Apple M1 Pro & M1 Max性能上的全面發(fā)力

昨晚Apple的MacBook Pro 14”和16”的神秘面紗終于揭開，新的M1 Pro和M1 Max芯片也終于亮相。

M1 Pro和Max是去年M1的后續(xù)產(chǎn)品，Apple開始用自研芯片全面取代x86芯片。M1取得了很大成功，展示出了筆記本市場上最優(yōu)秀的能效。盡管M1速度很快，但仍然屬于小型SoC（甚至還支撐著iPad Pro產(chǎn)品線），以及相應(yīng)的較低的TDP，仍然在競爭中不及更大、更大功耗的芯片。

但這次的兩款芯片，Apple全力在追趕性能，更多的CPU內(nèi)核、GPU內(nèi)核…… 蘋果現(xiàn)在也增加了功耗預(yù)算，和iPhone與iPad的性質(zhì)完全不同。

M1 Pro：10核CPU、16核GPU、337億個晶體管，245mm²

先來看M1 Pro，為Apple所謂的no-compromise筆記本電腦SoC奠定了基礎(chǔ)。

Apple從封裝開始演示，M1 Pro仍然非常有特點，包括SoC和內(nèi)存封裝在單個PCB上。這與其他傳統(tǒng)芯片形成鮮明對比，例如AMD或Intel的DRAM要么在DIMM插槽，要么焊在主板上。Apple的方式顯然會提高能效。

Apple透露，與M1相比，M1 Pro的內(nèi)存總線增加了一倍，從128bit LPDDR4X接口轉(zhuǎn)向更寬、更快的256bit LPDDR5接口，提供高達(dá)200GB/s的系統(tǒng)帶寬。我們不知道這個數(shù)字是精確的還是四舍五入，但LPDDR5-6400接口的帶寬將達(dá)到204.8GB/s。

Apple還非常給力地展示了M1 Pro和M1 Max的die shot，芯片的布局一目了然。從內(nèi)存接口開始看，這些接口現(xiàn)在更加集成到SoC的兩側(cè)，而不是像M1那樣沿著兩條邊緣展開。由于接口寬度的增加，我們看到內(nèi)存控制器占了相當(dāng)大部分。更有趣的是，Apple現(xiàn)在顯然在內(nèi)存控制器后面直接使用了兩個系統(tǒng)級緩存（SLC）塊。

Apple的SLC一直很突出，因為它們服務(wù)于整個SoC，能夠擴(kuò)大帶寬，減少延遲，或只是通過避免內(nèi)存任務(wù)中斷來節(jié)省功耗，從而極大地提高了能效。這個新一代SLC與M1大不相同。SRAM單元區(qū)域看起來比M1大，雖然現(xiàn)在無法完全確認(rèn)這一點，但可能意味著每個SLC中有16MB的緩存。因此M1 Pro的總SLC緩存可能是32MB。

CPU方面，Apple已將能效核的數(shù)量從4個減到2個。我們不知道這些核是否會與M1相似，或者Apple采用了A15 SoC的新IP，A15在這方面有一些更大的微架構(gòu)變化。

在性能核方面，Apple增加了一倍，達(dá)到了8核。Apple的性能核在M1上令人印象深刻，但在多線程（MT）性能方面遜于其他8核SoC。性能核翻倍應(yīng)該會有巨大的MT性能提升。

在die shot中，我們看到Apple似乎正在鏡像兩個4核塊，L2 cache也鏡像了。盡管Apple在這里引用了24MB的L2，但它相當(dāng)像2*12MB的設(shè)置，使用的是類似AMD的core-complex設(shè)置。這意味著兩個性能集群的一致性正在超越結(jié)構(gòu)和SLC。當(dāng)然，這是目前的猜測。

CPU性能指標(biāo)方面，Apple與競爭對手進(jìn)行了一些比較。特別是這里比較的SKU是Intel的Core i7-1185G7，以及Intel最新的Tiger Lake 10nm“SuperFin”CPU的Core i7-11800H、4核和8核版本。

Apple聲稱，在多線程性能方面，性能都大大優(yōu)于Intel的任何芯片，且功耗要低得多。呈現(xiàn)的性能/功率曲線表明，在30W的相同功耗下，M1 Pro和Max的CPU吞吐量比11800H快1.7倍，11800H的功耗曲線非常陡峭。在相同性能水平上（使用了11800H的峰值性能），Apple表示，M1 Pro/Max相同性能水平下低70%的功耗。這個數(shù)字差異大的甚至有些尷尬。

除了強(qiáng)大的CPU外，Apple還在擴(kuò)大他們定制的GPU架構(gòu)。M1 Pro現(xiàn)在采用了16核GPU，計算吞吐量為5.2 TFLOP。有趣的是，這個巨大的GPU將得到更大的內(nèi)存總線支持，以及可能是32MB的SLC。后者的作用基本上類似于AMD現(xiàn)在通過其GPU無限緩存實現(xiàn)的功能。

