解析苹果M2芯片:5nm二代200亿个晶体管,似乎是一个增强版的 A15? (苹果m2芯片什么水平)

钛媒体app 6月7日消息,今天凌晨苹果WWDC 2022主题演讲活动上,苹果公司正式发布适用于Mac、iPad设备平台,基于ARM架构的自研Apple Silicon M2处理器,全面更新了制程和性能配置。

这是自2020年11月首次发布自研芯片M1以來,时隔不到两年,苹果再度更新Apple Silicon M数字系列芯片,旨在取代M1芯片。

此外,M2距离今年3月8日更新M1系列顶配M1 Ultra,仅过了三个月左右——这意味着,你购买带刘海的笔记本电脑Macbook Pro,刚使用两个月就成了苹果旧款电脑。

截至目前,苹果在售的Mac产品线中,除了Mac Pro还采用英特尔芯片外,其他系列均已搭载M系列芯片。

苹果硬件高级副总裁斯鲁吉(Johny Srouji)表示:“M2开启第二代M系列芯片,超越M1的卓越功能。随着我们持续聚焦节能表现,M2带来更快的中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)和神经引擎。”

解析苹果M2芯片:5nm二代200亿个晶体管,GPU提升35%|硅基世界

具体来说,此次苹果新的 M2 处理器(芯片),采用台积电第二代5nm制程(台积N5P)工艺,拥有200亿个晶体管,比M1芯片多40亿(25%),比iPhone 13系列手机上搭载的A15 SoC晶体管数量多50亿,比AMD 6000系列,还多69亿个晶体管。

根据钛媒体App从台积电获得的数据显示,N5P制程技术,是台积电旗下5nm的主要强化版本,也是5nm平台中,仅次于N4、N4P的效能技术版本。

N5P的性能,较7nm制程工艺有15%的提升,降低了30%功耗。作为强化版的N5P,则预计效能比第一代5nm再提高5%、功耗减少10%,晶体管密度增加6%。

此外,N5P重要更新点在于,藉由减少光罩层数,来降低制程复杂度,且改善芯片的生产周期。而目前最强的N4P,预计2022年下半年完成产品设计,或采用在苹果M3芯片上。

而本次苹果发布的M2芯片,与英伟达今年4月发布的800亿个晶体管的Hopper H100芯片,制程相同,后者比之前次旗舰A100 GPU提升3到6倍性能。

本次苹果发布的M2芯片还支持最高24GB的LPDDR5统一内存,内置8核心CPU、10核心GPU。苹果表示,新的M2芯片CPU拥有四个性能核、四个效率核配置,M2 CPU性能(效能)比M1提升18%,GPU效能提升35%。

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另外,与最新的PC笔记本电脑芯片(英特尔酷睿i7-1255U)的GPU处理器相比,M2芯片在同等功耗水平下的运行速度快2.3倍,并且仅需前者1/5的功耗便可达到其峰值水平的性能。

此外,M2神经引擎数量也达到15.8亿,比M1提高40%;还有升级版的影像处理引擎,让M2能更顺畅地播放4K和8K影片;M2更新的ISP以及Secure Enclave(安全隔区),为用户提供行业领先的安全性。

需要注意的是,Secure Enclave 是几乎每台 Apple 设备都随附的安全协处理器,可提供额外的安全保护。iPhone,iPad,Mac,Apple Watch 和其他 Apple 设备上存储的所有数据都是使用随机私钥加密的,只能由 Secure Enclave 访问。这些密钥对设备而言是唯一的,并且永远不会与 iCloud 同步。

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总的来看,鉴于此次苹果官方只对比了M2、M1之间的性能和配置提升。因此,你可以理解为,苹果最新的M2芯片产品定位,介于M1和M1 Pro/Max/Ultra之间,取代M1——毕竟M1 Ultra是桌面级芯片,配备1140亿晶体管、20核CPU、32核神经引擎——Mac Studio和刘海屏Macbook Pro用户可以再高兴一会了。

如果说三个月前,苹果发布的M1 Ultra,是以“缝合拼图”的形式实现性能提升、震撼世人的话。新一代的M2,更多是通过台积电提供的制程节点更新,以及自身算法和配置上的加成,让M2实现比M1更好的性能表现。

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今天凌晨发布会上,苹果宣布,基于 M2 芯片的 2022款MacBook Air 以及更新的MacBook Pro即日起接受预定,将于7月上市,售价为9499元人民币起。

与此同时,由于苹果官网将Mac Mini、2020 M1 MacBook Air予以保留,因此,M1、M2两个芯片版本的硬件产品,预计还将同时存在一段时间。

另外,作为M1的更新迭代产品,预计苹果可能会在今年9月秋季发布会上,更新iPad产品线,将M2芯片塞入到iPad Pro当中。

不过比较遗憾的是,最受关注的苹果AR眼镜今天并未现身。尽管海报人物佩戴了眼镜,让外界浮想联翩,但是发布会上并未透露任何信息。天风证券分析师郭明錤指出,距离苹果AR/MR头显进入量产还需要一段时间,他预测苹果的AR设备将在2023年到来。

