前言：
M1芯片是苹果公司具有里程碑意义的芯片，可能会影响x86市场主导地位。M1芯片的重要意义在于苹果将PC由X86架构切换到了arm架构，这是一次对于英特尔“背叛”。类似的历史在2005年，苹果抛弃了PowerPC转而与英特尔合作。原因是相同的，PowerPC架构的性能要求无法满足苹果的需求。近年来，英特尔处理器的性能已经越来越不能满足苹果的需求，导致了苹果M系列芯片的推出。
苹果M1的基本信息
这颗芯片采用台积电5纳米制程工艺，CPU、GPU、缓存集成在一起，拥有8核CPU（其中4颗为高性能核心，另外四颗为高能效核心），8核GPU，其中包含160亿个晶体管。
苹果M1的核心参数详细如下，可以根据后面Floorplan进行交叉核对
项目 | 参数 |
CPU | 核心数：8核频率信息：4×3.2GHz Firestorm+4×2.064GHz Icestorm |
GPU | 核心数：8核（部分机型为7核） |
晶体管 | 约160亿个 |
架构 | Arm架构 |
制程 | 5纳米 |
接口 | 集成雷电/USB 4控制器、PCle 4.0控制器、NVMe存储 |
安全模块 | Secure Enclave |
机器学习加速器 | 集成 |
ISP | 集成 |
音频处理器 | 集成 |
性能控制器 | 集成 |
加密加速器 | 集成 |
神经网络引擎 | 16核 |
Apple M1芯片 floorplan分析
下面是Apple M1芯片的floorplan, 以及各模块的分析
Floorplan的基本分析：
1.内存一共128 bit, 一共8个通道，接口在上方和右边，最左边是1个16bit DDR channel, 上面是4个16bit DDR channel, 右边有3个16bit DDR channel。这样DDR phy的摆放，能确定肯定不是PoP封装的，颗粒肯定是放在上方或右边，如下图所示；
2.内存颗粒的下方是GPU core, 如下图，其中core 5有GPU core里面的详细组成单元
3.再往下是CPU CORE 4+4组成，如下图，4个大核firestone core，4个小核icestorm core
4.而16个神经网络引擎夹杂在大小核心中间，如上图所示。system cache, SLC相关的东西在就在NE网络的上面，如上图。
5.South方向，是高速串行接口，如usb 4.0, usb buffer, PCIe phy相关的IP, 以及视频引擎。
6.在East方向，除了LPDDR的模组，靠内侧就是ISP模块占据了大块die size, 其下方就是secure enclave, 同样占据了大片die size。这两块跟上一代芯片类似
各模块的面积密度分析
M1 | area(mm^2) | size(MiB) | SRAM density(MB/mm^2) |
Firestorm L2 | 3.500539165 | 12 | 3.428043348 |
Icestorm L2 | 1.228958081 | 4 | 3.254789614 |
SLC | 2.45910606 | 8 | 3.253214707 |
TSMC 5nm HP | 3.688064141 | 12 | 3.253739507 |
TSMC 5nm HD | 3.500539165 | 12 | 3.428043348 |
total | 7.188603306 | 24 | 3.338617945 |
最后，是各种同类型芯片的SRAM 密度和relative upshift的对比，能更直观看到差异。
M1 (TSMC 5nm HD) | M1 (TSMC 5nm HP) | A14 (TSMC 5nm HD) | |
SRAM density | 3.428043348 | 3.253739507 | 3.669986689 |
Relative upshift | 0.00% | 5.36% | -6.59% |
A14 (TSMC 5nm HP) | Lakefield (Intel 10nmSF) | SD855 (TSMC 7nm DUV HD) | |
SRAM density | 3.35286302 | 1.675987565 | 2.463892974 |
Relative upshift | 2.24% | 104.54% | 39.13% |
K980 (TSMC 7nm DUV HD) | KX5000 (HLMC 28nm) | ||
SRAM density | 2.386652552 | 0.407069712 | |
Relative upshift | 43.63% | 742.13% |
总结分析：
1.M1芯片的芯片尺寸约为120.5mm2
2.M1采用台积电的5纳米工艺，其在密度方面取得了巨大的提升（大约比7纳米提高了35-40%），在某些情况下甚至看起来更好。
3.而7纳米工艺在某些情况下仍然保持在每平方毫米约1.6MB的水平，这种情况下，5纳米工艺可以实现100%的密度提升。
