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蘋果釋出M2晶片:5nm,200億電晶體

  • 由 半導體行業觀察_ 發表于 動作武俠
  • 2022-09-09
簡介M1(甚至 A15)僅支援 LPDDR4x 記憶體,而 M2 是第一款支援更新的 LPDDR5 記憶體標準的 Apple SoC

36管控制器是多少瓦

雖然主要是一個以軟體為中心的活動,但 Apple 的 WWDC 主題演講通常也是釋出一兩個有趣的硬體的舞臺,今年 Apple 也沒有讓人失望。

在公司今年最大的與 Mac 相關的主題演講中,Apple 推出了 M2,這是他們用於 Mac(和 iPad)平臺的第二代 Apple Silicon SoC。M2 在多執行緒 CPU 工作負載和峰值 GPU 工作負載方面比原來的 M1 SoC 效能提升約 18%,在峰值 GPU 工作負載方面效能提升 35%,這是 Apple 第一次有機會迭代其 Mac SoC 以整合更新的技術,並重新整理其較低的面對競爭對手的最新更新,升級膝上型電腦。

在釋出了 M1 SoC 之王 M1 Ultra後不到 3 個月,蘋果帶來了Apple Silicon M2 新系列 SoC 中的第一個(當然也不是最後一個)產品。M2 SoC 旨在取代 Apple 產品系列中的 M1,最初是在 13 英寸 MacBook Pro 和 MacBook Air 的更新版本中推出的——在此過程中,MacBook Air 正在進行相當大的重新設計。

M2 的推出也讓我們第一次真正瞭解了 Apple 將如何處理 Apple Silicon 生態系統中的更新。對於 iPhone 系列,Apple 一直保持每年更新 A 系列 SoC 的節奏;相反,傳統的 PC 生態系統最近接近 2 年的節奏。M2 似乎將其從中間分開,比最初的 M1 晚了大約一年半——儘管在架構方面它看起來更接近於 A 系列 SoC 的年度更新。

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從較高的層面來看,M2 的變化數量有限——或者至少與蘋果目前希望披露的一樣多——重點在於幾個關鍵領域,而最初的 M1 SoC 則大有作為。 雖然所有這些都是在 Apple 進一步披露或獲得硬體本身動手時間之前的初步結果,但 M2 看起來很像 A15 SoC 的衍生產品,類似於 M1 是從 A14 衍生而來的。因此,乍一看,M1 到 M2 的升級看起來與A14 到 A15 的升級非常相似。

根據 Apple 的說法,新的 SoC 由大約 200 億個電晶體組成,比原來的 M1 多 40億(25%),比 A15 SoC 多 50億。該晶片採用 Apple 所稱的“第二代 5nm”工藝製造,我們認為這很可能是臺積電的 N5P 產品線,與 A15 SoC 使用的產品線相同。與 N5 相比,N5P 提供了改進的效能特徵,但沒有提高密度。因此,雖然蘋果沒有透露晶片尺寸,但該公司的並排晶片照片至少是準確的,因為 M2 將是比 M1 更大的晶片。

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從頂部開始,在ARM架構的CPU核心方面,M2保留了蘋果的4效能+4效率核心配置。Apple 並未在此處披露他們使用的是哪一代 CPU 核心,但根據效能預期和時間安排,我們完全有理由相信這些是在 A15 上首次引入的 Avalanche 和 Blizzard 核心。

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在效能方面,Apple 表示 M2 的多執行緒 CPU 效能比 M1 提高了 18%。該公司沒有提供時鐘速度與 IPC 增益的細分,但如果我們對 M2 是 Avalanche/Blizzard 的預感是正確的,那麼我們已經很好地瞭解了細分是什麼。相對於 A14/M1 中的 Firestorm 核心,Avalanche 僅提供適度的效能提升,因為 Apple 將大部分改進投入到提高整體能效上。因此,那裡的大部分效能提升來自時鐘速度的提高,而不是 IPC 的改進。

