NG体育在苹果M3芯片发布的半年后,继任者M4突然闯入了大家的视线中,虽然是用在iPad Pro上的处理器,但性能提升一点也不算小。
根据苹果的说法,M4对比M2,CPU提升50%,GPU整体渲染提升了4倍,还能在功耗减半的情况下提供同等性能,总之又是一次苹果式的性能飞跃。
但苹果却有意无意地忽略了M3——这款可能是苹果最短命的处理器。上一款寿命如此短暂的苹果处理器可能还要追溯到A5X,这款处理器在2012年3月发售的iPad 3上首发,当年10月就宣布了搭载了A6X的iPad 4,实际寿命只有短短的7个月。
M3如今面临着和当初A5X一样的窘境,强大性能向来是消费者换机的最大动力之一,但在短短半年后,苹果就推出了更强更好的产品,最新的处理器眨眼就变成了次新的处理器,这样的迭代速度未免也有些太快了。
去年下半年MacBook发布会上,苹果公布了采用3nm工艺的M3系列芯片,这也是首款采用3nm的M系列芯片,在发布会上,苹果也是猛吹了一波性能参数:
苹果表示,M3 芯片搭载 250 亿个晶体管——比 M2 多 50 亿个,配备采用新一代架构的 10 核图形处理器,带来比 M1 快达 65% 的图形处理性能,搭载 8 核中央处理器,包含 4 个性能核心和 4 个能效核心,与 M1 相比,可实现最高达 35% 的中央处理器性能提升,还支持最高可达 24GB 的统一内存。
M3 Pro 芯片搭载 370 亿个晶体管和一块 18 核图形处理器,与 M1 Pro 相比,图形处理器带来的速度提升最高可达 40%。对统一内存的支持提高到最高 36GB,。12 核中央处理器设计由 6 个性能核心和 6 个能效核心构成,与 M1 Pro 相比,可实现最高达 30% 的单线 Max 芯片中的晶体管数量增加到 920 亿个, 40 核图形处理器比 M1 Max 速度最快达 50% ,还支持最高达 128GB 的统一内存, 16 核中央处理器搭载 12 个性能核心和 4 个能效核心,速度比 M1 Max 提升多达 80%。
从苹果的描述中我们可以发现,苹果在极力避免M3和M2芯片的直接性能对比,这是一件让人匪夷所思的事情,毕竟最早的M1芯片是2020年发布,2023年的芯片在升级了工艺与核心的情况下和M1系列做比较,只能说有些胜之不武了。
那么苹果为什么会在明知性能提升不大的情况下,还要推出M3芯片和对应的MacBook呢?
据The Elec报道,由于 PC 市场严重低迷,Mac 销量“直线 系列处理器的生产。
与A系列芯片采用扇出晶圆级封装(FO-WLP)封装,台积电称之为InFO(Integrated Fan Out)不同,M2芯片的最终加工采用的是通用倒装芯片封装工艺。一旦台积电完成预处理过程,晶圆加工产品将被送往Amkor的韩国工厂进行封装工作。而在2023年1月和2月,台积电并未送达这部分产品,产线也闲置了两个月,知情人士表示,虽然自3月以来晶圆已经陆续抵达,但数量仅为往年的一半。
苹果CEO库克也在在2023 年第一季度财报电话会议上承认,苹果在 PC 市场面临“充满挑战”的局面。“这个行业正在萎缩,”库克说,“苹果的份额较低,但我们在苹果芯片方面拥有竞争优势,因此从战略上讲,苹果在市场中处于有利地位,但短期内会有点困难。”
为了挽救搭载M2的Mac产品缺少竞争力的局面,苹果的选择是在2023年底推出用上3nm工艺的M3芯片,以及对应的MacBook。
但当苹果下定决心要在2023年就推出3nm工艺的Mac时,它遇到了新的问题——台积电的N3B工艺。
台积电在N3节点上经历了一场漫长噩梦。最初的N3即N3B,有25 个 EUV 层,几乎是 N5 的两倍,这也导致其生产难度很大,而且价格昂贵,考虑到性能、功率和密度方面的改进乏善可陈,大多数客户都不愿意支付高昂的费用。
