今夜凌晨，蘋果又開了一場(chǎng)“芯片上”的發(fā)布會(huì)！

意料之內(nèi)，芯片再次成為蘋果春季新品發(fā)布中最亮眼的存在；意料之外，傳聞已久的 M2 芯片沒有登場(chǎng)，反而是 M1 系列推出旗艦版 M1 Ultra，以將兩塊 M1 Max 芯片“粘”在一起的設(shè)計(jì)思路，震驚全場(chǎng)。

作為 M1 系列 Mac 電腦芯片的第四彈，M1 Ultra 成為了蘋果電腦芯片的終極武器。蘋果通過一個(gè)三步走的策略，接近實(shí)現(xiàn)給 Mac 兩年換芯的大計(jì)，而且?guī)缀趺看味荚凇案煞弊约海矌缀趺看味荚凇敖獭毙酒凶鍪隆?/p>

1140 億顆晶體管、20 核 CPU、最高 64 核 GPU、32 核神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎、2.5TB / s 數(shù)據(jù)傳輸速率、800GB / s 內(nèi)存帶寬、最高 128GB 統(tǒng)一內(nèi)存…… 這些堪稱恐怖的規(guī)格全部集聚于一塊“至尊版”電腦芯片上。

至此，蘋果在 M1 系列電腦芯片棋局上的落子，得以清晰而完整的展現(xiàn)。

▲ 蘋果 M1 系列四大芯片，從左至右：M1、M1 Pro、M1 Max、M1 Ultra

好馬配好鞍，M1 Ultra 芯片被搭載于單臺(tái) 3 萬(wàn)元起售的臺(tái)式機(jī)主機(jī) Mac Studio 上，號(hào)稱比最快的 iMac 性能最高提升 3.4 倍，比頂配 Mac Pro 性能提升 80%。

這是蘋果繼早前圓柱形“垃圾桶”式外形、長(zhǎng)方形機(jī)箱式外形后，對(duì)專業(yè)級(jí)桌面主機(jī)形態(tài)的又一次嘗試。雖然外形第一眼看起來(lái)像一個(gè)加厚版的 Mac mini，但其內(nèi)里從結(jié)構(gòu)到配置則完全不同。

▲ Mac Studio

除了首次在頂級(jí)專業(yè)臺(tái)式 Mac 中采用自研 M1 系列芯片外，蘋果還第一次往顯示器新品 Studio Display 里塞了一顆 A13 仿生芯片，A13 之前被用在 2019 年 iPhone 11 系列智能手機(jī)、2021 年入門級(jí) iPad 9 中。

而加入手機(jī) SoC 級(jí)別的芯片，用來(lái)強(qiáng)化攝像頭和音箱功能，也是蘋果的顯示器形態(tài)的一次新嘗試。不過目前蘋果專業(yè)顯示器的天花板仍然是那臺(tái)售價(jià)超 4 萬(wàn)元的 XDR 6K 專業(yè)顯示器。

▲ Studio Display（圖左）和 Mac Studio（圖右）

Mac Studio 主機(jī)和 Studio Display 顯示器都從 3 月 10 日 9 點(diǎn)起預(yù)購(gòu)，主機(jī) 3 月 18 日發(fā)售，顯示器則要等獲批后發(fā)售。

此外，新款 iPad Air 5 首次搭載與 iPad Pro 同款的 M1 芯片，第三代 iPhone SE 智能手機(jī)也換上了與最新 iPhone 13 系列同款的 A15 仿生芯片，兩款新品將從 3 月 11 日 21 點(diǎn)起預(yù)購(gòu)，3 月 18 日發(fā)售。

蘋果 Mac 換芯的策略是什么？這個(gè)性能突破天際的電腦芯片解決了哪些核心難題？下面，芯東西將著重復(fù)盤和解讀這背后的技術(shù)邏輯。

一、M1 Max + M1 Max = M1 Ultra

從 2020 年 6 月宣布 Mac 換芯計(jì)劃，并在當(dāng)年 11 月首推電腦芯片 M1，到現(xiàn)在不到兩年的時(shí)間，蘋果已接近完成既定的“兩年芯片過渡計(jì)劃”，只差最后一款 Mac Pro。