M2 上的高效能 CPU 核心還配備了更大的二級快取池,這也有助於提高效能。M1 在核心之間共享 12MB 的 L2 快取,而 M2 將其提升到 16MB,比 M1 和 A15 都增加了 4MB。

根據我們在 A15 上已經看到的情況,這一代中這個更大的更新是在效率核心方面。Blizzard CPU 核心的行為越來越像不那麼小的核心,與我們在其他 Arm 效率核心中看到的相比,提供了相對較高的效能和更廣泛的後端設計。除其他外,Blizzard 增加了第四個整數 ALU,結合其他更改,使 A15 在這些核心中的效能顯著提高(28%)。延續到 M2,期待類似的收益並不是不合理的,儘管萬用字元因素將是 Apple 的時鐘速度。

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反過來,這似乎也是為什麼 Apple 似乎決定專注於 MT 效能以進行 Apple to Apple 之間的比較。最大的效能提升來自效率核心,在效能受限的情況下,MT 工作負載可以將 E 核心與 P 核心一起使用,從而獲得最大的效能提升。總體而言,Avalanche/Blizzard 在 CPU 微架構方面的表現並不理想,而 M2 SoC 似乎也延續了這一趨勢。

與此同時,在 GPU 方面,Apple 的規模越來越大。儘管對底層架構一如既往地低調處理——僅將其稱為“下一代”GPU——但 M2 內建了 10 個 GPU 核心,而 M1 為 8 個。官方稱這款 GPU 為 3。6 TFLOPS,比 8 核 M1 多出 1 TFLOPS。同樣,新的 GPU 配備了更大的共享 L2 快取,儘管 Apple 沒有透露快取大小。

結合更大的核心數量和 GPU 時鐘速度似乎增加 10% 左右(基於 TFLOPS),Apple 正在吹捧 M2 的 GPU 的兩個效能資料。在等功率 (~12W) 下,M2 的 GPU 效能應該比 M1 快 25%。然而,無論好壞,M2 的 GPU 也可以比 M1 的 GPU 消耗更多的功率。根據 Apple 的說法,在 15 瓦的全功率狀態下,效能可以提高 35%。

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總體而言,這表明雖然 Apple 已經能夠提高其能源效率——GPU 喜歡執行寬且慢——但 Apple 的峰值 GPU 功耗正在上升。這對輕型工作負載的影響應該很小,但看看它對於相對繁重和恆定的工作負載意味著什麼將會很有趣,尤其是在無風扇的 MacBook Air 上。與此同時,GPU 的顯示控制器似乎保持不變,外接顯示器最高為 6K。

與 GPU 更新無關,M2 還配備了更新的影片編碼/解碼模組,乍一看很像 M1 Pro/Max 上使用的模組的精簡版。這些 SoC 增加了對 Apple 的 ProRes 和 ProRes RAW 編解碼器的支援,並且這種支援現在已經過濾回基本的 M2 SoC。同樣,Apple 現在正式支援 M2 上的 8K 影片解碼,而 M1 雖然從未有官方解析度指定,但本質上是 4K 部件。

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最後,在處理方面,M2 繼承了 A15 更新的神經引擎。根據 Apple 的說法,這仍然是一個 16 核的設計,並且它恰好具有與 A15 的神經引擎相同的每秒 15。8 萬億次操作 (TOPS) 評級。儘管僅與 A15 不相上下,但仍比 M1 的神經引擎快 40%,後者的最高速度為 11 TOPS。

總而言之,Apple 對其第二代 Apple Silicon 晶片的效能表現出極大的信心,對它與英特爾的競爭力更是充滿信心。雖然我們將不得不等待獲得硬體以確認其效能,但 M1 確實沒有辜負那裡的要求。因此,對 M2 的期望也同樣高。