N3 出现的问题,最终导致台积电错过了主要工艺节点的2 年升级周期,N3B最终在 2022 年第四季度投产ng体育下载app,而N3E 则要等到 2023 年中后期投产,这不仅导致了苹果被迫延期芯片计划——其原计划在2022年iPhone上采用N3工艺,很多客户也在N3B上打起了退堂鼓ng体育下载app,诸如Zen 5、英特尔GPU和博通定制ASIC等产品,要么继续用N5,要么转向N3E这一后续改进工艺。
事实上,除了苹果的M3系列和A17 Pro外,几乎没有厂商愿意用台积电的N3B工艺,这也为苹果和台积电之间的甜心交易(Sweetheart deal)埋下了伏笔。
2023年8月,国外科技媒体 The Information爆料称,苹果向台积电下单巨额3nm芯片订单,但要求未合格芯片需台积电承担,台积电 3nm 初期的良率大约在 70% 左右,苹果达成这样的协议后,可以节省数十亿美元。
这也形成了一道奇异的风景线nm独步于天下,另一方面苹果却不愿意为不合格的晶圆多付钱,与其说是苹果强硬要求,倒不如说是台积电半推半就,让苹果在N3B上形成了事实上的独占。
当时,台积电16nm/20nm制程在经历了2016年第四季度的峰值之后,有部分客户在2017年转移到了10nm上,其中包括华为海思的麒麟970,苹果的A11与A10X,其中A11是台积电10nm的主要客户。
但除了这两位外,就鲜少能听到采用10nm的台积电客户了,10nm一度在台积电财报中达到了11%的营收占比,但在2017年后,这一比例迅速下降,7nm工艺成为了更多厂商的选择。
至于台积电的20nm,更是一项臭名昭著的工艺,虽然不少处理器都用了这一工艺,如高通骁龙810、苹果A8、英伟达Tegra X1、联发科Helio X20等,但无一例外遇到了发热严重,功耗失控的问题,让大家体验了一把当初“台漏电”的恐怖。
20nm之差劲ng体育下载app,客户要么快速迁移到接下来的16nm节点上,要么勉为其难地用回了28nm工艺,2015年不仅让手机和处理器厂商如坐针毡,也让台积电经历了至暗时刻。
如今再看台积电的N3B,大概率也会步N10和N20的后尘。根据WikiChip的说法,N3 节点似乎是一个一次性节点,台积电的工程师们在前进的道路上遇到了一些障碍,于是决定中途改变,从高层次来看,N3B具有不同的 PPA,以及该公司声称旨在提高产量的 “截然不同”的设计规则,结果就是后续的N3E 不会提供任何从 N3B 直接迁移的路径,最终 N3B 成为了设计人员的死结,这也是为什么台积电希望大多数客户使用 N3E 的原因。
问题来了,为什么台积电要特意推出一个N3B呢?简单的解释是,台积电只是为了实现对苹果这样的早期技术采用者的承诺,在今年结束后,或许N3B这一工艺就会淡出大家的视线 Pro,在决定采用这一短命工艺后,苹果可能早就预见了这些处理器的结局。
回想2020年时,苹果首款自研Mac处理器的登场之时,在科技圈与半导体圈里刮起了一场旋风,曾经不可一世的英特尔居然被苹果踢出了局,当时所有媒体都在盘点苹果从A4开始的自研之路,人人都在写苹果逆袭打破垄断的爽文。这是苹果历史上最辉煌的时刻之一,有人列举了苹果Mac从摩托罗拉68000平台换至Power PC平台,再转至英特尔x86平台,如今选择自研的ARM的平台,试图以此来证明了一个新时代的开启。
2021 年第一季度,受疫情等因素影响,PC 行业的整体出货量同比增长了 55% ,而苹果的Mac 销量更是迎来了惊人的 111.5% 增长。在2020到2022这三年里,Windows PC市场增长6%,Mac市场却增长了60%,2022年Mac市场份额更是突破10%,达到10.8%,在苹果的大本营——美国市场中,Mac的份额还要更高一些,在2022年第四季度达到了17%。
