蘋(píng)果推出M4芯片，平平無(wú)奇？

激石Pepperstone(http://xcvvvm.com/)報(bào)道：

　　Apple 今天發(fā)布了 M4，這是一款為全新iPad Pro提供非凡性能的最新芯片。M4 采用第二代 3 納米技術(shù)構(gòu)建，是一款片上系統(tǒng) (SoC)，它提高了 Apple 芯片行業(yè)領(lǐng)先的能效，并實(shí)現(xiàn)了 iPad Pro 令人難以置信的輕薄設(shè)計(jì)。它還配備了全新的顯示引擎，可驅(qū)動(dòng) iPad Pro 上突破性的 Ultra Retina XDR 顯示屏實(shí)現(xiàn)令人驚嘆的精度、色彩和亮度。

　　新芯片的CPU擁有多達(dá)10個(gè)核心，而新的10核GPU則建立在M3引入的下一代GPU架構(gòu)之上，并首次為iPad帶來(lái)動(dòng)態(tài)緩存、硬件加速光線追蹤和硬件加速網(wǎng)格著色功能時(shí)間。M4 擁有 Apple 有史以來(lái)最快的神經(jīng)引擎，每秒能夠執(zhí)行高達(dá) 38 萬(wàn)億次操作，這比當(dāng)今任何 AI PC 的神經(jīng)處理單元都快。結(jié)合更快的內(nèi)存帶寬、CPU 中的下一代機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 加速器以及高性能 GPU，M4 使新款 iPad Pro 成為一款極其強(qiáng)大的人工智能設(shè)備。

　　蘋(píng)果硬件技術(shù)高級(jí)副總裁 Johny Srouji 表示：“搭載 M4 的新款 iPad Pro 是一個(gè)很好的例子，展示了如何構(gòu)建一流的定制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)突破性產(chǎn)品。” “M4 的高能效性能及其全新顯示引擎，使 iPad Pro 的輕薄設(shè)計(jì)和改變游戲規(guī)則的顯示成為可能，而 CPU、GPU、神經(jīng)引擎和內(nèi)存系統(tǒng)的根本改進(jìn)使 M4 非常適合了解利用人工智能的最新應(yīng)用程序。總而言之，這款新芯片使 iPad Pro 成為同類(lèi)設(shè)備中功能最強(qiáng)大的設(shè)備?！?/p>

　　臺(tái)積電第二代3nm工藝

　　M4 由 280 億個(gè)晶體管組成，采用第二代 3 納米技術(shù)構(gòu)建，進(jìn)一步提高了 Apple 芯片的功效。M4 還采用采用開(kāi)創(chuàng)性技術(shù)設(shè)計(jì)的全新顯示引擎，實(shí)現(xiàn) Ultra Retina XDR 顯示屏令人驚嘆的精度、色彩準(zhǔn)確度和亮度均勻性，這是一種通過(guò)結(jié)合兩個(gè) OLED 面板的光線創(chuàng)建的最先進(jìn)的顯示屏。

　　從這個(gè)描述我們可以高度確定。蘋(píng)果對(duì)“第二代 3nm 工藝”的描述與臺(tái)積電的第二代 3nm 工藝 N3E完全吻合。他們的 3nm 工藝節(jié)點(diǎn)的增強(qiáng)版與 M3 系列芯片使用的 N3B 工藝相比有點(diǎn)遜色;N3E 的密度不如 N3B，但根據(jù)臺(tái)積電的說(shuō)法，它提供了稍微更好的性能和功耗特性。差異非常接近，以至于架構(gòu)發(fā)揮著更大的作用，但在能源效率的競(jìng)賽中，蘋(píng)果將占據(jù)他們能獲得的任何優(yōu)勢(shì)。

