苹果M4芯片问世，晶体管数量达280亿，使用台积电第二代3nm工艺

来源：DeepTech深科技

美国太平洋时间 2024 年 5 月 7 日，苹果正式发布最新一代 M 系列处理器——M4，并宣布将其搭载至新一代 iPad Pro 上。

值得关注的是，这距离苹果发布首款搭载 M3 的 MacBook Pro 大约六个月，距离上架搭载 M3 的 MacBook Air 也仅仅两个月左右。

据介绍，作为一款片上系统，M4 的晶体管数量为 280 亿个，由台积电第二代 3 纳米工艺制成[1]。

从 CPU 上看，该芯片具有 10 个内核，分别是 4 个用于提供单线程性能与响应能力的性能内核，和 6 个用于提供多线程性能与能效的效率内核。

新款内核中具有更新后的分支预测功能，能让前一种内核采用带宽更高的解码和执行引擎，后一种内核采用更深层次的执行引擎。并且，两种内核都带有新版机器学习加速器。

对此，苹果声称，相较于 M2 芯片，M4 的 CPU 性能提升了高达 1.5 倍。

从 GPU 上看，该芯片拥有一个全新的 10 核 GPU，因为采用了苹果的动态缓存功能，所以能够在硬件中实时动态地分配本地内存，从而大幅提高专业和游戏应用的性能。

另外，基于“硬件加速的光线追踪技术和网格着色功能”，也让 GPU 具备超强的渲染能力。

具体来说，前者可以驱动游戏画面和各种图形应用，产生更加真实的阴影和反射，后者改进了几何处理能力和效率，能够实现更加复杂的视觉场景。

据了解，正是由于上述这些在 CPU 和 GPU 上的技术更新，让 M4 得以拥有卓越的每瓦性能。不但只需一半功耗就能提供与 M2 相同的性能，而且仅用四分之一的功耗，便能让 iPad Pro 实现与最近搭载在轻薄笔记本电脑中的 PC 芯片相同的性能。

和目前科技领域的许多其他产品一样，苹果对于 M4 中 AI 技术的实现也非常重视。基于此，该芯片集成了新的神经引擎，专用于加速与 AI 有关的工作负载。

据介绍，该神经引擎具备 38 TOPS（Tera Operations Per Second，每秒万亿次运算）的运算能力，速度要比 A11 Bionic（苹果于 2017 年自主研发的芯片）推出的第一个神经引擎高出 60 倍。

事实上，这一强大的运算能力，远远领先于英特尔 Meteor Lake 架构处理器。但是，如果与高通在 Snapdragon X Elite 和 Plus 系列产品中承诺的每秒 45 万亿次运算相比，在运算能力方面还有一定的上升空间。

不过，由于 M3 的神经引擎只拥有每秒 18 万亿次运算的能力，因此这也意味着苹果在硬件上取得了重大进步。

目前，M4 的 GPU、神经引擎、新版机器学习加速器、统一内存等硬件的结合，已经驱动该芯片在 AI 上实现优异的性能。

除此之外，该芯片还配备了最新的媒体引擎，不仅支持市面上主流的视频编解码器（如 H.264、HEVC 和 ProRes 等），还将 AV1 的硬件加速也带到 iPad 上，从而给用户提供更加高效流畅的流媒体播放体验。

如开头所说，M4 已在新款 iPad Pro 上获得应用。

对此，该公司硬件技术高级副总裁约翰尼·斯鲁吉（Johny Srouji）在苹果官网发布的一份新闻稿中表示：“配备 M4 的新款 iPad Pro 是一个很好的例子，展示了如何通过构建一流的定制芯片来实现突破性产品。”

也就是说，M4 具备的超高性能和优质的显示引擎，让新款 iPad Pro 在实现超轻薄设计的同时，也拥有一块先进的 Ultra Retina XDR 显示屏。

后者涵盖高精度、高色彩准确度和高亮度均匀性等多种显示优势，很可能达到当下乃至未来一段时间内平板电脑显示的“天花板”水平。

（来源：苹果官网）

与此同时，上述关于 CPU、GPU、神经引擎等方面的改进，也有利于用户在 iPad Pro 上玩转与 AI 有关的应用。

例如，用户只需轻轻一点，就能将专业视频剪辑软件 Final Cut Pro 里 4K 视频中的主题和背景进行分离；iPad Pro 在识别到一段弹钢琴的声音以后，也能在打谱软件 StaffPad 中自动实时地创建乐谱。

另外，iPad Pro 不但能够高效完成各种推理工作负载，还能在最大程度上减少对应用程序的内存和响应能力，以及对电池寿命的影响。

值得一提的是，M4 拥有的节能性能，在为 iPad Pro 提供全天电池续航时间的基础上，也满足苹果在能效方面制定的高标准。

其实，相较于前几代 M 系列处理器的迭代时间，M4 的推出无疑是迅速的。

不过，因为相关技术细节有限，所以很难了解这一快速迭代背后的原因所在。而只有对硬件做出进一步测试，才能确定 M3 和 M4 两款芯片的具体差异。

参考资料：

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-macbook

https://timesofindia.indiatimes.com/technology/tech-news/apple-launches-new-m4-chip-all-the-details/articleshow/109925792.cms

https://www.techpowerup.com/322195/apple-introduces-the-m4-chip

https://www.tomsguide.com/tablets/ipads/apple-unveils-m4-chip-for-ipad-pro-heres-what-it-can-do

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