蘋果M4芯片問世，晶體管數(shù)量達280億，使用臺積電第二代3nm工藝

美國太平洋時間 2024 年 5 月 7 日，蘋果正式發(fā)布最新一代 M 系列處理器——M4，并宣布將其搭載至新一代 iPad Pro 上。值得關(guān)注的是，這距離蘋果發(fā)布首款搭載 M3 的 MacBook Pro 大約六個月，距離上架搭載 M3 的 MacBook Air 也僅僅兩個月左右。（來源：蘋果官網(wǎng)）據(jù)介紹，作為一款片上系統(tǒng)，M4 的晶體管數(shù)量為 280 億個，由臺積電第二代 3 納米工藝制成[1]。從 CPU 上看，該芯片具有 10 個內(nèi)核，分別是 4 個用于提供單線程性能與響應能力的性能內(nèi)核，和 6 個用于提供多線程性能與能效的效率內(nèi)核。新款內(nèi)核中具有更新后的分支預測功能，能讓前一種內(nèi)核采用帶寬更高的解碼和執(zhí)行引擎，后一種內(nèi)核采用更深層次的執(zhí)行引擎。并且，兩種內(nèi)核都帶有新版機器學習加速器。對此，蘋果聲稱，相較于 M2 芯片，M4 的 CPU 性能提升了高達 1.5 倍。從 GPU 上看，該芯片擁有一個全新的 10 核 GPU，因為采用了蘋果的動態(tài)緩存功能，所以能夠在硬件中實時動態(tài)地分配本地內(nèi)存，從而大幅提高專業(yè)和游戲應用的性能。另外，基于“硬件加速的光線追蹤技術(shù)和網(wǎng)格著色功能”，也讓 GPU 具備超強的渲染能力。具體來說，前者可以驅(qū)動游戲畫面和各種圖形應用，產(chǎn)生更加真實的陰影和反射，后者改進了幾何處理能力和效率，能夠?qū)崿F(xiàn)更加復雜的視覺場景。據(jù)了解，正是由于上述這些在 CPU 和 GPU 上的技術(shù)更新，讓 M4 得以擁有卓越的每瓦性能。不但只需一半功耗就能提供與 M2 相同的性能，而且僅用四分之一的功耗，便能讓 iPad Pro 實現(xiàn)與最近搭載在輕薄筆記本電腦中的 PC 芯片相同的性能。和目前科技領(lǐng)域的許多其他產(chǎn)品一樣，蘋果對于 M4 中 AI 技術(shù)的實現(xiàn)也非常重視。基于此，該芯片集成了新的神經(jīng)引擎，專用于加速與 AI 有關(guān)的工作負載。據(jù)介紹，該神經(jīng)引擎具備 38 TOPS（Tera Operations Per Second，每秒萬億次運算）的運算能力，速度要比 A11 Bionic（蘋果于 2017 年自主研發(fā)的芯片）推出的第一個神經(jīng)引擎高出 60 倍。事實上，這一強大的運算能力，遠遠領(lǐng)先于英特爾 Meteor Lake 架構(gòu)處理器。但是，如果與高通在 Snapdragon X Elite 和 Plus 系列產(chǎn)品中承諾的每秒 45 萬億次運算相比，在運算能力方面還有一定的上升空間。不過，由于 M3 的神經(jīng)引擎只擁有每秒 18 萬億次運算的能力，因此這也意味著蘋果在硬件上取得了重大進步。目前，M4 的 GPU、神經(jīng)引擎、新版機器學習加速器、統(tǒng)一內(nèi)存等硬件的結(jié)合，已經(jīng)驅(qū)動該芯片在 AI 上實現(xiàn)優(yōu)異的性能。除此之外，該芯片還配備了最新的媒體引擎，不僅支持市面上主流的視頻編解碼器（如 H.264、HEVC 和 ProRes 等），還將 AV1 的硬件加速也帶到 iPad 上，從而給用戶提供更加高效流暢的流媒體播放體驗。如開頭所說，M4 已在新款 iPad Pro 上獲得應用。對此，該公司硬件技術(shù)高級副總裁約翰尼·斯魯吉（Johny Srouji）在蘋果官網(wǎng)發(fā)布的一份新聞稿中表示：“配備 M4 的新款 iPad Pro 是一個很好的例子，展示了如何通過構(gòu)建一流的定制芯片來實現(xiàn)突破性產(chǎn)品?！币簿褪钦f，M4 具備的超高性能和優(yōu)質(zhì)的顯示引擎，讓新款 iPad Pro 在實現(xiàn)超輕薄設計的同時，也擁有一塊先進的 Ultra Retina XDR 顯示屏。后者涵蓋高精度、高色彩準確度和高亮度均勻性等多種顯示優(yōu)勢，很可能達到當下乃至未來一段時間內(nèi)平板電腦顯示的“天花板”水平。（來源：蘋果官網(wǎng)）與此同時，上述關(guān)于 CPU、GPU、神經(jīng)引擎等方面的改進，也有利于用戶在 iPad Pro 上玩轉(zhuǎn)與 AI 有關(guān)的應用。例如，用戶只需輕輕一點，就能將專業(yè)視頻剪輯軟件 Final Cut Pro 里 4K 視頻中的主題和背景進行分離；iPad Pro 在識別到一段彈鋼琴的聲音以后，也能在打譜軟件 StaffPad 中自動實時地創(chuàng)建樂譜。另外，iPad Pro 不但能夠高效完成各種推理工作負載，還能在最大程度上減少對應用程序的內(nèi)存和響應能力，以及對電池壽命的影響。值得一提的是，M4 擁有的節(jié)能性能，在為 iPad Pro 提供全天電池續(xù)航時間的基礎上，也滿足蘋果在能效方面制定的高標準。其實，相較于前幾代 M 系列處理器的迭代時間，M4 的推出無疑是迅速的。不過，因為相關(guān)技術(shù)細節(jié)有限，所以很難了解這一快速迭代背后的原因所在。而只有對硬件做出進一步測試，才能確定 M3 和 M4 兩款芯片的具體差異。參考資料：1.https://www.apple.com/newsroom/2024/05/apple-introduces-m4-chip/https://arstechnica.com/apple/2024/05/apple-announces-m4-with-more-cpu-cores-and-ai-focus-just-months-after-m3/https://www.theverge.com/2024/5/7/24148451/apple-m4-chip-ai-ipad-macbookhttps://timesofindia.indiatimes.com/technology/tech-news/apple-launches-new-m4-chip-all-the-details/articleshow/109925792.cmshttps://www.techpowerup.com/322195/apple-introduces-the-m4-chiphttps://www.tomsguide.com/tablets/ipads/apple-unveils-m4-chip-for-ipad-pro-heres-what-it-can-do運營/排版：何晨龍01/ 揭開化學反應“黑匣子”，楊學明院士團隊聯(lián)合發(fā)展控制氫分子立體取向新方法，精準調(diào)控化學反應02/ 南科大團隊實現(xiàn)無擴散的單光子波包，為量子態(tài)遠距離傳輸提供理想光形態(tài)，或?qū)崿F(xiàn)更復雜的量子系統(tǒng)03/ 同濟團隊開發(fā)新型無鉑催化劑，每克制備成本不到100元，為制備金屬氧化物催化材料提供指導04/ 西工大團隊造出可在超聲中存在15分鐘以上的聲懸浮氣泡，可用于地面模擬太空微重力環(huán)境05/ 或?qū)⑺芰限D(zhuǎn)為小分子化合物，科學家實現(xiàn)聚苯乙烯的可控降解，降解產(chǎn)物分子量低于1000Da