自蒂姆·库克发布Apple Silicon芯片以来，即将迎来五周年纪念日。其实，关于它的传闻也已持续了十多年。以下是整个故事的起源、发布过程以及未来的展望。

在多年应对英特尔芯片限制之后，苹果在 2020 年WWDC期间宣布转向 Apple Silicon。放弃常用架构的努力将使苹果从同年晚些时候开始转向为其Mac和 MacBook 产品线设计新的内部芯片系列。

从英特尔到 Apple Silicon 的两年过渡开启了公司乃至整个行业的重大变革。除了宣称高效设计和高性能之外，这款芯片的发布也符合预期。Apple Silicon 还将其iPhone芯片中最具前瞻性的功能引入了桌面平台。在其 M 系列芯片中添加神经引擎是一项突破性举措，并迫使其他计算行业考虑在处理器选择上采取类似的举措。

该芯片从根本上遵循了内置 GPU 处理器的基本理念，这在处理领域过去和现在都是一种相当传统的概念。神经引擎无疑提升了机器学习任务的性能，但另一个与常规做法不同的变化也起到了一定作用。

苹果决定使用统一内存，而不是为 CPU、GPU 以及其他组件使用独立的内存池。这与通常使用一个所有 CPU 元素都可以访问的大型内存池的概念背道而驰。这个想法以多种方式提高了性能，包括允许组件访问内存中的相同数据而无需不必要地复制它。

GPU 的另一个好处是，统一内存越多，它能访问的图形处理内存就越多。这使得 Apple Silicon 中的 GPU 能够访问比现代独立 GPU 或 PC 显卡更大的内存。

虽然当时 Apple Silicon 的推出主要集中在用于 Mac 的M1和 M 系列芯片上，但该术语的用途已经扩大。现在，它指的是苹果所有主要的处理芯片，包括用于 iPhone 和iPad系列的 A 系列芯片，这些芯片也是 M 系列芯片的前身。

Apple Silicon 无处不在，它不仅存在于处理器中，也不仅仅存在于 Mac 中。但为了简单起见，这次我们将从最初的 Mac 中心视角来讨论 Apple Silicon。但即使仅就 M 系列而言，Apple Silicon 自推出以来所取得的进步也是惊人的，并且对行业构成挑战。

Apple Silicon以前：英特尔的麻烦

苹果决定生产自己的芯片是因为该公司与英特尔之间存在重大问题。

在2010年代，英特尔是计算领域的一支重要力量。这是它多年来赢得的地位，但却无法维持。对于英特尔来说，遵循摩尔定律极其困难，因为它需要芯片尺寸的不断缩小。每一次新的工艺改进都会带来新的挑战，而后续的芯片尺寸缩小也越来越难以完美。

最终，英特尔放弃了其著名的“Tick-Tock”节奏，即每次工艺变更（Tick）后，该工艺内的架构都会进行更新（Tock）。相反，到2016年，英特尔转向了“ Tick-Tock-Tock”策略，在工艺末尾进行优化阶段，以便在工艺缩减到下一个阶段之前，充分利用一个工艺。不可避免的是，芯片尺寸缩小方面的延迟，例如英特尔 10 纳米芯片的推出，对苹果来说难以应对。这只是苹果与英特尔合作时面临的问题之一，芯片产生的热量和高功耗才是真正的大问题，而且只会越来越严重。

2018 年，这导致了热节流问题，影响了当年的MacBook Pro更新。这种节流已经够严重了，足以构成问题，糟糕的固件更是雪上加霜。消费者很快就意识到了这一点。

几年前就有传言称，苹果将把更多移动芯片研发工作转入内部，一些传言甚至早在 2011 年就已出现。随着苹果经验的不断增长，转向 Mac 芯片开发似乎是不可避免的。当然，要达到这个目标它还需要克服很多障碍，但随着时间的推移，它拥有了从英特尔走自己的路所需的知识和能力。

英特尔与苹果关系的不稳定似乎给了这家 iPhone 制造商更多进军 Mac 市场的动力。它已经掌握了管理自家芯片的散热和功耗的技术，从而延长了iPhone的电池续航时间，并防止智能手机过热。因此，这些技术可以有效地 应用于桌面级处理器，这合情合理。

