蘋果徹底改變了這顆芯片 - asiasworldcity.hk

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如果您希望可以時常見面，歡迎標星收藏哦~來源：內容編譯自appleinsider，謝謝。自蒂姆·庫克發佈AppleSilicon芯片以來，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、發佈過程以及未來的展望。在多年應對英特爾芯片限制之後，蘋果在2020年WWDC期間宣佈轉向AppleSilicon。放棄常用架構的努力將使蘋果從同年晚些時候開始轉向爲其Mac和MacBook產品線設計新的內部芯片系列。從英特爾到AppleSilicon的兩年過渡開啓了公司乃至整個行業的重大變革。除了宣稱高效設計和高性能之外，這款芯片的發佈也符合預期。AppleSilicon還將其iPhone芯片中最具前瞻性的功能引入了桌面平臺。在其M系列芯片中添加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。該芯片從根本上遵循了內置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性能，但另一箇與常規做法不同的變化也起到了一定作用。蘋果決定使用統一內存，而不是爲CPU、GPU以及其他組件使用獨立的內存池。這與通常使用一箇所有CPU元素都可以訪問的大型內存池的概念背道而馳。這個想法以多種方式提高了性能，包括允許組件訪問內存中的相同數據而無需不必要地複製它。GPU的另一箇好處是，統一內存越多，它能訪問的圖形處理內存就越多。這使得AppleSilicon中的GPU能夠訪問比現代獨立GPU或PC顯卡更大的內存。雖然當時AppleSilicon的推出主要集中在用於Mac的M1和M系列芯片上，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芯片，包括用於iPhone和iPad系列的A系列芯片，這些芯片也是M系列芯片的前身。AppleSilicon無處不在，它不僅存在於處理器中，也不僅僅存在於Mac中。但爲了簡單起見，這次我們將從最初的Mac中心視角來討論AppleSilicon。但即使僅就M系列而言，AppleSilicon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。AppleSilicon以前：英特爾的麻煩蘋果決定生產自己的芯片是因爲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，因爲它需要芯片尺寸的不斷縮小。每一次新的工藝改進都會帶來新的挑戰，而後續的芯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，在工藝末尾進行優化階段，以便在工藝縮減到下一個階段之前，充分利用一箇工藝。不可避免的是，芯片尺寸縮小方面的延遲，例如英特爾10納米芯片的推出，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，芯片產生的熱量和高功耗纔是真正的大問題，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MacBookPro更新。這種節流已經夠嚴重了，足以構成問題，糟糕的固件更是雪上加霜。消費者很快就意識到了這一點。幾年前就有傳言稱，蘋果將把更多移動芯片研發工作轉入內部，一些傳言甚至早在2011年就已出現。隨着蘋果經驗的不斷增長，轉向Mac芯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，但隨着時間的推移，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芯片的散熱和功耗的技術，從而延長了iPhone的電池續航時間，並防止智能手機過熱。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。與長期芯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AppleSilicon硬件並非搭載M1芯片，而是A系列芯片。開發者過渡套件以定製版Macmini的形式發售，去除了英特爾組件，換成了AppleSilicon硬件。其核心是AppleA12ZBionic，作爲A系列中最強大的芯片，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納米工藝製造，擁有160億個晶體管，四個高性能核心和四個節能核心，以及七核或八核GPU。至於神經引擎，它是一箇16核組件，每秒可進行11萬億次運算。雖然內存容量較低，只有8GB或16GB，但它們的內存帶寬也達到了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M1Pro和M1Max芯片，它們帶來了更強大的功能和性能。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。兩款筆記本電腦的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，但內存帶寬分別飆升至200GB/s和400GB/s。M1芯片完全缺失的另一箇功能是媒體引擎，即用於解碼和編碼視頻的專用硬件。這一功能使得M1Pro及後續芯片對於視頻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，M1Ultra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M1Max芯片焊接在一起，打造出一款在幾乎所有方面性能都提升一倍的芯片。這意味着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核神經網絡引擎。由於是兩塊芯片連接在一起，因此Max提供的所有功能都配備了兩塊芯片也就不足爲奇了。隨着生產線和核心數量的增加，性能也得到了提升。雖然每個核心的功能並沒有增加，但總體而言，對最終用戶而言，性能提升了不少。使用最新的Geekbench測試結果，我們很容易就能看出性能的提升。爲了便於比較，我們使用了每款芯片的最高得分，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，因爲測試只使用一箇快速核心，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，因爲它們依賴於GPU核心數量。不同芯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，都採用了基礎芯片。同樣採用了5納米工藝，但蘋果將晶體管數量從M1的160億增加到了200億。在這一代，CPU繼續採用四核心性能和四核心效率的配置，但核心性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。內存帶寬也提升到了100GB/s左右。按照既定的計劃，M2Pro和M2Max於2023年1月上市。