苹果M1晶片的「究极体」 M1 Ultra强在哪?从结构看它下一步如何发展

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M1系列晶片终於落幕,M1Ultra的出现让人惊鸿一瞥,也明示了M系晶片将会继续巅峰下去。

面对物理工艺节点即将达到物理极限,苹果晶片设计师用了一个简单的「1+1」解决了一系列的晶片设计难题。

1Ultra=2Max,M1成了计量单位

在M1 Ultra发布前,苹果官网的M1 Max架构图并未展示出「高速总线」。

反而是由民间DIY爱好者所发现,并大胆的猜测这是为後续「拼接」晶片所预留。彼时猜测便是一则高速总线用来串联多块M1 Max。

M1 Ultra的确也是如此,通过预留的区域拼接在一起,同样,两枚晶片之间的数据互通,也经由拼接在一起的矽介质。

苹果也给它取了个很苹果的名字,称为Ultra Fusion。依稀记得Fusion这个词上次被提及,还是在iMac上的Fusion Drive,只不过上次结合的是硬盘,而这次是晶片,Ultra(极致)了一些。

其实,一台装置用上多枚晶片并非苹果首创,跟曾经的双路泰坦、四路泰坦有些类似。

只不过,苹果做了一些微小的工作,Ultra Fusion架构犹如统一RAM一样,摆脱了数据经由主板连接的读写性能和能效损耗。

M1 Ultra内的两枚M1 Max可以实现2.5TB/s的低延迟互联频宽。

不同於M1Pro、M1Max的多种规格,简单晶片加倍的M1Ultra共有两种规格。

  • 丐版M1Ultra:20核心CPU、48核心GPU、32核心神经引擎、64GB统一RAM
  • M1Ultra:20核心CPU、64核心GPU、32核心神经引擎、128GB统一RAM
  • 与之对应的就是砍半的M1Max。

从这里来看,M1Ultra的出现应该归功於封装技术,而非是晶片生产。通俗易懂地可以这样说是,苹果在设计M1Max时,预留了「涂胶水」的位置,「一拍即合」。

从M1出现,到M1Pro、M1Max再到M1Ultra,苹果的M系晶片以ARM架构的高能效比为基础,加入了令人啧啧称奇的「统一RAM」、「Ultra Fusion架构」,诞生的SoC足以颠覆传统的晶片设计。

这创新的想法,苹果架构师蒂姆・米勒特(Tim Millet)曾在访谈中表示,一切都是站在苹果十几年独自研发A晶片的「巨人」肩膀之上。而曾经下定投入海量资源决心自研晶片,自然是源自贾伯斯对完美产品的追求。

在今早凌晨,Tim Millet肯定的说,M1Ultra是最後的M1晶片,但距离两年从X86转向ARM阵营的期限,还有几个月的时间,而Mac系列里也差最後一块「一锤定音」的拼图。

Mac Studio并非承接自Intel版本的MacPro,而M1Ultra也不会是过渡期中最後和最强大的M晶片。

两年之约,M1Ultra并非是终章

晶片架构阵营转换,苹果有过一次经验,但从X86转到ARM如此的顺利,实属罕见。

M1系列晶片彻底解放了产品形态,苹果能够以Pro Work flow团队的一些特定需求来解决Mac产品的形态,Mac的产品定义和形态不再受晶片能效掣肘。

M1Ultra有着两倍的M1Max性能,但对於苹果来说,它还不够Pro,仅仅可以达到Studio等级。

在Mac Studio对外公布之後,Geek bench数据库中也出现了M1Ultra的跑分,单核心1793的分数与M1Max接近,但多核心性能直接来到24055,与AMD Ryzen 3960X线程撕裂者差不多。

而至於苹果口中的M晶片MacPro或许只有M2Ultra可解了。

在M1 Ultra和後续更强的M晶片不断上探Studio工作室级和Pro专业级市场,增加行业影响力之时,M1晶片也开始被下放至iPad,不断提升市场占有率。

除了「双路M1 Max」的M1 Ultra,M1也下放到iPad Air产品线中,无形之中降低了M晶片的准入门槛。而平板市场的回暖,也让iPad收益,一举夺得2021年全球平板电脑市场,34.2%的市场份额比第二、第三的三星和联想加起来都多,数据来自IDC。

