# [用資工的角度看蘋果電腦換架構 Mac 首個系統單晶片 (SoC)](https://www.apple.com/tw/newsroom/2020/11/apple-unleashes-m1/) #1

contributed by <`Tim096`>

M1 晶片滿載眾多強大的自訂技術，包括：
* Apple 最新的影像訊號處理器 (ISP) 可透過更出色的雜點消除功能、更優異的動態範圍以及更佳的自動白平衡，進一步提升影片畫質。
* 最新的安全隔離區可提供最頂尖的安全防護。
* 高效能儲存裝置控制器具備 AES 加密硬體，實現更快速也更安全的 SSD 效能。
* 低功耗的高效媒體編碼與解碼引擎，帶來出色的效能表現，以及更長的電池續航力。

首先這一篇會出產先要感謝 [Jserv](https://github.com/jserv/mini-arm-os) 大大給我的啟發。

在從前來說大部分的都是電腦我就用 CISC ，雖然較為耗電，但是因為一些歷史因素現在大說電腦都還是使用 CISC 的架構，而手機因為無法放入大量的記憶體因此通常採用 RISC 的架構。

## 為何要換 ? 從 CISC -> RISC
一開始我們需要先了解到底為甚麼要換架構呢 ? 原本的架構不好嗎 ?

**在同一架構下的所有軟體的相容性會好上許多**，這樣蘋果就可以讓所有能在手機或平板執行的程式無縫接軌到電腦上使用了，想像一下你的所有手機上的軟體用到一半都可以回到家無縫的接者電腦上使用，筆記本,遊戲,甚至是如果你的 Adobe 的工作軟體可以在平板和電腦無縫的使用，聽起來是不是很棒呢 ?
甚至一些遠端醫療的應用這點後面會說到

## 蘋果會遇到的困難
人生總是會不會那麼美好，因此問題來了，那原本那些在舊 Mac 跑的軟體會不會和新的架構之間遇到一些相容性的困難?

這一個問題蘋果其實已經佈局非常久了，我們可以從 Adobe 每一次的改版紀錄當中看到這一跡象，而 office365 的部分更不用說了，相信大家現在都有用手機打開過 word 的經驗吧，許多的主力軟體蘋果早已經在這幾年就已經在默默的佈局了。


## 蘋果的未來
這一點我相信蘋果在硬體給予我們一個很好的解答，現在 Adobe 有一些功能是按照使用者的使用次數來收費的，但是如果沒有一些硬體上面的支援真的很難做到精確，又或是說只要你需要經過瀏覽器這一步驟，需要思考的問題就會是很多很雜，因此我們發現蘋果的指紋或 Face ID 都是存在一個很特殊的硬體當中 「Secure Enclave（安全領地）」 ，有了這一個硬體不僅可以在不影響使用者的隱私權下知道更多使用者的資訊，這邊有一個大重點最近蘋果的穿戴式裝置越來越多功能，究竟是為了甚麼呢 ? 難道蘋果的野心只有替客戶著想，提前預防 ? 是否有可能在未來我們可以透過蘋果的這一些設備做遠端醫療呢 ? 而且在那時候因為 Secure Enclave 的作用，這一切完全不會侵犯到用戶的隱私權，用戶只需要把最後的報告傳給專業的醫生即可。

## 計算機組織概論 RISC vs. CSIC
你可以理解成 RISC 在硬體效能上差但耗電量低 (適合行動裝置)，CISC 在效能上好但耗電量高 (適合筆電、桌機)，也區隔出來兩者的市場區位。
但是近10年來有一件事情大家需要注意，蘋果開始在手機市場通通採用自己的 CPU 了，甚至是近幾年來在設計晶片上狠狠地甩了高通不知道幾條街，不知道最近的蘋果發表會大家還有沒有像以前一樣熬夜觀看XD，現在蘋果常常用很大篇幅介紹自己提升了多少的效能，並且可以做到更多的生產力軟體了 (剪片,修圖,photoshop,3D圖)，這些以前通常人們都會移到電腦上使用的事情漸漸的 Apple 要和你說我的所有設備也都可以做到。

> 小結 : 相對於 Intel，ARM 可以提供 Apple 低耗能的表現，且近幾年來蘋果有了自信自己的 CPU 可以和 Intel 去競爭了。這一點真的很佩服蘋果的耐心(10年磨一劍)，以及遠見在10年前要開始自己研發晶片，那時候全世界可能都覺得蘋果瘋了，對，他瘋了，但或許就是要這樣才有機會去改變這個世界吧 ?