(本文首发钛媒体App,作者|林志佳)

M2 芯片 vs M1 芯片

M2的目标很直接,就是替换苹果产品线中的M1,最初搭载到13英寸MacBook Pro以及经过全新设计的MacBook Air上。M2的卖点是比原版M1系统芯片在多线程CPU负载上提高18%的性能,在GPU为主的负载上提高35%性能。

M2是苹果对其Mac系统芯片的第一次迭代尝试,加入了更新颖的技术,并更新了低端笔记本产品线,以应对来自竞争对手的挑战。

M2的发布还让我们窥探到苹果怎样处理苹果芯片生态系统中的升级。在iPhone家族中,A系列芯片时代的更新一直保持着一年一次的节奏;相反,传统的PC生态系统则差不多两年一次。而M2差不多取二者的折中,在M1发售后约一年半发售,尽管从架构的角度来看,它更接近于A系列芯片的一年一次更新。

从更高层来看, M2中的变化有限,或者至少说,这次苹果打算披露的变化有限。主要改变集中在几个关键区域,而不是像M1芯片那样推出大量新东西。虽然更多情况有待苹果在推出硬件本身时进行公布,但目前来看,M2看起来更像由A15芯片发展而来,就像M1由A14发展而来一样。因此,乍一看M1到M2的升级也类似于A14到A15的升级。

据苹果称,新的系统芯片包含大约200亿个晶体管,比M1多40亿(25%),比A15多50亿。芯片的制作工艺为苹果所谓的“第二代5纳米”制程,我们相信这种工艺类似于台积电的N5P,即A15芯片采用的公义。与N5相比,N5P能提供性能上的优势,但不会提高晶体管密度。所以,尽管苹果没有公布晶片大小,从苹果公布的晶片对比图中可以看出,M2尺寸要比M1大很多。

苹果芯片

芯片类型

M2

M1

CPU

4个高性能核心(Avalanche?)

16MB共享L2缓存

4个高效率核心(Blizzard?)

4MB共享L2缓存

4个高性能核心(Firestorm)

16MB共享L2缓存

4个高效率核心(Icestorm)

4MB共享L2缓存

GPU

“下一代”

10核心

3.6TFLOPS

8核心

2.6TFLOPS

神经元引擎

16核心

15.8TOPS

16核心

11TOPS

内存控制器

LPDDR5-6400

8个16位通道

总带宽100GB/秒(联合)

LPDDR4-4266

8个16位通道

总带宽68GB/秒(联合)

内存容量

24GB

16GB

编码解码

8K

H.264,H.265,ProRes,ProRes RAW

4K

H.264,H.265

USB

USB4/Thunderbolt 3

2端口

USB4/Thunderbolt 3

2端口

晶体管数量

200亿

160亿

Mfc制程

“第二代5纳米”

TSMC N5P?

TSMC N5

从第一行开始,在ARM架构的CPU核心方面,M2维持了苹果的4个高性能核心加4个高效率核心的组合。苹果并没有披露这里用的CPU核心是哪一代,但根据性能期望和时间来看,我们有理由相信这是苹果在A15中首次公布的Avalanche和Billizard核心。

至于性能,苹果说M2能比M1在多线程CPU方面提高18%。苹果并没有给出时钟频率和IPC方面的提高的具体数据,但如果我们关于Avalanche/Blizzard的推测是正确的,就可以准确地猜测出具体数据。相对于A14/M1中的Firestorm,Avalanche仅提供少量的性能提升,因为绝大部分提升都在整体的能耗效率上。因此,性能提升来自时钟频率的提升,而不是IPC的提升。

M2的高性能核心搭载的L2缓存也比较大,这也起到了提高性能的作用。M1只有12MB的共享L2缓存,M2将其提高到了16MB,比M1和A15都多了4MB。

根据A15的表现,我们可以推测出,这一代CPU最大的更新就是功耗方面。Blizzard CPU核心越来越像大型核心,提供较高的性能,以及比其他ARM高效率核心设计更宽广的后台设计。在其他方面,Blizzard增加了第四个整数ALU,与其他相结合,能为A15带来显著(28%)的性能提升。有理由相信,M2也会有类似的提升,尽管具体数值取决于苹果采用的时钟频率。

这也可以说明为何苹果在与自家产品的对比中将关注点放在了多线程性能上。由于最大的性能提升来自高效率核心,在需要性能的情况下,多线程负载能最大限度地利用P核心和E核心,获得最佳的性能提升。从整体来看,Avalanche/Blizzard在CPU微架构前端方面获得过很好的成绩,可以预期M2芯片会继承这些成果。

同时,在GPU前端方面,苹果走得更远。 M2的底层架构是所谓的“下一代”GPU,带有10个CPU核心,比M1的8个核心多了两个。官方公布的数据是GPU能达到3.6TFLOPS,比8核心的M1多了1TFLOPS。而且,新的GPU还带有更大的共享L2缓存,而苹果没有公布M1的缓存大小。