　　多年來(lái)，蘋(píng)果作為臺(tái)積電新工藝節(jié)點(diǎn)發(fā)布合作伙伴的地位已經(jīng)確立，而且蘋(píng)果似乎是第一家推出 N3E 工藝芯片的公司。然而，它們不會(huì)是最后一個(gè)，因?yàn)閹缀跛信_(tái)積電的高性能客戶預(yù)計(jì)都將在明年采用 N3E。因此，像往常一樣，蘋(píng)果在芯片制造方面的直接優(yōu)勢(shì)只是暫時(shí)的。

　　蘋(píng)果公司早期的領(lǐng)導(dǎo)者地位也可能解釋了為什么我們現(xiàn)在看到的是 iPad 上的 M4(蘋(píng)果公司的一款銷(xiāo)量相對(duì)較低的設(shè)備)而不是 MacBook 系列。到了某個(gè)時(shí)候，臺(tái)積電的N3E產(chǎn)能將會(huì)迎頭趕上，然后再追上一些。我不會(huì)冒險(xiǎn)猜測(cè)蘋(píng)果公司當(dāng)時(shí)對(duì)該系列產(chǎn)品的計(jì)劃，因?yàn)槲艺娴目床坏教O(píng)果公司這么快就停止生產(chǎn) M3 芯片，但這也讓他們陷入了一個(gè)尷尬的境地，不得不在M4存在。

　　尚未公布新芯片的芯片尺寸(或發(fā)布的芯片照片)，但晶體管總數(shù)為 280 億個(gè)，僅比 M3 的晶體管數(shù)量稍多，這表明蘋(píng)果并沒(méi)有投入過(guò)多的新硬件。

　　M4 CPU 架構(gòu)：四個(gè)性能核，六個(gè)效率核心

　　從 CPU 方面開(kāi)始，我們面臨著蘋(píng)果 M4 CPU 核心設(shè)計(jì)的一個(gè)謎。蘋(píng)果公司守口如瓶，而且缺乏與 M3 的性能比較，這意味著我們沒(méi)有獲得太多有關(guān) CPU 設(shè)計(jì)比較的信息。因此，M4 是否代表了蘋(píng)果 CPU 設(shè)計(jì)的分水嶺——新的 Monsoon/A11——還是類(lèi)似于 A17 中的 Everest CPU 內(nèi)核的小更新，還有待觀察。當(dāng)然，我們希望后者，但如果沒(méi)有更多細(xì)節(jié)，我們將根據(jù)我們所知道的情況進(jìn)行工作。

　　Apple 關(guān)于 SoC 的簡(jiǎn)短主題演講指出，性能和效率核心都實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的分支預(yù)測(cè)，對(duì)于性能核心，還實(shí)現(xiàn)了更廣泛的解碼和執(zhí)行引擎。然而，這些與蘋(píng)果為 M3 所做的廣泛聲明相同，因此這本身并不代表新的 CPU 架構(gòu)。

　　據(jù)蘋(píng)果介紹，M4 擁有全新的多達(dá) 10 核的 CPU，其中最多包含四個(gè)性能核心，現(xiàn)在包含六個(gè)效率核心。下一代內(nèi)核具有改進(jìn)的分支預(yù)測(cè)功能，為性能內(nèi)核提供更廣泛的解碼和執(zhí)行引擎，為效率內(nèi)核提供更深層次的執(zhí)行引擎。這兩種類(lèi)型的核心還具有增強(qiáng)的下一代機(jī)器學(xué)習(xí)加速器。

　　與前代 iPad Pro 中強(qiáng)大的 M2 相比，M4 的 CPU 性能提高了 1.5 倍。1無(wú)論是在 Logic Pro 中處理復(fù)雜的管弦樂(lè)文件，還是在 LumaFusion 中向 4K 視頻添加高要求的效果，M4 都能提高整個(gè)專業(yè)工作流程的性能。

