了解蘋果M系列處理器的演變

隨著 M2 Ultra 的推出，為我們帶來了Mac Studio 更新和新的Mac Pro。從這顆芯片開始，蘋果也已經(jīng)完成了從英特爾到自研芯片的過渡，并完成了 M2 系列處理器。

現(xiàn)在，所有人的目光都聚焦在M3身上。報(bào)道稱，蘋果公司已經(jīng)在用 M3 測(cè)試新款筆記本電腦，第一臺(tái)可能會(huì)在今年晚些時(shí)候上市。我們對(duì) M3 還不太了解，只知道它很可能采用臺(tái)積電的 3nm 制造工藝制造。

如果我們想了解 M3 的前景，我們可以了解 M 系列處理器的演變以及它們與 iPhone 和 iPad 中使用的 A 系列的關(guān)系。在蘋果告訴我們之前，沒有人真正知道 M3 會(huì)帶來什么，但我們可以利用過去來幫助預(yù)測(cè)未來。

M3 與 A16 有何關(guān)系

去年年初，當(dāng)我們?cè)u(píng)估 M2 處理器的性能時(shí)，我們的假設(shè)基于一個(gè)簡單的概念：就像 M1 本質(zhì)上是一個(gè)大 A14 進(jìn)行一些調(diào)整一樣，M2 將是一個(gè)大 A15。如果你看一下A15和A14之間的性能差異，你就可以估算出M2和M1之間的性能差距。

結(jié)果非常好——我們的預(yù)測(cè)離我們并不遙遠(yuǎn)。我們相信 M3 將基于 A16 中相同的架構(gòu)更新，只是同樣具有更多核心和一些其他調(diào)整。可以公平地說，M3 與 M2 的性能差距與 A16 與 A15 的性能差距相同嗎？這可能過于簡單化了，但對(duì)于至少還需要幾個(gè)月的處理器討論來說，這是最好的起點(diǎn)。

臺(tái)積電3nm工藝

到目前為止所有的傳言都說M3將采用3nm芯片，由蘋果的合作伙伴臺(tái)積電制造。事實(shí)上，這就是為什么我們今年可能看不到基于 M3 的產(chǎn)品的原因之一。臺(tái)積電的 3nm 工藝仍屬于新興工藝，產(chǎn)能相對(duì)較小，蘋果今年秋季將其全部用于 iPhone 中的 A17。那些更大（且產(chǎn)量較低）的 M 系列芯片需要等待臺(tái)積電的制造能力提高，而這可能要到 2024 年才會(huì)實(shí)現(xiàn)。

但無論時(shí)間如何，制造業(yè)的這種轉(zhuǎn)變確實(shí)給我們的業(yè)績預(yù)測(cè)帶來了一些小問題。A14、A15、A16、M1和M2均采用臺(tái)積電5nm工藝的各個(gè)版本制造。躍升至 3nm 是一件相當(dāng)大的事情——它帶來了更大的密度，并且應(yīng)該允許更快的時(shí)鐘速度、更低的功耗，或者兩者兼而有之。

更大的密度意味著蘋果將擁有容納更多內(nèi)核、更多緩存或其他功能的空間，使 M3 從 A16 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)比 M2 到 A15 更大的飛躍。

M3：CPU 性能估計(jì)

我們首先來看看最近A系列芯片的單核CPU性能的演變。我們預(yù)計(jì) Geekbench 6.1 同比增長約 9-10%。

盡管所有三款芯片都具有相同的核心數(shù)量：兩個(gè)高性能核心和四個(gè)高效核心，但多核性能的改進(jìn)卻更高，每年在 15-20% 的范圍內(nèi)。

這將如何轉(zhuǎn)化為 M3 的性能？我們從 M2 分?jǐn)?shù)開始，然后添加我們?cè)?A15（M2 所基于的）和 A16（M3 可能基于的）之間看到的相同性能差異。這就是我們發(fā)現(xiàn)的……

