他们都知道苹果有三大暗鞘晶片系列产品：面向全国智能手机iPhone的A系列产品（Chavanges是A16）和面向全国 MacBook Air、Mac Mini、MacBook Pro、iMac 即使 iPad Pro晶片的M系列产品，在操控性上依次Axat终端应用领域战神AMDSnapdragon和PC应用领域的新贵雄霸AMD/AMD。苹果原因在于怎样的毅力，让暗鞘CPU那么强？

撕破天的A16人造CPU

苹果每月9月单厢举行新机见面会，最抢眼的即是新一代iPhone系列产品正式发布。苹果已经开始倚靠实用性和结构设计差别给新机多层，去年的iPhone 14系列产品延用了前代iPhone的A15人造CPU，虽然A15操控性也算坚挺，但吃货极难忽视它是前代晶片的历史事实，iPhone 14 Pro系列产品上的A16人造CPU才是王炸。

当他们谈及新iPhone实用性升级换代，他们主要在谈及什么？或许，最重要的是晶片和照相。iPhone 14 Pro系列产品上的A16人造CPU，操控性参数介绍呵呵：

选用三星电子4nm工艺技术晶片，耗电较之A15减少20%，往后他们非议的高热情况如果也能很大明显改善（参照AMDSnapdragon8+ Gen1）；软件系统了160万个电晶体，选用6核中央CPU、5核绘图CPU；A16的6核CPU较之A15的操控性提高了42%，GPU操控性提高了35%，显卡频宽提高50%；NPU保有16个核心理念，可实现每秒钟17PFLOPS演算……

▲图源：Apple官方网站

写手钟文泽对iPhone 14 Pro系列产品的A16人造晶片试验结论如下表所示：

在Geekbench 5中，A16人造晶片R51875分，多核5454分，A15人造晶片R5战绩1731，多核战绩4758。从战绩来看，A16对比上一代A15晶片，虽然有点挤牙膏式创新的嫌疑，但遥遥领先安卓阵营，堪称撕破天。作为对比，安卓阵营Snapdragon8+R5战绩不到1400分，多核战绩在4300分左右。

此外，A16搭载先进的图像信号CPU，驱动四合一像素传感器带来广阔的创作空间，其搭载的神经网络引擎演算能力接近每秒钟17PFLOPS，可逐颗像素分析并优化照片。值得注意的是，苹果A16晶片保有安全隔区，守护用户的面容ID数据、通讯录等个人信息安全。

操控性炸裂的M1 & M2系列产品

苹果暗鞘 M1 晶片于2020 年末正式发布，它被塞进了 MacBook Air、Mac Mini、MacBook Pro、iMac 即使 iPad Pro 里。之后，以 M1 晶片为构架基础的 M1 Pro 与 M1 Max 全面替代了之前苹果笔记本里的 CPU。在很多操控性试验跑下来，不到 1/3 的耗电即可获得与传统电脑同样的操控性，让消费者大赞。2022 年 3 月正式发布的 M1 系列产品的最高型号 M1 Ultra，操控性与 Intel 刚刚正式发布的 12900K 桌面CPU不分伯仲。

M1晶片在执行任务时有哪些优势？

苹果是从 2004 年起把自家笔记本的 CPU 从 IBM 的 Power 系列产品换到了 Intel 的酷睿系列产品，原因是 Intel 的 CPU 的操控性耗电比远超过 IBM。2020 年，苹果又完全舍弃 Intel，用上了自己的 CPU，原因如出一辙，暗鞘 CPU M1系列产品在操控性耗电上比 Intel 好一大截。

