm工艺，m1芯片得以在有限的面积中，集成不亚于x86处理器规模的晶体管。m1处理器包含8个cpu核心，芯片面积为119mm²，集成了160亿个晶体管；作为对比，当前桌面*处理器amd zen 3中的一个ccd同样包含8个cpu核心，面积为80.7mm²，集成41.5个晶体管。
考虑到m1还封装了gpu、ram等其他模块，事实上双方在cpu单元部分，规模已经是并驾齐驱。
·架构。m1的cpu架构设计是非常激进的。举个例子，根据外媒anandtech推测出来的架构图，m1拥有8解码超宽架构的大核心，这是一个非常夸张的规模——*x86处理器只做到了4解码。
而在alu单元、fpu单元的数量配置上，m1对比当前的x86处理器也有优势。
尽管受限于工艺以及架构特点（超宽架构、短流水线），m1的频率并不高，但ipc却超过了许多*的x86处理器。
m1的大核心架构设计非常激进，x86处理器没有这么多路前端解码
·专用电路。很多朋友都看过m1版macbook的剪片演示，新macbook在视频剪辑的速度上，居然远胜于售价高好几倍imac pro，小小的甚至不需要风扇散热的m1芯片，表现更胜于i9处理器。
这其实在很大程度上，得益于m1芯片集成的专用电路。
很多需要算力的特定功能，在m1中都有专用电路实现
专用电路这个名词听起来，似乎有点陌生，但其实如果你关注挖矿，就知道这是什么意思了。
在挖矿领域，cpu速度远不如gpu，而gpu又远不如asic矿机，这是因为asic芯片是专为挖矿算法定制的专用电路。
在m1芯片中，也存在诸多这样的专用电路，它们能为视频编码解码、机器学习、图像处理、数据加密等计算提供硬件加速，结合macos 11专为其打造的api，一些生产力任务能够前所未有地高效运行。
·片上互联。这又是m1芯片的一大杀手锏。在传统的pc硬件架构中，内存、gpu、cpu等部件，需要经由主板相关总线来传输数据，而m1芯片则将这些部件进行了soc化，将其集成到了同一块芯片当中。相比传统做法，m1芯片能极大程度地提升数据传输的速度，性能得到了系统性的提升。
macos可以凭借m1芯片挑战windows吗
m1芯片结合macos 11，表现令很多人眼前一亮。对比windows在arm领域的坎坷进军，苹果这套组合拳更显得出类拔萃。那么问题来了，在这个arm愈发强势的时代，macos能否凭借m1这颗*的arm芯片，挑战windows以及x86体系？恐怕依然是不行的。
首先来说说硬件方面。
上文提到了m1芯片性能强大的秘密，但这是否意味着它就可以挑战x86处理器？x86处理器之所以没有使用m1这样的激进架构设计，是有很多现实方面的原因的。
首先，和arm相比，x86背负着更沉重的历史兼容问题。虽然当前的x86处理器本质上也是将复杂指令拆分为简单指令进行解码，但x86指令的长度并不固定（变长指令），不像arm处理器那样，只解码长度固定的定长指令，这意味着x86处理器很难通过堆砌指令解码器，来大幅提升性能。如今的x86处理器仍兼容多年前的mmx等古老指令，这些又需要耗费额外的晶体管。这些现状，令x86无法像arm那样轻装上阵。
需要耗费更多晶体管，去兼容mmx等古老指令，这就是所谓的“x86税”
而苹果从来对向后兼容不上心。为了追求性能，苹果的兼容可以烂到什么程度呢？
例如你买了最新版的使用m1处理器的macbook，想要打开几年前剪视频的项目文件，发现新版final cut已经不支持这个旧版文件，而现在的macbook，又安装不了旧版的final cut（不再支持32位）……你几年前拍摄的素材，就这么废掉了。
几年前的文件，用新mac打不开，苹果可不考虑旧软件的兼容
苹果主攻消费市场，它可以让m1芯片彻底抛弃armv7指令集、放弃32位支持，让晶体管用在刀刃上；但x86广泛用于企业、工控等领域，它敢这样做吗？想想intel安腾ia-64的惨淡下场，答案不言而喻。
x86当前对比m1有能效劣势，那它能不能像m1那样，使用8解码的超宽架构？由于变长指令等限制，x86处理器要实现超宽架构，设计难度太大，因此当前x86处理器选择了多核心超线程、超宽simd（例如avx512）作为性能路线。
这又带来一个问题。和arm处理器相比，想要发挥出应有的性能，代码需要专门为这些特性进行优化。x86并不像m1芯片那样，运行苹果为其高度优化定制的macos系统，这进一步削弱了x86处理器在性能上的优势——最近的一个典型例子，就是windows并不能很好地调度zen 2处理器的ccx模块，需要为其制作补丁。