但好消息全部都留在了逝去的三年里,从2023年初开始,苹果Mac就开始了跌跌不休:2023年Q1,Mac全球出货量481.9万台,市场份额8.7%,同比下滑34.2%;Q2,Mac全球出货量529.3万台,市场份额8.9%,同比下滑0.3%;Q3,Mac全球出货量626.6万台,市场份额9.7%,同比下滑24.2%。
在苹果2023年第三季度的财报会议中,苹果首席财务官卢卡・马埃斯特里(Luca Maestri)将Mac销量下滑归咎于过于激烈的市场竞争,以及2022年被压抑的销量释放,导致比例数据过高ng体育下载app。
苹果CEO对CNBC表示,预计 Mac 的市场表现将在圣诞购物季期间有所改善,他认为由于苹果推出了 M3 系列芯片,以及搭载该芯片的 Mac 新品,Mac 业务在2023年第四季度会有明显好转。
不过很可惜,老谋深算的库克这一次也失算了,根据苹果2024年第一财季的财报,该季来自于Mac的营收为77.35亿美元,上一年同期为108.52亿美元,远低于分析师此前预期的96.3亿美元。
M3没带动Mac销量,出乎分析师和苹果高管的意料,也让M3 MacBook站在了风口浪尖,要知道,苹果在M3上可是花了血本的,国外分析师 Jay Goldberg表示,苹果公司为了 M3 系列芯片的流片花费了 10 亿美元,天文数字的流片费用,换来的却是远低于预期。
有意思的是,知名分析师郭明錤在2023年10月表示,如果 M3 芯片依然无法提振 MacBook 出货量,苹果可能会在 2025 年推出全新设计的 MacBook Pro,此外可能会考虑(目前尚未确定)推出低价版 MacBook,以进一步提高出货量,目标每年出货量在 800-1000 万台以上。
换句话来说,苹果这是放弃了Arm版Mac以芯片升级为主要卖点的路线,转而考虑在设计和售价做文章,是不是有些似曾相识?这正是之前英特尔版MacBook的做法,大尺寸的卖不动了?那就做个12英寸的MacBook吧,缺少升级亮点?那就加上TouchBar和蝶式键盘这样花里胡哨的硬件功能,总之没有卖点也要强行制造卖点。
此一时彼一时,当初苹果Mac在M1推出时有多得意,现在就有多失意,苹果以为自己制造了一场Arm笔记本普及的风暴,结果三年过去后发现自己只是风口上的一只猪,Mac重新回到了它原本该有的市场地位。
M1的成功,一方面是居家办公带来的需求激增,另一方面当然也有台积电的功劳,虽然前文中的台积电N3B工艺拉了一个大跨,但在2020年这一时间节点上,台积电N5相较于英特尔与三星各自的工艺,领先了好几步,这也为M1那极端优异的功耗控制立下了功劳。
如今看来,苹果M系列自研芯片颇有些“一鼓作气,再而衰,三而竭”的感觉,尽管苹果还在强调M2和M3相较于M1的提升,但市场上卖得最好认同度最高的,却依旧是M1那几款产品。
伴随着台积电N3E工艺的大规模量产,M3系列注定会成为苹果的弃子,但苹果似乎并不死心,又以相当快的速度准备了N3E的M4,用它来替代昂贵的M3,先把成本降下来后再做他想。
其表示,M4 芯片系列包括入门级的 Donan、功能更强大的 Brava 和代号为 Hidra 的高端处理器,苹果计划强调这三款处理器的人工智能处理能力,以及它们会如何与今年夏季WWDC上发布的下一版的macOS 集成。
首先,N3E相较于N3B并不是质的飞跃,甚至可以这样认为,两块芯片实际上是苹果的两份3nm答卷,当我们把M3和M4放在一起时会发现,即使是纸面上的提升,也有些乏善可陈。
首先是CPU部分,完整版的 M4包括 4 个性能核心和 6 个效率核心,对比 M3 多 2 个效率核心,而乞丐版的 iPad 在核心上动了刀,为3个性能核心+6个效率核心的配置,而GPU部分,M4几乎和M3保持了一致,同样是10核心ng体育下载app,也支持M3就具有的动态缓存、光线追踪硬件加速以及网格着色等功能。