本质上，苹果 M1 系列产品 CPU 与 Intel 酷睿系列产品和AMD 的 Zen3 系列产品，构架上高度类似，但为何 M1 会强那么多？

CPU 在执行任务时，会遵循取指令 – 指令译码 – 指令执行 – 对内存的读取 – 结论写回这 5 个步骤进行。

取指令这个步骤中，取来的指令会放在一级缓存里，所以如果一级缓存够大，就有利于 CPU 提高操控性。M1 的一级缓存是 192 KB，比 Intel 和 AMD 的 32 KB 大了 5 倍。指令译码是将外部指令翻译成 CPU 可以看懂的语言。数量上，M1 设置了 8 个解码器，Intel 酷睿是 5 个，AMD Zen3是 4 个。这 3 款 CPU 内部都运行 RISC指令（精简指令集，每一条的长度、执行时间固定，不能太复杂，如果要完成复杂动作，需要堆叠多条 RISC 指令）。而苹果M1输入 CPU 的指令 RISC 指令，Intel 酷睿和 AMD Zen3是 X86 指令（CISC指令，复杂指令集，长度不固定、执行时间也不固定，可用一条指令执行较复杂的任务，而不用堆叠好多条）。显而易见，Intel 和 AMD 的 CPU 比苹果M1多出一道把 CISC 翻译成 RICS的手续，耗能、耗时间。指令执行的执行单元越多，速度越快，整体操控性越高。以浮点演算这个当今对操控性影响最直接的指标来看，M1、Intel 和 AMD 规划了一样多的资源，2 个 256 bit 的执行单元。但寄存器（临时存放整数和浮点部分的单元）， M1 更强，是一个 354 + 384 的结构，而 Intel 是 180 + 168，AMD 是 192 + 168。苹果M1 规划了巨大的二级缓存资源，每个核心理念都布设了 3 MB 的二级缓存。Intel 是每核心理念 1.25 MB，AMD 是每核心理念 0.5 MB。二级缓存大，意味着有更多的将被使用的指令可以提前预备好，送进 CPU 的速度更快。M1通过软件系统更大的缓存减少延迟，而传统CPU靠读取内存条，速度自然就满了。苹果M1拉大了与传统CPU内存频宽上的差距。M1 Ultra 可以达到 800 GB/s，M1 Pro 和M1是 200 GB，而 Intel 和 AMD 大约只能有 50 GB/s – 60 GB/s。于是，在高清视频剪辑这种每秒钟都有几十 GB 实时数据传递的任务里，苹果笔记本的处理效率就非常高。当他们在2022 年 6 月 7 日，苹果在 WWDC 见面会上正式发布了自己的 M2 CPU。较之 M1 CPU的那次见面会来说，M2 的影响要小得多。但他们还是可以从 M2 的应用和介绍中，看出苹果公司的产品思路和半导体行业的突破方向。

M2CPU的规格和背后的含义

去年6月，苹果在 WWDC （全球开发者大会）上正式发布了暗鞘的M2 CPU。M2 选用三星电子第二代 5nm 工艺技术，从 N5 工艺技术升级换代到 N5P 工艺技术，在相同的耗电下，第二代比第一代操控性强 5%。

这种提高算大还是算小呢？2012 年之前，结构设计耗电相同的情况下，下一代产品操控性提高 25% – 50%；即便在后来操控性挤牙膏的年代，下一代比上一代操控性提高 10% 是一个及格的门槛。是什么因素让苹果有毅力将不到及格门槛的提高，当作下一代产品正式发布？

毅力来自M2 CPU的电晶体数量。M2 的电晶体数量是 200 亿， M1 是 160 亿，数量上提高了 25%。再叠加工艺技术上 5% 的提高，综合起来操控性比 M1 提高了 18%。

神经引擎的数量，M1 和 M2 都是 16 个核心理念，但 M2 的速度快了 40%，提高较大，很可能与频率的提高有关。

新增加的 40 万个电晶体都增加在哪里了呢？主要是两方面 ——绘图核心理念从 8 个增加到 10 个，提高了 25%；内存从 16GB 提高到 24GB。因此，M2 实际上就是扩大版的 M1。

苹果的见面会上还提到了，M2 和新一代的其他品牌的 10 核心理念 CPU 较之，在 15 瓦耗电下，操控性是对方的 1.9 倍。而如果对比峰值操控性，那个 10 核 CPU 耗电在 30 瓦时释放的操控性，对 M2 来说，只需要不到 8 瓦就能实现。听起来好像是 M2 优势炸裂，但实质上这些优势主要源于 M1 的操控性提高，M2 较之 M1 来说，只有微小的改进，也就是由那 5% 的工艺技术改进带来的提高。而前一代CPU M1 在能耗表现上为何那么出色，一是 M 系列产品CPU不计成本的堆料，从而获得了超级操控性，二是在指令翻译过程中利用格式统一的优点节省了大量能耗。

