蘋果徹底改變了這顆晶片

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來源：內容編譯自appleinsider，謝謝。

自蒂姆·庫克釋出Apple Silicon晶片以來，即將迎來五週年紀念日。其實，關於它的傳聞也已持續了十多年。以下是整個故事的起源、釋出過程以及未來的展望。

在多年應對英特爾晶片限制之後，蘋果在 2020 年WWDC期間宣佈轉向 Apple Silicon。放棄常用架構的努力將使蘋果從同年晚些時候開始轉向為其Mac和 MacBook 產品線設計新的內部晶片系列。

從英特爾到 Apple Silicon 的兩年過渡開啟了公司乃至整個行業的重大變革。除了宣稱高效設計和高效能之外，這款晶片的釋出也符合預期。Apple Silicon 還將其iPhone晶片中最具前瞻性的功能引入了桌面平臺。在其 M 系列晶片中新增神經引擎是一項突破性舉措，並迫使其他計算行業考慮在處理器選擇上採取類似的舉措。

該晶片從根本上遵循了內建 GPU 處理器的基本理念，這在處理領域過去和現在都是一種相當傳統的概念。神經引擎無疑提升了機器學習任務的效能，但另一個與常規做法不同的變化也起到了一定作用。

蘋果決定使用統一記憶體，而不是為 CPU、GPU 以及其他元件使用獨立的記憶體池。這與通常使用一個所有 CPU 元素都可以訪問的大型記憶體池的概念背道而馳。這個想法以多種方式提高了效能，包括允許元件訪問記憶體中的相同資料而無需不必要地複製它。

GPU 的另一個好處是，統一記憶體越多，它能訪問的圖形處理記憶體就越多。這使得 Apple Silicon 中的 GPU 能夠訪問比現代獨立 GPU 或 PC 顯示卡更大的記憶體。

雖然當時 Apple Silicon 的推出主要集中在用於 Mac 的M1和 M 系列晶片上，但該術語的用途已經擴大。現在，它指的是蘋果所有主要的處理晶片，包括用於 iPhone 和iPad系列的 A 系列晶片，這些晶片也是 M 系列晶片的前身。

Apple Silicon 無處不在，它不僅存在於處理器中，也不僅僅存在於 Mac 中。但為了簡單起見，這次我們將從最初的 Mac 中心視角來討論 Apple Silicon。但即使僅就 M 系列而言，Apple Silicon 自推出以來所取得的進步也是驚人的，並且對行業構成挑戰。

Apple Silicon以前：英特爾的麻煩

蘋果決定生產自己的晶片是因為該公司與英特爾之間存在重大問題。

在2010年代，英特爾是計算領域的一支重要力量。這是它多年來贏得的地位，但卻無法維持。對於英特爾來說，遵循摩爾定律極其困難，因為它需要晶片尺寸的不斷縮小。每一次新的工藝改進都會帶來新的挑戰，而後續的晶片尺寸縮小也越來越難以完美。

最終，英特爾放棄了其著名的“Tick-Tock”節奏，即每次工藝變更（Tick）後，該工藝內的架構都會進行更新（Tock）。相反，到2016年，英特爾轉向了“ Tick-Tock-Tock”策略，在工藝末尾進行最佳化階段，以便在工藝縮減到下一個階段之前，充分利用一個工藝。不可避免的是，晶片尺寸縮小方面的延遲，例如英特爾 10 奈米晶片的推出，對蘋果來說難以應對。這只是蘋果與英特爾合作時面臨的問題之一，晶片產生的熱量和高功耗才是真正的大問題，而且只會越來越嚴重。

2018 年，這導致了熱節流問題，影響了當年的MacBook Pro更新。這種節流已經夠嚴重了，足以構成問題，糟糕的韌體更是雪上加霜。消費者很快就意識到了這一點。

幾年前就有傳言稱，蘋果將把更多移動晶片研發工作轉入內部，一些傳言甚至早在 2011 年就已出現。隨著蘋果經驗的不斷增長，轉向 Mac 晶片開發似乎是不可避免的。當然，要達到這個目標它還需要克服很多障礙，但隨著時間的推移，它擁有了從英特爾走自己的路所需的知識和能力。

英特爾與蘋果關係的不穩定似乎給了這家 iPhone 製造商更多進軍 Mac 市場的動力。它已經掌握了管理自家晶片的散熱和功耗的技術，從而延長了iPhone的電池續航時間，並防止智慧手機過熱。因此，這些技術可以有效地應用於桌面級處理器，這合情合理。