單核得分約為 2900 分左右，M3 與英特爾第 13 代（Raptor Lake）CPU 處于同一水平。目前最快的 Intel 和 AMD 臺(tái)式機(jī) CPU 得分約為 3,000 分或稍低一些，而用于輕薄筆記本電腦的最高性能芯片則在 2,500-2,600 分范圍內(nèi)。自從 M1 以其性能和效率震驚處理器行業(yè)以來，英特爾和 AMD 已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，而蘋果需要通過 M3 在單核性能上實(shí)現(xiàn)驚人的巨大性能飛躍才能保持領(lǐng)先地位。

M3 的多核 Geekbench 分?jǐn)?shù)超過 11,000 分，這是假設(shè)蘋果提供了與 A16 相同的多核性能提升，但并沒有假設(shè)核心數(shù)量比 M2 有所增加。M3 Max 得分超過 16,000 分也是如此。雖然這些分?jǐn)?shù)都不錯(cuò)，但英特爾和 AMD 最好的臺(tái)式機(jī) CPU 目前的分?jǐn)?shù)約為 20,000。

16,000 的分?jǐn)?shù)與當(dāng)今最好的 Intel/AMD 筆記本電腦芯片一致，只有當(dāng)您考慮功耗非常有限的競(jìng)爭對(duì)手時(shí)，11,000 才具有競(jìng)爭力。

然而，彭博社的 Mark Gurman 報(bào)道稱，正在測(cè)試的 M3 Pro 版本目前擁有 12 個(gè)核心：6 個(gè)高性能核心和 6 個(gè)高效率核心。每個(gè) M2 都有四個(gè)效率分?jǐn)?shù)，因此蘋果可能至少在 M3 Pro/Max 甚至整個(gè) M3 系列中添加了幾個(gè)效率核心。如果發(fā)生這種情況，您可能會(huì)看到多核性能提高 1,000 點(diǎn)左右。

當(dāng) M3 產(chǎn)品上市時(shí)，英特爾和 AMD 預(yù)計(jì)將推出新一代處理器，進(jìn)一步提高性能和效率。在多核性能方面，M3 一代必須做出超出預(yù)期的改進(jìn)，才能超越英特爾和 AMD 所取得的進(jìn)步。

M3 和 M3 Max GPU 性能估計(jì)

當(dāng)預(yù)測(cè) GPU 性能時(shí)，情況會(huì)發(fā)生一些變化。蘋果在 M2 中添加了 GPU 核心，并且看起來很可能會(huì)對(duì) M3 代做同樣的事情。M2 將最大 GPU 核心數(shù)從 8 個(gè)減少到 10 個(gè)，M2 Pro 從 16 個(gè)減少到 19 個(gè)，M2 Max 從 32 個(gè)減少到 38 個(gè)。（M2 Ultra 是兩個(gè) M2 Max 芯片縫合在一起的。）

Mark Gurman 泄密稱，基本型號(hào) M3 Pro 有 18 個(gè) GPU 核心，比基本型號(hào) M2 Pro 增加了兩個(gè)核心；因此，配備齊全的M3 Pro可能有20-24個(gè)。由此我們可以推斷 M3 將有 10-12 個(gè) GPU 核心，M3 Max 將有 40-48 個(gè) GPU 核心。

以下是 Geekbench 6 中 Apple A 系列芯片上的 GPU 計(jì)算性能。

這會(huì)對(duì) GPU 性能產(chǎn)生什么影響？我們的估計(jì)是從 A15 到 A16 的飛躍，并將其應(yīng)用于 M 系列。

對(duì)于使用 Metal API 的 GPU 計(jì)算性能，這意味著 M3 的得分接近 45,000，M3 Max 的得分超過 155,000。這些數(shù)字相當(dāng)可觀，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于 PC 端最好的顯卡，后者在該基準(zhǔn)測(cè)試的 OpenCL 版本上得分在 250-300k 之間。與基于 Intel 的 Mac 配合使用的最佳 Radeon 卡得分超過 200,000。如果 Apple 按預(yù)期增加核心數(shù)量，您可以將這些分?jǐn)?shù)增加約 10%。

