芯片才是苹果最强壁垒

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03-10 09:35

M1 系列芯片终于落幕,M1 Ultra 的出现让人惊鸿一瞥(Peek),也明示了 M 系芯片将会继续巅峰下去(Peak)。

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

1 Ultra = 2 Max,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后续「拼接」芯片所预留。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,两枚芯片之间的数据互通,也经由拼接在一起的硅介质。

苹果也给它取了个很苹果的名字,称为 UltraFusion。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,而这次是芯片,Ultra(极致)了一些。

▲ 将两块 M1 Max 连接起来的 UltraFusion 架构,其实就是无数的硅介质通道.

其实,一台设备用上多枚芯片并非苹果首创,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,UltraFusion 架构犹如统一内存一样,摆脱了数据经由主板连接的读写性能和能效损耗。

▲ M1 Ultra 规格简介.

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

不同于 M1 Pro、M1 Max 的多种规格,简单芯片加倍的 M1 Ultra 共有两种规格。

  1. 丐版 M1 Ultra:20 核心 CPU、48 核心 GPU、32 核心神经引擎、64GB 统一内存
  2. M1 Ultra:20 核心 CPU、64 核心 GPU、32 核心神经引擎、128GB 统一内存

与之对应的就是砍半的 M1 Max。

从这里来看,M1 Ultra 的出现应该归功于封装技术,而非是芯片生产。通俗易懂地可以这样说是,苹果在设计 M1 Max 时,预留了「涂胶水」的位置,「一拍即合」。

从 M1 出现,到 M1 Pro、M1 Max 再到 M1 Ultra,苹果的 M 系芯片以 ARM 架构的高能效比为基础,加入了令人啧啧称奇的「统一内存」、「UltraFusion 架构」,诞生的 SoC 足以颠覆传统的芯片设计。

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 芯片的「巨人」肩膀之上。而曾经下定投入海量资源决心自研芯片,自然是源自乔布斯对完美产品的追求。

▲ 苹果芯片架构师、副总裁蒂姆・米勒特(Tim Millet). 图片来自:Apple

在今早凌晨,Tim Millet 肯定的说,M1 Ultra 是最后的 M1 芯片,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 系列里也差最后一块「一锤定音」的拼图。

Mac Studio 并非承接自 Intel 版本的 Mac Pro,而 M1 Ultra 也不会是过渡期中最后和最强大的 M 芯片。

两年之约,M1 Ultra 并非是终章

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

▲ 苹果的 Studio 套装:Mac Studio 与 Studio Display.

M1 系列芯片彻底解放了产品形态,苹果能够以 Pro Workflow 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芯片能效掣肘。

M1 Ultra 有着两倍的 M1 Max 性能,但对于苹果来说,它还不够 Pro,仅仅可以达到 Studio 等级 。

在 Mac Studio 对外公布之后,Geekbench 数据库中也出现了 M1 Ultra 的跑分,单核心 1793 的分数与 M1 Max 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。

而至于苹果口中的 M 芯片 Mac Pro 或许只有 M2 Ultra 可解了。

▲ 等待更新的 Intel 版 Mac Pro.

在 M1 Ultra 和后续更强的 M 芯片不断上探 Studio 工作室级和 Pro 专业级市场,增加行业影响力之时,M1 芯片也开始被下放至 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 芯片的准入门槛。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 芯片的 iPad Air 5 也会是 iPad 的出货主力,M 芯片的市场占有率自然也会大幅提升,继续强化 M 芯片认知度。

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

▲ 2020 年 12 月份,Adobe 发布了 ARM 版 Lightroom.

另一层面上,经营十几载的苹果生态也有了空前号召力,除了一些行业软件和游戏外,大众的、专业的软件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 M1 Ultra 可以说是 M1 系列中最后的一块芯片,但以「两年之约」这个过渡期来说,M1 Ultra 可能只是个「高潮」,而非终结。

一锤定音的必定是 Mac Pro。

M 芯片的巨型恐龙化只是个表象

两块 M1 Max 拼接成的 M1 Ultra 已经超过英伟达顶级 GPU GA100 芯片面积(826mm²),成为当下消费级最大的芯片。

▲ 面积可观的 M1 Max.

其实,单个 M1 Max 芯片 432mm² 的面积就已经十分可观,几乎无限接近了 500mm²。面积再大,芯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芯片生产成本陡升。根据 IBS 所公布的数据,设计 3nm 芯片预计将耗资 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 芯片全面转入 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?

虽然仅仅是两枚芯片的拼接封装,M1 Ultra 成型的理念有些类似 AMD 的 Chiplet(小芯片)技术。只不过,苹果用的是两枚超大芯片。

▲ AMD 基于 Zen 2 的 EPYC 2 (Rome) 处理器。图片来自:AMD

不同于苹果,Chiplet 更多是运用旧工艺(如 7nm 芯片),小型化的芯片(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 是将芯片 2D、3D 堆叠,对于热管理设计和热功耗的控制更为严格。

▲  AMD 基于 3D Chiplet 封装的 Ryzen 9 5900X CPU.

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

在确定 M1 Ultra 会是 M1 系列最后一枚芯片时,也使此前猜测的四枚 M1 Max 拼接的巨型芯片自然也停留在了猜想阶段。

▲ 在 M1 Ultra 发布之前,民间大神猜想的 M1 芯片升级之路。图片来自:Twitter

相对来说,在保证数据高速传输以及统一内存的桎梏下,四枚 M1 Max 的组合对 UltraFusion 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芯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,后续的 M 芯片也极有可能与 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 系列芯片组成的超大 SoC 塞入一个 Pro 后缀的产品之中。

让行业叹息、消费者惊叹的芯片壁垒

在谈及苹果产品的时候,我们更倾向于「生态」优势。我们被它的软件生态所捆绑,设备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。

▲ 搭载 M 系列芯片的 Mac 们(除了左四的 Studio Display,它搭载的是 A13).

是什么造就了苹果完善、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芯片。

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

同样也可以为了 5G,给 iPhone SE 3 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,自研芯片几乎无处不在。

无论是前无古人的 M1 系列芯片,还是逐步下放到 IoT 的 A 系芯片,使苹果的硬件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 系芯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。

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