搭载M1晶片的iPad Air 5也会是iPad的出货主力,M晶片的市场占有率自然也会大幅提升,继续强化M晶片认知度。

临近两年之约的节点,苹果显然加快了M晶片的布局频率,iPad Air、iPad Pro、MacBook Air、Mac Book Pro、Macmini、Mac Studio,能放M晶片的统统更新了个遍,与从Power转到Intel的历史进程保持一致。

另一层面上,经营十几载的苹果生态也有了空前号召力,除了一些行业软体和游戏外,大众的、专业的软体在过渡期内几乎齐齐的开发出了原生ARM版本,甚至微软的一众office套件也逐一适配。

凌晨的M1Ultra可以说是M1系列中最後的一块晶片,但以「两年之约」这个过渡期来说,M1Ultra可能只是个「高潮」,而非终结。

一锤定音的必定是MacPro。

M晶片的巨型恐龙化只是个表象

两块M1Max拼接成的M1Ultra已经超过辉达顶级GPUGA100晶片面积(826mm²),成为当下消费级最大的晶片。

其实,单个M1Max晶片432mm²的面积就已经十分可观,几乎无限接近了500mm²。面积再大,晶片设计良率会急转直下,如700mm²的设计合格率大概只有30%,缩小到150mm²良品率就飙升到80%。

另一方面,愈发先进的工艺制程也让晶片生产成本陡升。根据IBS所公布的数据,设计3nm晶片预计将耗资5.9亿美元,而5nm只要4.16亿美元,7nm为2.17亿美元,28nm不过才4000万美元。倘若苹果M晶片全面转入3nm的话,设计成本可能就要增加50%。

似乎无路可走,未来愈发不明朗了?

虽然仅仅是两枚晶片的拼接封装,M1Ultra成型的理念有些类似AMD的Chiplet(小晶片)技术。只不过,苹果用的是两枚超大晶片。

不同於苹果,Chiplet更多是运用旧工艺(如7nm晶片),小型化的晶片(CPU),利用先进的封装工艺进行混装,灵活度很高。

Chiplet的优势便是降低成本,摆脱对先进工艺节点的依赖,甚至可以弯道超车。不过,Chiplet是将晶片2D、3D堆叠,对於热管理设计和热功耗的控制更为严格。

但这些劣势在本身功耗比俱佳的M晶片上,似乎成为了进入Chiplet的一则优势。

在确定M1Ultra会是M1系列最後一枚晶片时,也使此前猜测的四枚M1Max拼接的巨型晶片自然也停留在了猜想阶段。

相对来说,在保证数据高速传输以及统一RAM的桎梏下,四枚M1Max的组合对Ultra Fusion架构的设计要求更高,但不排除在实验室中苹果已经有了相应的晶片构想和与之相配的平台。

只是以现阶段,传统的工艺制程节点升级仍然是个较为稳妥的选择,继续依靠4nm、3nm的先进制程继续提升晶体管数量,与之完成相应的处理器升级。

同样地,後续的M晶片也极有可能与M1系列看齐,一代四枚,最高等级停留在Ultra上。但并不排除苹果在某个时间节点拿出一块拥有M系列和A系列晶片组成的超大SoC塞入一个Pro後缀的产品之中。

让行业叹息、消费者惊叹的晶片壁垒

在谈及苹果产品的时候,我们更倾向於「生态」优势。我们被它的软体生态所捆绑,装置间工作流的无缝切换,数据通过iCloud无缝流转,用上iPhone、Mac、iPad就再也不想换阵营,乐不思蜀。

是什麽造就了苹果完善、紧密、优渥的生态?不是封闭,不是优秀的设计,也不是强大的硬件,而是早就布局十几载的晶片。

苹果可以为了前置镜头的人物居中,空间音讯,唤醒Siri等功能,将一枚A13晶片塞入Studio Display里。而即使放在现在A13晶片依然能够跟Android阵营的主流SoC打的有去有回。

同样也可以为了5G,给iPhoneSE3塞入一枚A15,这就好比在五菱宏光里塞一个V8。

在苹果产品中,自研晶片几乎无处不在。

无论是前无古人的M1系列晶片,还是逐步下放到IoT的A系晶片,使苹果的硬体拥有了几近一致的体验,并在此基础上建立出了所谓的生态。

A系、M系晶片壁垒才是苹果产品最强最大的优势所在,让同类型产品难以望其项背。

本文授权转载自:爱范儿 ifanr

责任编辑:傅佩晴、钱玉紘

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