與長期晶片合作伙伴臺積電合作，這正是蘋果所做的。

M1：原始版本

蘋果推出的首款 Apple Silicon 硬體並非搭載 M1 晶片，而是 A 系列晶片。開發者過渡套件以定製版Mac mini 的形式發售，去除了英特爾元件，換成了 Apple Silicon 硬體。其核心是 Apple A12Z Bionic，作為 A 系列中最強大的晶片，它堪稱恰如其分的選擇，並且與開發者對首款基於 ARM 的官方版本的期望非常相似。

M1系列從M1開始，採用5奈米工藝製造，擁有160億個電晶體，四個高效能核心和四個節能核心，以及七核或八核GPU。至於神經引擎，它是一個 16 核元件，每秒可進行 11 萬億次運算。雖然記憶體容量較低，只有 8GB 或 16GB，但它們的記憶體頻寬也達到了 68.25GB/s，與現代版本相比速度慢得多。蘋果花了將近一年的時間才推出 M1 Pro 和 M1 Max 晶片，它們帶來了更強大的功能和效能。

Pro 版 CPU 配備 6 個或 8 個性能核心以及 2 個能效核心。Max 版配備 8 個性能核心和 4 個能效核心。兩款筆記型電腦的 GPU 核心數量也都有所增加，Pro 版從 14 個增加到 16 個，Max 版從 24 個增加到 32 個。神經引擎保持不變，但記憶體頻寬分別飆升至 200GB/s 和 400GB/s。M1 晶片完全缺失的另一個功能是媒體引擎，即用於解碼和編碼影片的專用硬體。這一功能使得 M1 Pro 及後續晶片對於影片編輯和內容創意人員，尤其是那些使用行業標準 ProRES 的人員來說，非常出色。

2022 年 3 月，M1 Ultra 姍姍來遲，以另一種方式實現了突破。蘋果利用互連技術，有效地將兩塊 M1 Max 晶片焊接在一起，打造出一款在幾乎所有方面效能都提升一倍的晶片。這意味著 CPU 上最多有 16 個性能核心，以及 8 個能效核心，GPU 核心數量最多可達 64 個，並且配備 32 核神經網路引擎。由於是兩塊晶片連線在一起，因此 Max 提供的所有功能都配備了兩塊晶片也就不足為奇了。

隨著生產線和核心數量的增加，效能也得到了提升。雖然每個核心的功能並沒有增加，但總體而言，對終端使用者而言，效能提升了不少。使用最新的 Geekbench 測試結果，我們很容易就能看出效能的提升。為了便於比較，我們使用了每款晶片的最高得分，不考慮核心數量或型號。

單核測試中，四款處理器的得分都差不多，都在 2400 分左右。這很合理，因為測試只使用一個快速核心，而且就這一代處理器而言，它們的整體表現基本一致。

多核基準測試開始顯示出一些差異，這主要是由於每個處理器的核心數量不同。使用的核心越多，得分就越高。

這在 Metal 基準測試中更加明顯，因為它們依賴於 GPU 核心數量。不同晶片層級之間存在相當大的差異。

M2：下一代M2

系列於 2022 年 6 月推出，其起步與 M1 類似，都採用了基礎晶片。同樣採用了 5 奈米工藝，但蘋果將電晶體數量從 M1 的 160 億增加到了 200 億。

在這一代，CPU 繼續採用四核心效能和四核心效率的配置，但核心效能較上一代有所提升。GPU 也受益於此，最多可選配 10 個核心。神經引擎更加強大，擁有 16 個核心，每秒可進行 15.8 萬億次運算。記憶體頻寬也提升到了 100GB/s 左右。按照既定的計劃，M2 Pro 和 M2 Max 於 2023 年 1 月上市。

同樣，有更多核心可供使用，因為 M2 Pro 有六個或八個效能核心和四個效率核心，而 Max 有八個效能核心和四個效率核心。GPU 選項也得到了擴充套件，Pro 版從 16 核增加到 19 核，Pro Max 版從 30 核增加到 38 核。各版本記憶體頻寬再次進行了相同級別的升級。

直到今年 6 月，蘋果才推出了 M2 Ultra。它再次將兩塊 M2 Max 晶片融合在一起，擁有 16 個性能核心、8 個效率核心、32 核神經引擎、多達 76 個 GPU 核心，並使用了 1340 億個電晶體。