去年蘋果推出性能爆棚的 M1 Max 芯片時(shí)，大家普遍以為這已經(jīng)是 M1 系列芯片的封頂之作，畢竟 M1 Max 芯片已經(jīng)觸及臺(tái)積電 N5 制程可制造的極限，面積達(dá)到 432mm2。

結(jié)果，蘋果這次直接掀翻了臺(tái)式機(jī)芯片的天花板，亮出 M1 系列的真正收官之作 ——M1 Ultra。

據(jù)芯東西得知，M1 Ultra 就是蘋果 M1 系列的最后一顆芯片，不會(huì)有第五顆了。而且從一開始，蘋果就有清晰計(jì)劃要分為三個(gè)階段來(lái)將 M1 用到 Mac 產(chǎn)品：第一階段，進(jìn)入到普及性的 Mac，包括 MacBook Air、Mac Mini 乃至入門版 MacBook Pro；第二階段，來(lái)到更高階的 MacBook Pro；第三階段，進(jìn)入專業(yè)級(jí)臺(tái)式機(jī)主機(jī)，將桌面電腦性能推升到一個(gè)新的高度。

M1 Ultra 采用臺(tái)積電 5nm 工藝，由兩塊 M1 Max 芯片拼接而成，這樣的“組合”使得其晶體管數(shù)量達(dá)到 1140 億顆，這也是蘋果自研芯片的晶體管數(shù)量首次突破 1000 億顆。

該芯片的各項(xiàng)硬件指標(biāo)也翻番：20 核 CPU 包含 16 個(gè)高性能核心、4 個(gè)高能效核心；GPU 核心數(shù)量增至 64 核；32 核神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎能夠帶來(lái)每秒 22 萬(wàn)億次的運(yùn)算能力；統(tǒng)一內(nèi)存最高規(guī)格達(dá)到 128GB；內(nèi)存帶寬提升至 800GB / s，達(dá)到最新型號(hào)臺(tái)式 PC 芯片的 10 倍以上。同時(shí)，M1 Ultra 最高支持 8TB 的 SSD 固態(tài)硬盤存儲(chǔ)。

尤其是多 die（Multi-die）GPU 配置，可以說是做了大膽而驚人的設(shè)計(jì)，這里的核心難度在于高端部件通常消耗的內(nèi)部帶寬過高，超過 1TB / s，致使將它們連接起來(lái)在技術(shù)上很難實(shí)現(xiàn)。

像之前 Mac Pro 中用的傳統(tǒng)多 GPU 系統(tǒng)，每個(gè) GPU 都是獨(dú)立的。因?yàn)閹挷粔颍鄠€(gè) GPU 難以在單個(gè)圖形任務(wù)上進(jìn)行有效地協(xié)同。但如果能通過某種方式將多個(gè) GPU 借助 die-to-die 技術(shù)連接起來(lái)，就可能在一個(gè)任務(wù)中同時(shí)使用它們。

這是多家芯片公司都在研究的問題，目前看來(lái)，蘋果似乎成為了第一家實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的公司。

在介紹 M1 Ultra 前，蘋果高管也就兩塊芯片“粘”在一起的難點(diǎn)賣了個(gè)關(guān)子，他說直接采用兩塊芯片來(lái)增加芯片核心面積的方式很常見，但以前這種做法會(huì)增加功耗、拖慢傳輸速率，給開發(fā)者增加負(fù)擔(dān)。

那么蘋果怎么做呢？

今天，蘋果揭曉了其秘密武器 ——UltraFusion。

在對(duì) M1 Ultra 做規(guī)劃時(shí)，蘋果考慮到對(duì)統(tǒng)一內(nèi)存的擴(kuò)充，重點(diǎn)思考了延遲、帶寬、功耗和性能等指標(biāo)，選擇采用了融合拼接的方式，并與合作伙伴（芯片代工制造方）進(jìn)行了非常密切的合作，來(lái)實(shí)現(xiàn) UltraFusion 技術(shù)的應(yīng)用。

這里涉及復(fù)雜的技術(shù)難關(guān)，比如，為了做到統(tǒng)一的架構(gòu)，上面和下面的芯片延遲需相同，CPU 看到的必須是一致的。蘋果要求其延遲不要超過一般的延遲，對(duì)性能的影響不到 10%。