win10 1903对zen架构的优化：优先调用同一ccx内的核心、缩短响应时间，但如果没有这补丁呢？
而不得不提的是，m1的激进设计，以及macos的优化，令mac表现出匪夷所思的性能，但这些性能优势，是否将一直持续？前面提到，m1的强劲性能很多是通过专用电路来实现的，苹果系统通过api活用这些电路，让mac拥有了出色的能效比。然而专用电路的软肋也在于“专用”，m1今天能够实现高规格hevc视频的硬件加速，当新的视频编码面世，它还能有如此大的性能优势吗？恐怕无法做到。
最关键的一点在于，m1芯片是苹果专属，它不会外卖给其他厂商。这意味着，除了mac电脑对应的消费市场，它没法在更多领域上，向x86发起冲击。与之相比，x86以及windows的分布更加广泛，或许搭载m1的macos能够在某些领域刺到消费者的痛点，但苹果仍无力打破x86和windows筑起的壁垒。
m1芯片是apple silicon，它不会外卖给他人，无法在更多领域对x86和windows发起挑战
简而言之，和m1芯片相比，x86处理器的设计没有那么激进，也没有这么多专属优化，因此在不少情况下性能会落于下风。但x86处理器的向后兼容、多线程并发等优势，也是m1芯片无法企及的。x86芯片在商用、工控、消费市场都能独挑大梁，arm阵营并不能凭借m1芯片，就挑翻盘根错节的x86体系。
再来说说软件。
macos 11非常惊艳，通过swiftui以及mac catalyst，融合了苹果移动平台的生态。加之使用rosetta 2转换层兼容已有的x86软件，这让它能够在保有大部分x86生态的同时，在arm生态中活用m1的性能长处。很多朋友可以观察到，macos 11并不缺软件，而很多跨平台同时支持windows和macos 11的软件，在macos 11中性能表现会更好。例如微软家的office、visual studio code，就是其中例子。
m1为macos提供了澎湃的性能，macos能否藉此挑战windows？在轻薄本领域，新的m1版macbook已经鹤立鸡群，但macos所面对的局限，和m1芯片是如出一辙的——它并不对外开放授权。
macos将慢慢成为苹果arm芯片的独占，pc机运行macos的“黑苹果”将成为历史
如果说x86时代，macos还可以通过黑苹果的方式，安装在其他机器上，那么进入到arm时代后，macos必然会渐渐成为mac电脑的独占。当苹果未来进一步在mac电脑中普及arm处理器，mac和pc没有了共通的硬件基础，macos自然也就无法通过伪装硬件型号等手段，安装到其他pc中。
也就是说，arm处理器的应用，反而减少了macos的适用范围。macos只能在苹果的既定硬件产品上，和对应的windows pc竞争；而windows开放的系统授权，必然能覆盖远多于苹果产品线的pc产品。从这个层面来看，macos只能凭借少数的尖端产品、吸引少部分pc用户，不可能在整体上和windows产生竞争。
反观win10 arm，可以安装在其他arm设备上，这是否会重演x86时代pc围攻mac的故事？
在可以预见的未来，这一情况不会改变。苹果从诞生起，一直秉持着制作小而精产品的理念，苹果从来就没打算让macos像windows那样，成为大众之选。对于苹果而言，无论是m1芯片还是macos 11系统，都只不过是构造心目中某款理想产品的部件，它们不需要攻城略地占下大片市场份额，只需站上某个高耸的小山头即可。
m1芯片是macos的一把尖刀，但它们显然是无法撬动windows和x86处理器筑成的这堵庞大城墙的。
后话
总的来说，macos不太可能凭借m1芯片，来挑动windows和x86的市场地位。
·m1芯片和macos的高性能，当然是受益于先进的工艺、激进的架构以及专门的优化，但也很大程度上也是以牺牲向后兼容性为代价的，需要长期稳定运行的环境无法接受这样的产品；
·m1芯片和macos都只服务于品类稀少的苹果产品，无法与windows、x86在更多的细分领域竞争。
无论如何，m1芯片的横空出世，的确刷新了很多人的观念。arm也可以用于高性能计算，在特定的环境下，它能比x86做得更好，这足以支撑mac这样的小众产品成为爆品。windows 10 on arm以及windows 10x也正在紧锣密鼓地开发中，微软在arm时代能再创辉煌吗？除了macos，windows是否会遇到新的挑战者？我们拭目以待吧。
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原文链接： 责任编辑：陈驰