NPU部分是M4提升最大的地方,M4 的 16 核神经网络算力高达 38 TOPS,对比M3的18TOPS,高出了整整 20 TOPS,还超过了苹果A17 Pro的NPU的 35TOPS的算力,按照苹果的说法,这对于未来的AI应用帮助很大。
再来看实际跑分,在最新的GeekBench 6跑分测试中,搭载完整版M4的iPad Pro ,单核跑分为 3767 分,多核跑分为 14677 分,与上一代M3(3053)相比,单核性能提升了 25%,多核性能与最新的 11 核M3 Pro(15261)大致相当,而GPU的Metal 测试成绩为 53792 分, 比M3 (47420)提升了13.4%,没有超过规模更大的M3 Pro。需要注意的是,跑分中的iPad Pro的处理器频率拉到了4.4GHz,而频率最高的M3 Max的实际频率也不过4.1GHz左右。
这时候大家可能觉得不对了,不是多了20TOPS算力吗,怎么跑分只提升了10.4%呢?实际上,苹果在这里玩了一个文字游戏,M3的18TOPS是在FP16精度下得出的,而M4的38TOPS是在INT8精度下得出的,后者实际上要打个对折,也就是19TOPS,这样算下来实际的TOPS提升只有5%左右。
与当初的英特尔 x86 处理器相比,M1无疑是一款跨时代处理器,但之后的M2、M3和M4,似乎都只是在M1架构的基础上不断改进,并没有巨大的提升,M4的在iPad 上的频率甚至拉到了4.4GHz,要知道M3在MacBook Pro上运行的频率也不过4.05GHz而已。
苹果为什么选择让iPad Pro来首发M4芯片呢?主要还是想推动iPad的销量。今年2月,iPad营收成为第一财季少见的亮点,苹果该季来自iPad的净营收为93.96亿美元,较2023年同期的72.48亿美元增长29.7%,超出华尔街分析师预计的77.6亿美元,东方不亮西方亮,既然M3带不动Mac的销量,那么就用M4来带动iPad的销量。
对于M3和M4芯片来说,其当前的局面和芯片行业大家面临的困境是一样的。例如工艺制程限制,物理定律限制,甚至光罩限制。而这些芯片如今的处境,不禁让我们想到了苹果的自研基带魔咒。从最早爆料可能在2023年亮相,再到去年年底透露的最早2028年亮相,一眨眼,苹果就花了快10年去琢磨所谓的自研基带,数十亿乃至上百亿美元的投入之后,能否替代目前的高通基带都还是一个未知数。
还有所谓的自研无线年消息传出时,博通和 Skyworks Solutions 等公司的股价应声而跌,但长达3年多的时间里,该项目进展缓慢,去年年底又传出消息称,苹果无线芯片团队似乎已经停摆,自研WiFi芯片不太可能搭载于2025年的iPhone之上。
去年年底彭博爆料称,苹果还打算自研影像传感器,因为它是混合现实和自动驾驶的核心, 同时苹果自研的microLED屏幕和无创血糖检测系统也在推进之中,结果在今年,这三个计划中就有两个受阻:microLED团队被解散重组,而美国食品和药物管理局(FDA)也明确反对了无创血糖相关的设备。
伴随着着Vison Pro的热度褪去,以及苹果汽车的折戟,苹果自研影像传感器团队的未来恐怕也蒙上了一层阴霾,先不论研发进展如何,就算做出来了,又能用在哪里呢?
A系列芯片的成功,让苹果对芯片充满了信心,M系列芯片的成功,让苹果的这份信心进一步膨胀,苹果或许觉得,不过几平方厘米的硅片而已,只要愿意砸下重金,就如探囊取物一般简单,再加上2019年以前与高通持续数年的交锋,也让它坚定了把芯片攥在自己手里的想法。
但事与愿违,苹果至今能称得上成功的,依旧只有A和M这两大系列的芯片,甚至后者还受困于Mac销量的持续下滑,现在要让iPad来当最后的救命稻草。
3nm芯片光是流片费用就高达十亿美元,倘若没有高销量的对应产品来摊薄这部分费用,那么当初为自研降低成本的意义又在何处呢?总不能只为了一个高大上的名号而选择自研吧,倘若M4 iPad Pro的销量依旧不尽如人意,那么苹果又要找哪一个品类来当救场呢?