苹果CPU为何敢不计成本地堆料？

Intel 和 AMD 的CPU一直以来都在比拼最高操控性，有时即使不惜让耗电增加一倍换来操控性 10% 左右的提高。这就导致了一种现象的出现，内置Intel/AMD CPU 内核的笔记本，插上电源和不插电源的时候，操控性会相差 30% – 40%。在插上电源时，系统按最大操控性运行；而只用电池续航时，系统会强制 CPU 和 GPU 以低频、低压运行，操控性巨幅下降。

使用 M1 构架的苹果笔记本完全不存在这样的设定，用电池和用电源时的操控性都完全一样，可以不用带电源适配器，办公一整天也绝对保证续航。

CPU 的操控性优劣，并不是靠在某个环节上猛堆料实现的。因为计算过程是一条流水线，线上任何一点的瓶颈都决定了 CPU 的最大操控性。M1 比传统 CPU 好就好在，它在任何环节都堆了猛料。

一分钱一分货，苹果M1 堆料的结论就是，这颗 CPU 的成本要比 Intel 和 AMD 的贵上几倍到十几倍。业内分析，M1 Ultra 的制造成本在 350 美元左右，而 Intel 和 AMD 顶级 CPU 的成本也就只有几十美元。

为何苹果敢做那么贵的 CPU ？本质原因在于苹果卖整机而不卖 CPU。

如果 Intel 和 AMD 的CPU制造成本就要 350 美元的话，研发成本假设按 50 美元/颗计算，总成本就是 400 美元，售价估计直奔 2000 美元。而今天市场上，最畅销的 CPU 型号的售价普遍在 200 – 400 美元之间。所以，Intel 和 AMD 都不会规划那么豪华的构架。

苹果高价位只卖整机，5000 – 8000 美元一台，在最关键部件分配 350 美元成本是合理的。

苹果CPU的发展方向

WWCD见面会上还透露，M2 的进阶款，也就是 M2 Pro、M2 Max 会在之后量产，而且工艺技术会提高到 3nm。三星电子给出的参照是，3nm 对应的N3工艺技术，它在同耗电下的操控性比 N5P 提高 10% – 15%。仅从这一点看，就已经是比较可观的提高了。

只卖成品笔记本、平板或者智能手机的苹果，可以通过M1构架的不断堆叠，堆 2 倍、堆 3 倍、堆 7 倍，从终端端到笔记本再到台式机再到一体机，各种平台通用。通过大幅度地使用一款基础产品，通过扩大规模来平移到各个产品之中，进一步压缩研发费用，这一点也只有苹果可以做到。

他们是否可以期待苹果的 M 系列产品CPU的飞跃式的提高吗？答案似乎是否定的。预测在苹果的有生之年，CPU的提高将会一直是稳步小幅的态势。今后的 M2、M3、M4 较之前一代的提高，大约单厢与M2较M1的提高类似，成品状态下最多提高 25%。当前的苹果暗鞘CPU是根据自身需求高度定制化的，其他厂商已经全都不能满足苹果的要求了。而暗鞘的CPU从 2020 年量产后，就马上应用到苹果几乎全部的主力产品。目前，其他CPU在耗电比上大幅超越苹果的可能性几乎没有，苹果即没有市场需求也缺乏自身动力来推动CPU操控性大幅提高。

半导体行业的突破

从苹果 M2 映射出的半导体行业工艺技术改进对CPU操控性提高的作用变得越来越小了。在 2012 年之前的五十多年里，整个行业基本遵循摩尔定律，维持每 18 个月电晶体密度提高 100% 的速度。而 2020 年之后，最好情况是每 18 个月提高 30%，未来，这个提高的速度今后还会越来越慢。留给传统材料的半导体在工艺技术上可改进的空间已经不多了。

以三星电子为例，从 2020 年末量产 5nm 到 2022 年末量产 3nm，24 个月里，电晶体密度从 1.73 亿 / 平方毫米提高到 2.9 亿 / 平方毫米，相当于每 18 个月提高 29%。按三星电子的规划，2nm 会在 2025 年末量产，较之于 3nm 的 2022 年末正好是 36 个月，2nm 的电晶体密度是 4.9 亿 / 平方毫米。从 3nm 升级换代到 2nm 的速度，相当于每 18 个月提高 34%。这是全球半导体工艺技术水准最好的三星电子的水平，三星和AMD的速度低于30%。

半导体行业飞跃式的突破，只有在换用其他材料做CPU的开关管后才能发生。他们期待新一代半导体材料为行业带来突破。

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