更多的核心数量,以及大约10%的GPU时钟频率提升(根据TFLOPS测算),两者共同构成了M2的GPU的性能提升。在标称功耗(大约12W)下,M2的GPU性能大约比M1高25%。但是,M2的GPU的功耗可以超过M1的GPU。根据苹果的数据,M2在全功率状态下消耗大约15W,其性能比M1提高大约35%。

总体来看,这表明尽管苹果在努力提高能耗效率,其GPU的最高功耗也在上升。对于轻量级的负载来说,这并没有什么影响,但我们很期待它在繁重且长期的负载上的表现,特别是在无风扇的MacBook Air上的表现。同时,GPU的显示控制器似乎没有改变,最大只能支持6K的外接显示器。

GPU更新的同时,M2还更新了其视频编码解码模块,乍一看非常像从M1 Pro/Max上直接切下来的模块。这些芯片提供了对苹果的ProRes和ProRes RAW编码的支持,现在这些支持集成到了M2芯片内。同样,M2现在正式支持8K视频解码,而M1只能支持4K,虽然并没有官方说明。

最后,在处理能力方面,M2继承了A15更新的神经元引擎。根据苹果公布的消息,这个引擎依然是16核心设计,而且恰巧与A15的神经元引擎拥有相同的15.8TOPS(每秒158亿次操作)的性能。虽然它仅仅与A15持平,但仍比M1的神经元引擎快40%,后者的速度只有11TOPS。

总的来说,苹果在第二代芯片的性能方面有很大信心,而且坚信能与英特尔一决胜负。虽然我们要等到拿到实际的硬件才能确认其性能,但M1已经证明了苹果的成功,所以我们相信M2也一样出色。

内存:LPDDR5-6400,最大24GB

虽然最新的苹果芯片的核心逻辑似乎是一个增强版的A15,但它有一个不得不说的优势:支持LPDDR5。

原始的M1(以及A15)仅支持LPDDR4x内存,而M2支持最新的LPDDR5内存标准。最大的变化就是它支持更高内存时钟频率。根据苹果的数据,M2的速率为6400Mbps/pin(LPDDR5-6400),与原始M1的4266Mbps/pin(LPDDR4x-4266)相比是一个巨大的提升。这一提升的直接结果就是,在芯片的128位内存总线上,M2的内存带宽能达到100GB/秒,与M1(约68GB/秒)相比大约有50%的提升。

苹果在内存技术方面不寻常的激进,是在笔记本市场上保持竞争力的一个关键,所以巨大的内存带宽提升能帮助苹果保持领先地位。提高内存带宽进一步从各个方面为芯片带来了提升,特别是在GPU性能上(内存带宽通常会成为GPU的瓶颈),因此支持LPDDR5才能让这个10核心的GPU发挥全部性能。虽然,M2是在追赶:M1 Pro/Max/Ultra率先支持LPDDR5,实际上M2是整个M系列芯片中最后一个支持LPDDR5的。

而且,苹果将LPDDR5内存的支持模块直接放到了处理器晶片内。所以M2芯片必须预装内存,因此笔记本的供货量可能会因为内存容量和最流行的配置而有较大波动,特别是在发售早期。

M2设备可以选择8GB、16GB或24GB内存。考虑到苹果依然使用两片内存,似乎苹果终于开始考虑利用LPDDR对于非2的倍数内存颗粒的支持了(例如12Gb的内存颗粒),这样不需要暗中操作就能在一片内存中获得12GB的容量。假设苹果将这种技术向下应用到Pro/Max/Ultra芯片上,我们就能看到所有苹果芯片的最大内存容量都得到50%的提升。

其他:新的ISP,不变的USB

今天的M2发布会中还有几点值得一提。

首先,M2的ISP以及Secure Enclave都得到了更新。就像M2的其他方面一样,这些应该继承自A15。

同时,仔细看看新的MBA和MBP的配置就会发现,其USB或其他I/O支持并没有什么变化。2020年,M1就已经走在了最前沿,支持USB4,所以这方面没有任何改变。这意味着芯片依然只能支持Thunderbolt 3,尽管Thunderbolt 4已经发布超过一年了。MBA和MBP都有两个USB口,所以可以认为,这仍然是芯片本身的限制。

苹果完全没有提到PCIe的能力。等拿到硬件之后就可以知道了,但至少目前没有理由相信苹果会增加PCIe 5的支持,或增加可用通道的数量。I/O依然是整个苹果芯片家族的某种制约,所以我很想知道最终的苹果芯片的Mac Pro会怎样。

即将正式发售

最终,M2会搭载于新款的2022版MacBook Air和更新后的13寸MacBook Pro。当前, MacBook Pro将于本周五正式发售, MacBook Air的发售时间还没确定。

不过,值得注意的是,M1也不会退役,它依然是Mac Mini的核心。而且今年Mac Mini并没有发布任何更新,苹果也还在销售2020版M1的MacBook Air。所以至少在不远的将来,M1和M2的入门版本芯片依然能买到,就看你的选择是什么了。

原文地址:https://www.anandtech.com/show/17431/apple-announces-m2-soc-apple-silicon-updated-for-2022

苹果小白泽

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