據(jù)稱，Apple的GPU性能遠(yuǎn)超任何上一代競爭對手的集成顯卡性能，因此他們選擇直接與中端筆記本電腦的獨(dú)顯進(jìn)行比較。在這種情況下，M1 Pro與GeForce RTX 3050 Ti 4GB對比，Apple的芯片以70%的功耗達(dá)到了相似的性能。這里的功耗約30W，目前還不清楚這是SoC的總功耗還是系統(tǒng)功耗，還是GPU本身。

除了GPU和CPU，Apple還指出他們大幅改進(jìn)的Media Engine，現(xiàn)在可以處理ProRes和ProRes RAW的硬件加速解碼和編碼，這對內(nèi)容創(chuàng)作者和專業(yè)攝像師來說是非常有吸引力的。Mac在視頻編輯方面一直享有美譽(yù)，但RAW格式的硬件加速引擎將是一個殺手級應(yīng)用，對這些專業(yè)用戶來說是直接的賣點。

M1 Max：570億個晶體管、432mm²的32核GPU怪物雖然M1 Pro在性能方面趕超了競爭對手，但M1 Max的目標(biāo)是提供前所未有的性能，將GPU增加到32核。本質(zhì)上，它不再是具有集成GPU的SoC，而是圍繞著SoC的GPU。

M1 Max的封裝略有變化，因為更大。最明顯的變化是DRAM從2增加到4個，這也與內(nèi)存接口寬度從256bit增加到512bit相對應(yīng)。Apple強(qiáng)調(diào)了400GB/s的巨大帶寬，如果是LPDDR5-6400，可能更準(zhǔn)確地說是409.6GB/s。這種帶寬在SoC中聞所未聞，但在非常高端的GPU中是正常的。

在M1 Max的die shot上，看起來相當(dāng)奇怪。首先，GPU上方芯片的整個頂部看起來與M1 Pro基本相同，指出Apple正在重復(fù)使用大部分設(shè)計，Max只是在塊布局中向下生長的。

另外兩個128bit LPDDR5是很明顯的，有趣的是，它們也在增加SLC塊的數(shù)量。如果確實是每個16MB，那么整個SoC使用的是64MB片上通用緩存。除了明顯的GPU用途外，確實想知道CPU能用如此巨大的內(nèi)存帶寬資源實現(xiàn)什么。

M1 Max真的很大。Apple說M1 Pro晶體管數(shù)量為337億個，而M1 Max的晶體管數(shù)量高達(dá)570億個。AMD宣傳說520mm²的Navi 21 GPU為268億個晶體管，采用的是TSMC 7nm工藝。由于Apple使用TSMC先進(jìn)的5nm工藝，Apple用更小芯片尺寸裝下了更多的晶體管數(shù)量。即使與NVIDIA最大的7nm芯片540億個晶體管的GA100相比，M1 Max的晶體管數(shù)量仍然更龐大。

Apple展出了M1、M1 Pro和M1 Max的尺寸對比，它們確實為1:1的比例。在這種情況下，我們已經(jīng)知道M1是120mm²，M1 Pro 245mm²，M1 Max約為432mm²。

32核GPU占據(jù)了大部分面積，Apple說GPU達(dá)到了10.4TFLOP?；氐絛ie shot，似乎基本反映了16核GPU的布局。這里首先想到的是，2個GPU協(xié)同工作，但GPU的兩半之間似乎確實有一些共享邏輯。一旦我們看到系統(tǒng)的軟件行為，可能會更清楚地了解這一點。

在性能方面，Apple正在與市場上最好的產(chǎn)品進(jìn)行競爭，將M1 Max的性能與GeForce RTX 3080的性能進(jìn)行比較，功耗要低100W（60W vs 160W）。Apple還與RTX 3080的100W TDP進(jìn)行了比較，性能仍然優(yōu)于Nvidia的獨(dú)立GPU，同時功耗低40%。

我們等待新款M1系列芯片已經(jīng)有一年多了，Apple不僅滿足了這些期望，甚至超越了預(yù)期。M1 Pro和M1 Max看起來都是極具差異化的設(shè)計，與我們在筆記本電腦領(lǐng)域見過的任何設(shè)計大不相同。如果M1表明Apple在芯片方面的成功，那么M1 Pro/Max也毫無疑問為蘋果的Mac產(chǎn)品奠定了更堅固的基礎(chǔ)，已將競爭對手遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在了后面。

[參考文章]Apple Announces M1 Pro & M1 Max: Giant New Arm SoCs with All-Out Performance — Andrei Frumusanu