同樣，有更多核心可供使用，因爲M2Pro有六個或八個性能核心和四個效率核心，而Max有八個性能核心和四個效率核心。GPU選項也得到了擴展，Pro版從16核增加到19核，ProMax版從30核增加到38核。各版本內存帶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M2Ultra。它再次將兩塊M2Max芯片融合在一起，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1340億個晶體管。內存容量也非常驚人，最高可使用192GB。這一切都得益於高達800GB/s的內存帶寬。就性能而言，單核性能總體上更勝一籌，但再次呈現了不小的差異。多核得分則表現得更加出色，M2Pro和M2Max的表現相當接近，處於中間水平。GPU方面，M2Ultra再次展現出強大的性能。這使得它在相當長一段時間內成爲視覺創作者的最愛。M3：艱難的第三代到了第三代，科技媒體已經習慣了蘋果發佈新款AppleSilicon的方式。或者至少他們自認爲瞭解了產品的發佈節奏。2023年10月推出的M3非常不尋常，主要是因爲蘋果不僅推出了一款M3芯片，還同時推出了Pro和Max版本。M3採用全新3納米製程工藝，集成250億個晶體管，爲用戶帶來了非常熟悉的配置。它搭載八核CPU，包含四個性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芯片相比，CPU和GPU的改進分別提高了35%和65%。神經引擎的性能也得到了提升，16核組件升級到每秒運行速度高達18萬億次。這次的一大變化是名爲“動態緩存”的技術，該技術允許GPU實時分配硬件中的本地內存。這意味着它只能分配所需的內存量，從而提高利用率。GPU還獲得了硬件加速光線追蹤和網格着色功能。這有助於在遊戲和其他圖形應用程序中生成視覺複雜的場景。M3Pro和M3Max確實與常規產品存在很大差異，因爲蘋果對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。M3Max擁有10或12個性能核心，以及4個能效核心。M3Max雖然核心數量比Pro多，但能效核心數量卻更少。這一代的內存帶寬略有退步。150GB/s和300GB/s的速率比M2版本要低。在GPU方面，M3Pro擁有14到18個核心，而M3Max擁有30到40個GPU核心。M3Ultra更是謎團重重，因爲它未能及時上市。有傳言稱，這款芯片是否被淘汰，是爲了更快地過渡到M4一代。不過，它最終還是在2025年3月出現了。這距離下一代M4Pro和Max發佈已經過去了幾個月。與往常一樣，M3Ultra是由兩塊M3Max芯片拼合而成。這意味着CPU核心數量爲28或32個，其中性能核心爲20或24個，並搭配8個能效核心。它還包含一箇32核神經引擎，以及60或80核GPU。內存容量躍升至512GB統一內存，並提供800GB/s的內存帶寬。說到性能圖表，主要要看的是多核性能。與M2和M3代不同，你可以看到M3Pro和M3Max芯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AppleSilicon，也是該系列中性能最高的產品。M4於2024年5月發佈，採用3納米工藝，內置280億個晶體管。它是一款九核或十核CPU，包含三核或四核性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。內存帶寬提升至120GB/s。M4Pro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M3Pro中吸取的教訓。M4Pro的GPU提供16核和20核版本，內存帶寬高達273GB/s。M4Pro還在M4的基礎上進行了改進，將其Thunderbolt支持從Thunderbolt4升級到Thunderbolt5。這意味着設備之間的數據傳輸帶寬更大，從40Gbps提升到80Gbps。M4Max比M4Max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，內存帶寬提升至546GB/s。截至本文撰寫時，M4Ultra尚未發佈，預計也不會有。蘋果自己也表示，並非每一代AppleSilicon產品都會搭載Ultra芯片，因此無法保證一定會有。從性能角度來看，單核結果再次相當均衡，其中Max略高於其他產品。多核測試再次顯示出性能的提升，這是由核心數量決定的。不過這一次，Pro和Max之間的差異比M3略小一些。不出所料，Metal的測試結果與核心數量的結果一致。核心越多，結果越高。從M1到M4蘋果已經證明，隨着AppleSilicon的代代更迭，它一直在不斷改進。新版本幾乎在所有情況下都比舊版本更有優勢，但代際之間也存在一些差異。這些年來的主要變化在於核心速度和核心數量。通過在一張圖表中比較所有單核結果，可以很容易地證明這一點。您可以看到基礎版M1和M4芯片的性能提升了60%，而M1Max和M4Max的性能提升更是高達62%。事實上，您可以看到不同版本之間相當明顯的代際飛躍。當你關注多核得分時，很明顯時鐘速度只是一箇因素。核心數量的增加也會放大差異。基礎款M4比M1快74%，但更高級別的性能提升幅度更大。對比M1Max和M4Max，兩者的提升幅度高達203%。說到Metal下的圖形性能，最大的提升恰好出現在基礎版本上。M1和M4芯片在GeekbenchMetal跑分上相差74%。這並不是說其他型號的性能更差，因爲Pro和Max在三代產品中分別達到了65%和62%的等效性能。即使是從M1到M3Ultra的兩代產品，性能也提升了61%。綜合來看這些圖表，可以明顯看出，各代產品的升級相當一致。每次的改進幅度大致相同，這預示着未來的發展前景良好。未來五年如果說蘋果有什麼特點，那就是它既準時，又循規蹈矩。也就是說，未來幾年AppleSilicon的到來應該會延續之前的模式。全面升級，幾乎每年都會有一次更新，代際結構也和現在一樣。除了偶爾添加Ultra芯片之外。M5一代預計即將上市，據稱已開始量產。至於這次的新特性，外界猜測蘋果將轉向CPU和GPU分離，從而進一步提升性能。甚至有傳言稱，M6將搭載蘋果的調制解調器技術，打造一體化移動設備解決方案。想象一下，MacBookPro無需連接iPhone即可實現蜂窩連接。雖然我們不知道AppleSilicon的未來究竟會怎樣，但我們可以自信地說，隨着時間的推移，它會變得越來越好。https://appleinsider.com/articles/25/04/23/five-years-of-apple-silicon-how-apple-continues-to-revolutionize-chips半導體精品公衆號推薦專注半導體領域更多原創內容關注全球半導體產業動向與趨勢*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅爲了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。今天是《半導體行業觀察》爲您分享的第4104期內容，歡迎關注。『半導體第一垂直媒體』實時專業原創深度公衆號ID：icbank喜歡我們的內容就點“在看”分享給小夥伴哦

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