此前 M1 系列芯片一直采用蘋果自己定制的封裝方式來(lái)實(shí)現(xiàn)高速統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)，而 UltraFusion 作為蘋果創(chuàng)新定制的多晶粒架構(gòu)，是 2.5D 先進(jìn)封裝的一個(gè)最新例子。

其基本原理應(yīng)該是某種硅中介層（interposer）被鋪在兩個(gè) M1 Max 芯片下面，兩個(gè)芯片之間的信號(hào)可以通過硅中介層的布線。這使得 M1 Ultra 芯片可同時(shí)傳輸超過 10000 個(gè)信號(hào)，其連接密度是現(xiàn)有技術(shù)的兩倍，實(shí)現(xiàn)高達(dá) 2.5TB / s 低延遲處理器間帶寬，比業(yè)內(nèi)高端多芯片帶寬的 4 倍還多。

這意味著，M1 Ultra 芯片雖然是兩個(gè)芯片的組合體，但在工作時(shí)會(huì)表現(xiàn)出一枚芯片的整體性，被所有軟件識(shí)別為一枚完整芯片，開發(fā)者無(wú)需重寫代碼就能直接運(yùn)用它的強(qiáng)大性能。

可以說，史無(wú)前例。

總而言之，借助 UltraFusion 架構(gòu)，蘋果成為第一家將兩個(gè) GPU 拼在一起而且實(shí)現(xiàn) 2.5TB / 秒超高傳輸速率的芯片供應(yīng)商。

蘋果這些不按常理出牌的做法，背后其實(shí)是一種以解決問題為第一目的實(shí)用主義原則在做指導(dǎo)，比如他們把這個(gè)“粘接融合多個(gè)芯片”的 UltraFusion 架構(gòu)沒有當(dāng)做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，只是他們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn) M1 Ultra 性能功耗目標(biāo)的一個(gè)工具，而如果后面遇到更大的挑戰(zhàn)，說不定還會(huì)整出怎樣更腦洞大開的“工具”。

除了這些以外，M1 Ultra 內(nèi)還集成了多種定制的蘋果技術(shù)，如能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)多臺(tái)外接顯示器的顯示引擎、雷電 4 控制器集成、同類最佳的安全技術(shù)，包括蘋果最新的安全隔區(qū)、基于認(rèn)證硬件的安全啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)防漏洞利用技術(shù)。

二、性能實(shí)測(cè)：GPU 功耗遠(yuǎn)低于英偉達(dá) 3090

蘋果在特定電腦系統(tǒng)上進(jìn)行了性能測(cè)試，大致可以反映 Mac Studio、Mac Pro 和 iMac 的性能對(duì)比。

參與測(cè)試的 Mac Studio 系統(tǒng)配置為 M1 Ultra 芯片、128GB RAM、8TB 固態(tài)硬盤，Mac Pro 系統(tǒng)配備了 3.2GHz 16 核英特爾 Xeon W 處理器、192GB RAM、4TB 固態(tài)硬盤，27 英寸 iMac 系統(tǒng)配備了 3.6GHz 10 核英特爾 Core i9 處理器、128GB RAM、8TB 固態(tài)硬盤。

根據(jù)蘋果提供的數(shù)據(jù)，在相同功耗下，M1 Ultra 處理多線程任務(wù)的速度比 16 核英特爾旗艦至強(qiáng) i9-12900K 提升了 90%；實(shí)現(xiàn)同樣性能時(shí)，M1 Ultra 的功耗比 12900K 少 100W。

這里需注意的是，在多線程工作負(fù)載方面，蘋果可以說一直都是頂級(jí)守擂者，但其在單線程方面有點(diǎn)擠牙膏，高性能核心已經(jīng)被英特爾新架構(gòu)超越。

GPU 方面尤其值得一提。

蘋果聲稱實(shí)現(xiàn)同樣的性能，M1 Ultra 的功耗只有主流獨(dú)立 GPU 的 1/3，或比最強(qiáng)顯卡英偉達(dá) GeForce RTX 3090 少 200W。

當(dāng)然，考慮到蘋果 M1 Ultra 采用的是臺(tái)積電 5nm 工藝，而英偉達(dá) 3090 采用的是三星 8nm 工藝，這里制造工藝的升級(jí)貢獻(xiàn)了一部分能效的提升。