　　然而，Apple M4 CPU 聲稱的獨(dú)特之處在于這兩種 CPU 核心類(lèi)型都是“下一代機(jī)器學(xué)習(xí)加速器”。這與蘋(píng)果更廣泛地關(guān)注 M4 中的 ML/AI 性能密切相關(guān)，盡管該公司并未詳細(xì)說(shuō)明這些加速器的具體用途。由于 NPU 負(fù)責(zé)完成所有繁重工作，CPU 內(nèi)核上 AI 增強(qiáng)的目的不再是總吞吐量/性能，而是更多地處理混合在更通用工作負(fù)載中的輕型推理工作負(fù)載，而無(wú)需花費(fèi)時(shí)間和資源來(lái)處理專用NPU。

　　一個(gè)有根據(jù)的猜測(cè)是，蘋(píng)果已經(jīng)更新了他們記錄很少的 AMX 矩陣單元，這些單元從一開(kāi)始就是 M 系列 SoC 的一部分。然而，最近的 AMX 版本已經(jīng)支持常見(jiàn)的 ML 數(shù)字格式，如 FP16、BF16 和 INT8，因此，如果 Apple 在此進(jìn)行更改，那么這并不是添加(更多)常見(jiàn)格式之類(lèi)的簡(jiǎn)單明了的事情。同時(shí)，如果是 AMX，看到蘋(píng)果提及它會(huì)有點(diǎn)令人驚訝，因?yàn)樗麄儗?duì)這些設(shè)備非常保密。

　　另一個(gè)合理的選擇是，Apple 對(duì)其 CPU 內(nèi)的 SIMD 單元進(jìn)行了一些更改，以添加常見(jiàn)的 ML 數(shù)字格式，因?yàn)殚_(kāi)發(fā)人員可以更直接地訪問(wèn)這些單元。但與此同時(shí)，Apple 一直在推動(dòng)開(kāi)發(fā)人員從一開(kāi)始就使用更高級(jí)別的框架(這就是訪問(wèn) AMX 的方式)，因此這實(shí)際上可能會(huì)發(fā)生任何一種情況。

　　無(wú)論如何，無(wú)論支撐 M4 的 CPU 核心是什么，有一點(diǎn)是確定的：它們的數(shù)量更多。完整的 M4 配置包括 4 個(gè)性能核心和 6 個(gè)效率核心，比 M3 多 2 個(gè)效率核心。精簡(jiǎn)版 iPad 型號(hào)獲得 3P+6E 配置，而更高級(jí)別的配置則獲得完整的 4P+6E 體驗(yàn)，因此對(duì)性能的影響可能是顯而易見(jiàn)的。

　　在其他條件相同的情況下，與 M3 的 4P+4E 配置相比，添加兩個(gè)效率核心不會(huì)大幅提高 CPU 性能。但蘋(píng)果的效率核心也不應(yīng)該被低估，因?yàn)榧词固O(píng)果的效率核心由于使用了亂序執(zhí)行而也相對(duì)強(qiáng)大。特別是當(dāng)固定工作負(fù)載可以保留在效率核心上而不是提升到性能核心上時(shí)，能源效率提升的空間很大。

　　除此之外，Apple 尚未發(fā)布新 SoC/CPU 內(nèi)核的任何詳細(xì)性能圖表，因此幾乎沒(méi)有什么硬數(shù)據(jù)可討論。但該公司聲稱 M4 的 CPU 性能比 M2 快 50%。這大概是針對(duì)可以利用 M4 的 CPU 核心數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)的多線程工作負(fù)載。另外，蘋(píng)果在主題演講中還聲稱他們可以以一半的功耗提供 M2 性能，結(jié)合工藝節(jié)點(diǎn)改進(jìn)、架構(gòu)改進(jìn)和 CPU 核心數(shù)量增加，這似乎是一個(gè)合理的主張。