## 不過說歸說，性能上，ARM 到底能不能媲美 Intel 制霸以久的處理器呢？
這邊先說一個故事，自己是一個資工系的人，每一次在寫任何全新的程式以前，都要花個 1~2 天去搞**環境**，每一次都會被搞到快瘋掉，這一點微軟和蘋果的作業系統就有極大的差距，雖然微軟真的幾乎甚麼都可以執行，但是都會有一堆 bug 和問題，而蘋果就不太一樣，雖然支援的軟體真的相對少了許多，但是每一個支援的軟體在裝的時候你都會覺得很感動，竟然這麼簡單 (!?

雖然一般人都幾乎在新品發布會上都只有觀察到每一次的硬體變化，但軟體的重要性真的比大家想像影響大上許多，每一次的硬體頂多都是用線性的成長在進步，則軟體不太一樣即使是在同一個硬體架構底下若你的演算法比別人好，甚至是指數和線性的差距，這是若單純使用硬體是不可能做到的。

舉個例子

硬體的進化 (超級賽亞人一)

軟體的進化 (超級賽亞人二) ，和超一好像沒有變化，但是其實強超多!!

演算法的進化 (超級賽亞人之神)，會有質的改變。

因此我認為蘋果若想要在 Arm 架構下超越 intel ，針對軟硬體的優化這一方面會是一大重點。
### 從 System-on-Chip (SoC) 跟 主機板-based CPU 的比較。
SoC 就是把電腦所需要的所有東西，組在一個晶片裡，包含 CPU、GPU、Memory 等等，你就想家裡桌機主機板上面的東西被縮小在一個晶片內。由此可見 SoC 在能量使用的效率會更好(電流小)，速度又快(距離短)。不過缺點就是，SoC 要顧慮的元件太多，會需要較長的設計及驗證時間來完成一塊零缺點的晶片，因此成本較高，這也是為何以前電腦較少使用 SoC 的原因。

ARM Mac 將 CPU 跟 GPU 整合再一起這會比以往 CPU 跟 GPU 分開的架構下更有效率。以往的 CPU、GPU 算是分別進行，中間要透過 PCIE Bus 來溝通，而且所運作的記憶體空間 (memory space) 也不一樣。但 Apple 的做法讓兩者直接融合再一起，利用所謂的 Unified Memory Architecture (統一記憶體結構)，即讓 CPU 以及 GPU 去分享記憶體，去除 Bus 的需要，讓兩者溝通效率大幅提升 (能量、效能上都是)。值得注意的就是，如同 iPhone、iPad 手機的晶片一樣，還有掛載 Neural Engine, ML Accelerators，讓 CPU 可以針對一些人工智慧的應用去做加速，這也是傳統 Intel CPU 所缺乏的功能。

> 其實真的不用去擔心蘋果軟體優化的這一件事情，他們真的很強!!!

## 總結
1. 蘋果的底蘊真的是不能小看的一家強大的公司
2. 遠端醫療到底會不會是蘋果的下一個戰略目標呢 ?
3. 保持 Soc + 軟硬體的優化，我相信會是蘋果 ARM 架構是否能夠在成功打敗 intel 的關鍵。
4. 如果想要購買，我還是建議等一下，畢竟剛出來有些開發商可能還是沒有跟上，但是買了也不用太擔心啦，相信很快大家就都會跟上了

###### tags: `Miula` `Jserv` `技術分析`