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為什么搭載ARM架構的蘋果MacBook跑x86軟件不卡

如意 ? 來源:太平洋電腦網(wǎng) ? 作者:Aimo ? 2020-11-15 09:34 ? 次閱讀
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相信大家都已經(jīng)知道,蘋果在最新一場秋季發(fā)布會中,宣告了全新的MacBook產(chǎn)品。新MacBook換用了蘋果自研的基于ARM架構的M1芯片,蘋果從X86陣營轉向,投入了ARM的懷抱。

在傳統(tǒng)觀念中,ARM是用于移動平臺的架構,和桌面的X86芯片相比,ARM芯片的能效更高,但性能羸弱。這次蘋果MacBook換用ARM,同時macOS 11仍對以往基于X86 macOS開發(fā)的軟件兼容,這就讓很多朋友感到困惑——用新的MacBook跑當前的X86軟件,到底會不會卡?

這種擔心是有道理的。在此之前,微軟已經(jīng)做過了這方面的嘗試。微軟推出了使用ARM芯片的Surface Pro X平板電腦,兼容X86的Win10軟件。然而人們發(fā)現(xiàn),體驗并不理想,傳統(tǒng)軟件運行起來緩慢遲鈍。換用ARM芯片的MacBook會不會有這樣的問題?這就來分析一下。

MacBook的ARM芯片足夠強嗎?

新MacBook跑舊軟件到底慢不慢,最關鍵的因素自然是新的M1芯片。人們普遍認為,ARM芯片的性能水平無法和X86比肩,畢竟ARM是簡單指令集RISC而X86是復雜指令集CISC,復雜指令集自然強大得多,但事實上這是一個誤會。

在規(guī)模上,蘋果M1芯片足以和頂尖的X86桌面處理器并駕齊驅

CPU發(fā)展到今天,RISC和CISC的邊界其實已經(jīng)相對模糊了。在當前的X86處理器中,復雜指令也是會分拆成為類簡單指令來執(zhí)行的。

而在規(guī)模上,蘋果設計的ARM芯片已經(jīng)追趕上了X86,例如A14的芯片面積為88mm,共118億個晶體管,而AMD最新發(fā)布的Zen3處理器中一個CCD的面積為80.7mm,共41.5億個晶體管。考慮到A14還封裝了AI模塊、GPU等,A14芯片使用的是5nm工藝,而5800X使用的是7nm工藝,事實上大家的CPU單元部分,規(guī)模已經(jīng)是并駕齊驅。

了解了規(guī)模,再來看看性能實測,這里引用Anandtech的數(shù)據(jù)。Anandtech使用了行業(yè)權威性能測試套件SPEC 2006來對比測試蘋果A14、AMD Zen3以及英特爾Tiger Lake的性能,結果如下。

首先是整數(shù)性能,可以看到A14并不落下風。

再來看看浮點性能,A14和Zen3要明顯領先于Tiger Lake。

Anandtech還使用了大家非常熟悉的Geekbench來測試,結果如下。

可以看到,在單線程性能上,A14的確已經(jīng)能追上當前頂級的X86處理器。這次蘋果MacBook使用的M1處理器,架構和A14相似,但規(guī)格更高,晶體管規(guī)模達到了160億個,增加了兩個大核心,在性能上方面是可以令人放心的。

其實到了這里,我們也不難找出為什么Surface Pro X運行緩慢的原因。Surface Pro X使用的是高通SQ1/SQ2處理器,這基本是驍龍855的馬甲。而即使是驍龍865+,對比A14以及最新的X86處理器,性能也依然不太夠看……

此情此景下,加之Win10 on ARM較低下的指令翻譯效率,Surface Pro X運行X86軟件的體驗就不甚理想了。是的,到了這里大家應該也能看到ARM處理器運行X86軟件,除了自身性能之外的其他影響因素了——操作系統(tǒng)的指令翻譯效率。

macOS 11的指令翻譯效率高嗎?

X86軟件想要在ARM芯片上運行,需要進行指令翻譯。雖然ARM指令集并不意味著性能低下,但畢竟它和X86還是不同的,指令需要翻譯過來,才能讓ARM芯片執(zhí)行。

在今年的WWDC大會上,蘋果已經(jīng)公布了指令翻譯的方案。蘋果宣布,將會為macOS平滑過渡到ARM平臺,推出Rosetta 2中間轉換層。如果你是老果粉,對于Rosetta這個詞一定很熟悉——蘋果Mac電腦當年從IBM PowerPC架構,遷移到Intel X86平臺,所使用的轉換層正是Rosetta。

Rosetta 2的作用在于,它通過指令翻譯,可以讓ARM平臺的macOS,直接運行絕大部分的X86軟件。從蘋果的介紹來看,Rosetta 2的性能還相當不錯,它并不是在軟件運行的時候,才翻譯指令的,而是在軟件安裝時就做好了轉換。

當然,這也并非說Rosetta 2可以實現(xiàn)性能完全無損,它對AVX指令兼容并不好,如果X86軟件依賴AVX乃至AVX2,那么在ARM平臺上由于沒有對應的高性能指令,運行效率會有明顯下滑。并不是所有的軟件都會用到AVX指令集,總體來說,Rosetta 2的性能應該還是可以接受的。

這次Mac從X86遷移到ARM,Rosetta 2對舊有X86軟件的兼容也起著至關重要的作用

至于Rosetta 2的實際表現(xiàn)會如何?我們可以從兩方面來衡量。

首先是參考Rosetta。蘋果從PowerPC遷移到X86時,也使用了類似方案,當年并沒有太多人抱怨Rosetta性能低下,我們自然也可以對Rosetta 2抱有期待。

其次是參考開發(fā)者的實測。實際上,蘋果早前就已經(jīng)推出了基于A12Z芯片的Mac mini開發(fā)機,開發(fā)者們很早就能接觸到Rosetta 2,但到目前為止并沒有什么關于Rosetta 2性能低下的爆料,可見Rosetta 2的實戰(zhàn)表現(xiàn)應該相當不錯。

到了這里,我們又可以來分析一下為什么Surface Pro X的表現(xiàn)會如此糟糕了。在Surface Pro X的Windows 10 on ARM中運行X86軟件,是邊轉碼邊運行的,并不像蘋果Rosetta 2那樣在安裝時作好轉碼工作,運行時無需再次轉碼。加上性能較弱的SQ1/SQ2處理器,運行X86軟件拖慢卡頓也就在情理之中了。

總結

到了這里,相信大家都可以得出結論了。MacBook使用的M1處理器性能非常強大,足以和頂尖的X86處理器同臺競技;而蘋果又在macOS 11中準備了高效的Rosetta 2指令翻譯方案,因此對于能否流暢運行之前的X86軟件,大家無需太過擔心。

根據(jù)蘋果的說法,情況要比筆者文中分析的更加樂觀。蘋果宣稱,M1要比之前MacBook所使用的X86處理器性能高1倍,同時功耗僅為25%。從各種角度來看,新的MacBook都非常值得期待,一起來靜待上市實測吧。
責編AJX

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