　　然而，與往常一樣，我們必須看看獨(dú)立基準(zhǔn)的結(jié)果如何。

　　M4 GPU 架構(gòu)：光線追蹤和動(dòng)態(tài)緩存

　　M4 的全新 10 核 GPU 建立在 M3 系列芯片的下一代圖形架構(gòu)之上。它具有動(dòng)態(tài)緩存功能，這是 Apple 的一項(xiàng)創(chuàng)新，可以在硬件中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分配本地內(nèi)存，從而顯著提高 GPU 的平均利用率。這顯著提高了最苛刻的專業(yè)應(yīng)用程序和游戲的性能。

　　與 M4 上的 CPU 情況相比，GPU 情況要簡(jiǎn)單得多。最近剛剛在 M3 中引入了新的 GPU 架構(gòu)(Apple 不像 CPU 那樣頻繁迭代這種核心類(lèi)型)，Apple 幾乎已經(jīng)確認(rèn) M4 中的 GPU 與 M3 中的架構(gòu)相同。

　　擁有 10 個(gè) GPU 核心，高級(jí)配置與 M3 上的配置相同。這是否意味著各種塊和緩存與 M3 真正相同還有待觀察，但蘋(píng)果并沒(méi)有對(duì) M4 的 GPU 性能做出任何聲明，無(wú)論以何種方式都可以解釋為它優(yōu)于 M3 的 GPU。事實(shí)上，iPad 較小的外形尺寸和更有限的冷卻能力意味著 GPU 在任何持續(xù)的工作負(fù)載下都會(huì)受到熱量限制，特別是與 M3 在 14-14 等主動(dòng)冷卻設(shè)備中的表現(xiàn)相比。英寸 MacBook Pro。

　　無(wú)論如何，這意味著 M4 配備了 M3 GPU 引入的所有主要新架構(gòu)功能：光線追蹤、網(wǎng)格著色和動(dòng)態(tài)緩存。蘋(píng)果也強(qiáng)調(diào)，硬件加速光線追蹤也首次登陸 iPad，在游戲和其他圖形豐富的體驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)更真實(shí)的陰影和反射。硬件加速網(wǎng)格著色也內(nèi)置于 GPU 中，可提供更強(qiáng)大的幾何處理能力和效率，從而在游戲和圖形密集型應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)視覺(jué)上更加復(fù)雜的場(chǎng)景。M4 使 Octane 等應(yīng)用程序中的專業(yè)渲染性能得到了巨大提升，現(xiàn)在比 M2 快四倍。

　　這里，我們不強(qiáng)調(diào)光纖追蹤，但網(wǎng)格著色是一種重要的下一代幾何處理方法。與此同時(shí)，動(dòng)態(tài)緩存是 Apple 對(duì)其在 M 系列芯片上改進(jìn)的內(nèi)存分配技術(shù)的術(shù)語(yǔ)，該技術(shù)可以避免從 Apple 統(tǒng)一的內(nèi)存池中向 GPU 過(guò)度分配內(nèi)存。

　　通過(guò)對(duì) CPU 和 GPU 的這些改進(jìn)，M4 保持了 Apple 芯片業(yè)界領(lǐng)先的每瓦性能。M4 只需一半的功耗即可提供與 M2 相同的性能。與輕薄筆記本電腦中最新的 PC 芯片相比，M4 只需四分之一的功耗即可提供相同的性能。

　　除了 GPU 渲染之外，M4 還獲得了 M3 更新的媒體引擎塊，該塊來(lái)自 M2，對(duì)于 iPad 使用來(lái)說(shuō)是一個(gè)相對(duì)重要的事情。最值得注意的是，M3/M4 的媒體引擎模塊增加了對(duì) AV1 視頻解碼(下一代開(kāi)放視頻編解碼器)的支持。雖然 Apple 非常樂(lè)意為 HEVC/H.265 支付版稅以確保其在其生態(tài)系統(tǒng)中可用，但免版稅的 AV1 編解碼器預(yù)計(jì)將在未來(lái)幾年中發(fā)揮重要作用和使用，而 iPad Pro可以更好地使用最新的編解碼器(或者至少不必在軟件中低效地解碼 AV1)。