當(dāng)然，這些都不適合筆記本電腦。蘋果現(xiàn)在的策略是，將盡可能多的 GPU 性能壓縮到具有共享內(nèi)存的單個(gè)片上系統(tǒng)中，這意味著強(qiáng)大的功耗和散熱性能。最快的分?jǐn)?shù)將由耗電的桌面部件主導(dǎo)，這些部件可以為 CPU 和 GPU 分別提供數(shù)百瓦的功耗，而現(xiàn)在這完全是 Windows 和 Linux PC 的領(lǐng)域。

GPU 運(yùn)行計(jì)算算法的速度是一回事，但真正讓人興奮的是高端游戲的 3D 圖形性能。由于添加了第五個(gè) GPU 核心，從 A14 到 A15 的圖形性能有了很大提高，但 A16 仍然設(shè)法在保持相同核心數(shù)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了超過 12% 的性能提升，這主要?dú)w功于更快內(nèi)存的使用。

M系列不斷增加核心，預(yù)計(jì)還會(huì)再次增加。我們的估計(jì)表明性能得到了可觀的提升，但同樣，這與耗電的顯卡相比還相差甚遠(yuǎn)。即使您將額外核心的估計(jì)值增加 10%。

M3 Max 的得分為 28,000 分，與 GeForce RTX 3070 處于同一水平。對(duì)于可用于筆記本電腦的大型片上系統(tǒng)來說，這令人印象深刻，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于當(dāng)今最好的臺(tái)式機(jī) GPU。

蘋果可能還會(huì)給我們帶來驚喜

當(dāng)然，我們的性能假設(shè)著眼于從 A15 到 A16 的飛躍，并假設(shè)從 M2 到 M3 的飛躍同樣如此。但如果所有傳言屬實(shí)，M3 將采用新的 3nm 制造工藝，這可能會(huì)大幅增加晶體管數(shù)量?？梢钥隙ǖ氖?，M3 之于 M2 就像 A16 之于 A15 一樣，但我希望有更多。

這可以通過多種方式體現(xiàn)出來：更多的內(nèi)核、更多的緩存，甚至是為了提高吞吐量而進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)更改。關(guān)于幾個(gè)額外效率核心的傳言是合理的，但還有空間容納一兩個(gè)以上的高性能核心?；蛘?，高性能核心可能根本不遵循 A16 的架構(gòu)——也許蘋果有時(shí)間采用下一種設(shè)計(jì)，即可能出現(xiàn)在 A17 中的設(shè)計(jì)。

GPU架構(gòu)有點(diǎn)老舊了，在A16一代中并沒有真正改變。也許M3會(huì)有全新的GPU核心設(shè)計(jì)？對(duì)光線追蹤加速的期望是否過高？

當(dāng)然，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)蘋果來說非常重要。升級(jí)的神經(jīng)引擎并非不可能。

我抱怨說A16 本質(zhì)上是 A15+，這種芯片除了提升的時(shí)鐘速度和更快的內(nèi)存之外幾乎沒有什么可展示的。據(jù)推測(cè)，最初的 A16 設(shè)計(jì)與 A15 更加不同，旨在成為 3nm 芯片。但去年秋天，臺(tái)積電的工藝未能及時(shí)準(zhǔn)備好生產(chǎn)數(shù)千萬部 iPhone，因此我們得到了經(jīng)過調(diào)整的 A15。但隨著 M3 可能會(huì)晚得多，它可能會(huì)利用一些原本為 A16 設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變更和增強(qiáng)功能，但從未實(shí)現(xiàn)過。

當(dāng)M1發(fā)布時(shí)，整個(gè)CPU行業(yè)都陷入了停滯。到M3發(fā)布的時(shí)候，已經(jīng)過去三年多了，Intel和AMD都有時(shí)間做出調(diào)整，將性能和效率推向新的高度。如果 Apple 想要繼續(xù)以其性能和效率給人留下深刻印象，M3 就必須提供比 M2 更高的性能飛躍。它需要的不僅僅是從 A15 到 A16 的過渡，轉(zhuǎn)移到筆記本電腦和臺(tái)式機(jī)芯片上。與 5nm A16 相比，轉(zhuǎn)向 3nm 工藝使蘋果有機(jī)會(huì)做更多的事情來將 M3 與其前身分開，并且為了保護(hù)其聲譽(yù)，它必須這樣做。