相比 27 英寸 iMac 中的 AMD Radeon Pro 5700XT 獨(dú)立顯卡，M1 Ultra 的 GPU 性能提升高達(dá) 4.5 倍，甚至比起 Mac Pro 中的 AMD Radeon Pro W6900X，性能提升幅度也達(dá)到了 80%。下圖是 8K 渲染速度提升情況的測(cè)試結(jié)果。

M1 Ultra 的媒體處理引擎資源同樣翻倍，其處理 ProRes 格式視頻編解碼任務(wù)的吞吐能力提升至史上最高，最多可同時(shí)播放 18 條 8K ProRes 422 格式的視頻流。

三、將 A13 仿生芯片塞入顯示器

為了配合 Mac Studio 主機(jī)，蘋果還推出了一款分辨率達(dá) 5K 級(jí)別的新顯示器產(chǎn)品 Studio Display。

這款顯示器首次內(nèi)置了蘋果的自研旗艦手機(jī)芯片 A13，用于優(yōu)化視頻人物居中、空間音頻和“嘿 Siri”等功能的處理能力。

同時(shí)，新款 iPhone SE 用上和 iPhone 13 系列同款的 A15 仿生芯片，有 6 核 CPU 和 4 核 GPU，CPU 性能比 iPhone 8 提升 1.8 倍，GPU 處理速度比二代 SE 最高提升 1.2 倍，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理能力提升 26 倍。

iPad Air 5 亦換上與 iPad Pro 同款的 M1 芯片，相比上代 A14 性能提升達(dá)到了 60%，8 核圖形處理器最高提速至 2 倍，16 核神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎也讓機(jī)器學(xué)習(xí)性能大幅提升。

當(dāng)然，軟硬件協(xié)同是蘋果產(chǎn)品體驗(yàn)的一貫優(yōu)勢(shì)，macOS 系統(tǒng)和各款專業(yè) App 已為蘋果 M1 系列芯片優(yōu)化，能夠充分利用 M1 Ultra 的性能。

面向碳中和，蘋果稱其定制芯片的出色能效幫助 Mac Studio 在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)消耗更少電力，并稱 Mac Studio 在一整年里所消耗的電力比起一臺(tái)高端配置的臺(tái)式 PC 可節(jié)省最高達(dá) 1000 千瓦時(shí)。

蘋果目前在全球公司運(yùn)營(yíng)方面已實(shí)現(xiàn)碳中和，計(jì)劃在 2030 年年底前讓全部公司業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)碳中和，包括制造供應(yīng)鏈和所有產(chǎn)品生命周期在內(nèi)。這意味著蘋果所生產(chǎn)的每一枚芯片，從設(shè)計(jì)到制造，都將實(shí)現(xiàn) 100% 碳中和。

結(jié)語(yǔ)：蘋果芯，干翻自己！

如今，蘋果已經(jīng)在幾乎所有的 Mac 產(chǎn)品線中全面應(yīng)用了其自研芯片。

今天蘋果的推出 M1 Ultra 芯片，雖說與此前盛傳的 M2 芯片不符，但其直接將兩塊 GPU 連在一起的設(shè)計(jì)思路，乍一看有些出乎意料，但細(xì)想其實(shí)是非常合理的進(jìn)化方向。

決心在自研電腦芯片上一往無(wú)前后，蘋果每一次推出的 M1 系列芯片新品類都是各種先進(jìn)技術(shù)的集大成者，并且每一次都創(chuàng)造了一個(gè)新的芯片設(shè)計(jì)高地，誰(shuí)能想到當(dāng)初驚艷登場(chǎng)的 M1 芯片，如今竟成了 M1 系列中最低配的存在呢？

在單個(gè)芯片觸達(dá)實(shí)際尺寸極限后，蘋果開始走堆料路線，并通過創(chuàng)新架構(gòu)將多個(gè)芯片封在一起，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)悍的性能效果。理論上，三個(gè)乃至更多芯片的組合，也是可以實(shí)現(xiàn)的，不過據(jù)芯東西了解，蘋果暫無(wú)這么做的興趣。

至于 M1 芯片終極版本究竟能在實(shí)際產(chǎn)品中發(fā)揮出怎樣的水準(zhǔn)？我們非常期待看到它在后續(xù)實(shí)測(cè)的表現(xiàn)。

廣告聲明：文內(nèi)含有的對(duì)外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時(shí)間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。