　　然而，M4 在顯示方面的創(chuàng)新之處在于新的顯示引擎。該模塊負(fù)責(zé)合成圖像并驅(qū)動(dòng)設(shè)備上連接的顯示器，Apple 從未給予該模塊特別多的關(guān)注，但當(dāng)他們對(duì)其進(jìn)行更新時(shí)，它通常會(huì)立即帶來(lái)一些功能改進(jìn)。

　　這里的關(guān)鍵變化似乎是啟用蘋(píng)果新的夾層“串聯(lián)”O(jiān)LED 面板配置，該配置在 iPad Pro 中首次亮相。iPad 的 Ultra Retina XDR 顯示屏將兩塊 OLED 面板直接疊置在一起，以便顯示屏能夠累計(jì)達(dá)到蘋(píng)果 1600 尼特的亮度目標(biāo)，而單塊 OLED 面板顯然無(wú)法做到這一點(diǎn)。這反過(guò)來(lái)又需要一個(gè)知道如何操縱面板的顯示控制器，不僅要驅(qū)動(dòng)一組鏡像顯示器，還要考慮由于一個(gè)面板位于另一個(gè)面板之下而導(dǎo)致的性能損失。

　　雖然與 iPad Pro 沒(méi)有直接關(guān)系，但看看蘋(píng)果是否利用這個(gè)機(jī)會(huì)增加 M4 可以驅(qū)動(dòng)的顯示器總數(shù)將會(huì)很有趣，因?yàn)槠胀ǖ?M 系列 SoC 通常僅限于 2 個(gè)顯示器，這對(duì)于MacBook 用戶的驚愕。事實(shí)上，M4 可以驅(qū)動(dòng)串聯(lián) OLED 面板和外部 6K 顯示器，這一點(diǎn)是有希望的，但當(dāng) M4 登陸 Mac 時(shí)，我們將看到這如何轉(zhuǎn)化為 Mac 生態(tài)系統(tǒng)。

　　M4 NPU 架構(gòu)：新的東西，更快的東西

　　可以說(shuō)，蘋(píng)果 M4 SoC 的最大焦點(diǎn)是該公司的 NPU，也稱為神經(jīng)引擎。自 M1 以來(lái)，該公司一直在推出 16 核設(shè)計(jì)(在此之前的 A 系列芯片上也采用了較小的設(shè)計(jì))，每一代都提供了適度的性能提升。但蘋(píng)果表示，隨著 M4 一代的出現(xiàn)，他們的性能有了更大的飛躍。

　　M4 NPU 仍采用 16 核設(shè)計(jì)，額定速度為 38 TOPS，僅是 M3 中 18 TOPS 神經(jīng)引擎的兩倍多。巧合的是，僅比 A17 中的神經(jīng)引擎高幾個(gè) TOPS。因此，作為基準(zhǔn)聲明，蘋(píng)果宣稱 M4 NPU 比 M3 中的 NPU 強(qiáng)大得多，更不用說(shuō)為以前的 iPad 提供動(dòng)力的 M2，甚至更早，比 A11 的 NPU 快 60 倍。

　　不幸的是，問(wèn)題(再一次)出現(xiàn)在細(xì)節(jié)中，因?yàn)?Apple 沒(méi)有列出所有重要的精度信息無(wú)論該數(shù)字是基于 INT16、INT8 還是 INT4 精度。作為目前 ML 推理的法律精度，INT8 是最有可能的選擇，特別是因?yàn)檫@是蘋(píng)果去年 A17 的報(bào)價(jià)。但自由地混合精度，甚至只是不披露它們，至少可以說(shuō)是令人頭痛的。這使得同類(lèi)規(guī)格的比較變得困難。