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Apple 首次:LPDDR5 記憶體

雖然 Apple 最新 SoC 的核心邏輯在很大程度上似乎是 A15 的增強版,但它確實有一個非常值得注意的 Apple SoC 設計:LPDDR5 支援。

M1(甚至 A15)僅支援 LPDDR4x 記憶體,而 M2 是第一款支援更新的 LPDDR5 記憶體標準的 Apple SoC。其中最大的變化是支援更高的記憶體時鐘速度;根據 Apple 的資料,M2 的執行速度為 6400Mbps/pin (LPDDR5-6400),顯著高於 M1 的 4266Mbps/pin (LPDDR4x-4266) 記憶體時鐘速度。最終結果是,在 SoC 的 128 位記憶體總線上,M2 有 100GB/秒的記憶體頻寬可供使用,比 M1 增加了 50%(約 68GB/秒)。

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與膝上型電腦領域的競爭對手相比,Apple 非常規地使用記憶體技術仍然是其關鍵優勢之一,因此記憶體頻寬的顯著增加有助於 Apple 保持這一地位。記憶體頻寬的改進進一步改善了 SoC 的各個方面,尤其是 GPU 效能,其中記憶體頻寬通常是一個瓶頸因素,這使得新增 LPDDR5 成為更大的 10 核 GPU 的關鍵推動力。儘管如此,蘋果在某些方面還是在追趕——他們在推出支援 LPDDR5 的處理器方面落後於英特爾和 AMD。

除此之外,Apple 再次將其 LPDDR5 記憶體包與處理器晶片本身放在晶片上。因此,每個 M2 晶片都需要提前配備記憶體,並且裝置供應可能會根據記憶體容量而有所波動,具體取決於最流行的配置,尤其是早期配置。

M2 裝置提供 8GB、16GB 或 24GB 記憶體。鑑於 Apple 仍然只使用兩種記憶體,看起來該公司終於利用了 LPDDR 對非二次方晶片尺寸(例如 12Gb 晶片)的支援,這允許他們將 12GB 記憶體放入一個單一封裝,沒有任何進一步的惡作劇。假設 Apple 為強制性 Pro/Max/Ultra SoC 複製了這一點,我們應該會看到所有 Apple SoC 的最高記憶體容量比上一代增加了 50%。

其餘的:更新的 ISP,相同的 USB

在今天的 M2 公告中,還有一些需要快速呼叫的專案。

首先,M2 正在獲得更新的 ISP 以及更新的 Secure Enclave。與 M2 的其他方面一樣,這些方面很可能繼承自 A15,A15 也收到了類似的更新。

同時,檢視新 MBA 和 MBP 的規格表明,新 SoC 的 USB 或其他 I/O 支援沒有任何顯著變化。M1 在 2020 年推出支援 USB4 時已經處於曲線的頂端,因此這裡沒有任何變化。然而,這確實意味著 SoC 似乎仍僅限於對 Thunderbolt 3 的支援,儘管 Thunderbolt 4 現已推出一年多。MBA 和 MBP 都附帶兩個 USB 埠,因此這似乎仍然是 SoC 的本機限制。

蘋果釋出M2晶片:5nm,200億電晶體

蘋果也完全沒有談論 PCIe 功能。一旦我們掌握了硬體,我們就會知道更多,但至少目前沒有理由相信 Apple 已經增加了 PCIe 5 支援或改變了可用通道的數量。I/O 一直是整個 Apple Silicon 系列的一個限制因素,所以我確實想知道這對最終的 Apple Silicon Mac Pro 意味著什麼。

七月上市

在今天的公告結束時,M2 將在新的 2022 MacBook Air 以及更新的 2022 12 英寸 MacBook Pro 中發貨。據蘋果稱,這些裝置將於 7 月上市,今天開始接受預訂。

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與此同時,M1 不會去任何地方。除了作為 Mac Mini 的核心——它今天沒有收到更新——蘋果還在保留基於 2020 M1 的 MacBook Air。因此,入門級 M 系列 SoC 的兩個版本都將繼續存在一段時間。

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