記憶體容量也非常驚人，最高可使用 192GB。這一切都得益於高達 800GB/s 的記憶體頻寬。

就效能而言，單核效能總體上更勝一籌，但再次呈現了不小的差異。多核得分則表現得更加出色，M2 Pro 和 M2 Max 的表現相當接近，處於中間水平。

GPU 方面，M2 Ultra 再次展現出強大的效能。這使得它在相當長一段時間內成為視覺創作者的最愛。

M3：艱難的第三代

到了第三代，科技媒體已經習慣了蘋果釋出新款 Apple Silicon 的方式。或者至少他們自認為了解了產品的釋出節奏。2023 年 10 月推出的M3非常不尋常，主要是因為蘋果不僅推出了一款 M3 晶片，還同時推出了 Pro 和 Max 版本。

M3 採用全新 3 納米制程工藝，整合 250 億個電晶體，為使用者帶來了非常熟悉的配置。它搭載八核 CPU，包含四個效能核心和四個能效核心，與上一代一樣，頂級 GPU 也再次配備了十核。雖然在這一點上看似相似，但還是存在差異。

蘋果自己堅稱，與 M1 晶片相比，CPU 和 GPU 的改進分別提高了 35% 和 65%。神經引擎的效能也得到了提升，16 核元件升級到每秒執行速度高達 18 萬億次。這次的一大變化是名為“動態快取”的技術，該技術允許 GPU 即時分配硬體中的本地記憶體。這意味著它只能分配所需的記憶體量，從而提高利用率。

GPU 還獲得了硬體加速光線追蹤和網格著色功能。這有助於在遊戲和其他圖形應用程式中生成視覺複雜的場景。M3 Pro 和 M3 Max 確實與常規產品存在很大差異，因為蘋果對 CPU 的區分度比以往更大。Pro 配備 11 核或 12 核 CPU，分別由 5 個或 6 個性能核心搭配 6 個能效核心組成。

M3 Max 擁有 10 或 12 個性能核心，以及 4 個能效核心。M3 Max 雖然核心數量比 Pro 多，但能效核心數量卻更少。這一代的記憶體頻寬略有退步。150GB/s 和 300GB/s 的速率比 M2 版本要低。在 GPU 方面，M3 Pro 擁有 14 到 18 個核心，而 M3 Max 擁有 30 到 40 個 GPU 核心。

M3 Ultra 更是謎團重重，因為它未能及時上市。有傳言稱，這款晶片是否被淘汰，是為了更快地過渡到M4一代。不過，它最終還是在 2025 年 3 月出現了。這距離下一代 M4 Pro 和 Max 釋出已經過去了幾個月。

與往常一樣，M3 Ultra 是由兩塊 M3 Max 晶片拼合而成。這意味著 CPU 核心數量為 28 或 32 個，其中效能核心為 20 或 24 個，並搭配 8 個能效核心。它還包含一個 32 核神經引擎，以及 60 或 80 核 GPU。記憶體容量躍升至 512GB 統一記憶體，並提供 800GB/s 的記憶體頻寬。說到效能圖表，主要要看的是多核效能。與 M2 和 M3 代不同，你可以看到 M3 Pro 和 M3 Max 晶片之間存在相當大的差距。

M4：持續增長

M4 是當前一代適用於 Mac 的 Apple Silicon，也是該系列中效能最高的產品。M4 於 2024 年 5 月釋出，採用 3 奈米工藝，內建 280 億個電晶體。它是一款九核或十核 CPU，包含三核或四核效能核心和六核能效核心。

它配備了與 M3 版本相同升級的十核 GPU 和 16 核神經引擎，每秒可進行 38 萬億次運算。記憶體頻寬提升至 120GB/s。M4 Pro 將 CPU 規格提升至 12 核或 14 核，配備 8 個或 10 個性能核心和 4 個能效核心，這似乎是蘋果從 M3 Pro 中吸取的教訓。M4 Pro 的 GPU 提供 16 核和 20 核版本，記憶體頻寬高達 273GB/s。

M4 Pro 還在 M4 的基礎上進行了改進，將其 Thunderbolt 支援從 Thunderbolt 4 升級到 Thunderbolt 5。這意味著裝置之間的資料傳輸頻寬更大，從 40Gbps 提升到 80Gbps。M4 Max 比 M4 Max 更進一步，可選 14 核或 16 核 CPU，其中 10 或 12 個性能核心和 4 個能效核心。GPU 升級到 32 核或 40 核版本，記憶體頻寬提升至 546 GB/s。