　　無(wú)論如何，即使大部分性能改進(jìn)來(lái)自 INT8 支持而不是 INT16/FP16 支持，M4 NPU 也有望為 AI 性能帶來(lái)顯著的性能改進(jìn)，類(lèi)似于 A17 已經(jīng)發(fā)生的情況。由于蘋(píng)果是第一批推出帶有我們現(xiàn)在所稱的 NPU 的消費(fèi)級(jí) SoC 的芯片供應(yīng)商之一，因此該公司并不害怕在這個(gè)問(wèn)題上大肆宣揚(yáng)，尤其是與市場(chǎng)上正在發(fā)生的事情進(jìn)行比較。電腦領(lǐng)域。特別是由于蘋(píng)果提供的是一個(gè)完整的硬件/軟件生態(tài)系統(tǒng)，該公司的優(yōu)勢(shì)在于能夠使用自己的 NPU 來(lái)塑造他們的軟件，而不是等待為其發(fā)明殺手級(jí)應(yīng)用程序。

　　按照蘋(píng)果的描述，M4 擁有速度極快的神經(jīng)引擎，這是芯片中專門(mén)用于加速 AI 工作負(fù)載的 IP 模塊。這是 Apple 有史以來(lái)最強(qiáng)大的神經(jīng)引擎，每秒能夠執(zhí)行驚人的 38 萬(wàn)億次操作，比 A11 Bionic 中的第一個(gè)神經(jīng)引擎快了驚人的 60 倍。神經(jīng)引擎與 CPU 中的下一代機(jī)器學(xué)習(xí)加速器、高性能 GPU 和更高帶寬的統(tǒng)一內(nèi)存一起，使 M4 成為一款極其強(qiáng)大的 AI 芯片。借助 iPadOS 中的 AI 功能(例如用于實(shí)時(shí)音頻字幕的 Live Captions 以及識(shí)別視頻和照片中的對(duì)象的 Visual Look Up)，新款 iPad Pro 允許用戶在設(shè)備上快速完成令人驚嘆的 AI 任務(wù)。

　　配備 M4 的 iPad Pro 只需輕按一下即可輕松將 Final Cut Pro 中的 4K 視頻中的主題與其背景分離，并且只需聆聽(tīng)某人彈鋼琴即可在 StaffPad 中自動(dòng)實(shí)時(shí)創(chuàng)建樂(lè)譜。推理工作負(fù)載可以高效、私密地完成，同時(shí)最大限度地減少對(duì)應(yīng)用內(nèi)存、應(yīng)用響應(yīng)能力和電池壽命的影響。M4 中的神經(jīng)引擎是 Apple 迄今為止功能最強(qiáng)大的神經(jīng)引擎，比當(dāng)今任何 AI PC 中的任何神經(jīng)處理單元都更強(qiáng)大。

　　M4內(nèi)存：采用更快的LPDDR5X

　　最后但同樣重要的一點(diǎn)是，M4 SoC 的內(nèi)存功能也得到了顯著改進(jìn)。鑒于蘋(píng)果為 M4 報(bào)價(jià)的內(nèi)存帶寬數(shù)據(jù)(120GB/秒)，所有跡象都表明他們最終在其新 SoC 中采用了 LPDDR5X。

　　LPDDR5X 是 LPDDR5 標(biāo)準(zhǔn)的中期更新，可提供比 LPDDR5 更高的內(nèi)存時(shí)鐘速度，最高可達(dá) 6400 MT/秒。雖然 LPDDR5X 目前的速度高達(dá) 8533 MT/秒(并且還會(huì)有更快的速度)，但根據(jù) Apple M4 的 120GB/秒的數(shù)據(jù)，這使得內(nèi)存時(shí)鐘速度約為 LPDDR5X-7700。

　　由于 M4 將首先應(yīng)用于 iPad，目前我們還不清楚它的最大內(nèi)存容量。M3 可以容納高達(dá) 24GB 的內(nèi)存，雖然蘋(píng)果在這方面不太可能退步，但也沒(méi)有跡象表明他們是否能夠?qū)?nèi)存增加到 32GB。與此同時(shí)，iPad Pro 都將配備 8GB 或 16GB RAM，具體取決于具體型號(hào)。