与长期芯片合作伙伴台积电合作，这正是苹果所做的。

M1：原始版本

苹果推出的首款 Apple Silicon 硬件并非搭载 M1 芯片，而是 A 系列芯片。开发者过渡套件以定制版Mac mini 的形式发售，去除了英特尔组件，换成了 Apple Silicon 硬件。其核心是 Apple A12Z Bionic，作为 A 系列中最强大的芯片，它堪称恰如其分的选择，并且与开发者对首款基于 ARM 的官方版本的期望非常相似。

M1系列从M1开始，采用5纳米工艺制造，拥有160亿个晶体管，四个高性能核心和四个节能核心，以及七核或八核GPU。至于神经引擎，它是一个 16 核组件，每秒可进行 11 万亿次运算。虽然内存容量较低，只有 8GB 或 16GB，但它们的内存带宽也达到了 68.25GB/s，与现代版本相比速度慢得多。苹果花了将近一年的时间才推出 M1 Pro 和 M1 Max 芯片，它们带来了更强大的功能和性能。

Pro 版 CPU 配备 6 个或 8 个性能核心以及 2 个能效核心。Max 版配备 8 个性能核心和 4 个能效核心。两款笔记本电脑的 GPU 核心数量也都有所增加，Pro 版从 14 个增加到 16 个，Max 版从 24 个增加到 32 个。神经引擎保持不变，但内存带宽分别飙升至 200GB/s 和 400GB/s。M1 芯片完全缺失的另一个功能是媒体引擎，即用于解码和编码视频的专用硬件。这一功能使得 M1 Pro 及后续芯片对于视频编辑和内容创意人员，尤其是那些使用行业标准 ProRES 的人员来说，非常出色。

2022 年 3 月，M1 Ultra 姗姗来迟，以另一种方式实现了突破。苹果利用互连技术，有效地将两块 M1 Max 芯片焊接在一起，打造出一款在几乎所有方面性能都提升一倍的芯片。这意味着 CPU 上最多有 16 个性能核心，以及 8 个能效核心，GPU 核心数量最多可达 64 个，并且配备 32 核神经网络引擎。由于是两块芯片连接在一起，因此 Max 提供的所有功能都配备了两块芯片也就不足为奇了。

随着生产线和核心数量的增加，性能也得到了提升。虽然每个核心的功能并没有增加，但总体而言，对最终用户而言，性能提升了不少。使用最新的 Geekbench 测试结果，我们很容易就能看出性能的提升。为了便于比较，我们使用了每款芯片的最高得分，不考虑核心数量或型号。

单核测试中，四款处理器的得分都差不多，都在 2400 分左右。这很合理，因为测试只使用一个快速核心，而且就这一代处理器而言，它们的整体表现基本一致。

多核基准测试开始显示出一些差异，这主要是由于每个处理器的核心数量不同。使用的核心越多，得分就越高。

这在 Metal 基准测试中更加明显，因为它们依赖于 GPU 核心数量。不同芯片层级之间存在相当大的差异。

M2：下一代M2

系列于 2022 年 6 月推出，其起步与 M1 类似，都采用了基础芯片。同样采用了 5 纳米工艺，但苹果将晶体管数量从 M1 的 160 亿增加到了 200 亿。

在这一代，CPU 继续采用四核心性能和四核心效率的配置，但核心性能较上一代有所提升。GPU 也受益于此，最多可选配 10 个核心。神经引擎更加强大，拥有 16 个核心，每秒可进行 15.8 万亿次运算。内存带宽也提升到了 100GB/s 左右。按照既定的计划，M2 Pro 和 M2 Max 于 2023 年 1 月上市。

同样，有更多核心可供使用，因为 M2 Pro 有六个或八个性能核心和四个效率核心，而 Max 有八个性能核心和四个效率核心。GPU 选项也得到了扩展，Pro 版从 16 核增加到 19 核，Pro Max 版从 30 核增加到 38 核。各版本内存带宽再次进行了相同级别的升级。

直到今年 6 月，苹果才推出了 M2 Ultra。它再次将两块 M2 Max 芯片融合在一起，拥有 16 个性能核心、8 个效率核心、32 核神经引擎、多达 76 个 GPU 核心，并使用了 1340 亿个晶体管。

内存容量也非常惊人，最高可使用 192GB。这一切都得益于高达 800GB/s 的内存带宽。

就性能而言，单核性能总体上更胜一筹，但再次呈现了不小的差异。多核得分则表现得更加出色，M2 Pro 和 M2 Max 的表现相当接近，处于中间水平。

GPU 方面，M2 Ultra 再次展现出强大的性能。这使得它在相当长一段时间内成为视觉创作者的最爱。

M3：艰难的第三代

到了第三代，科技媒体已经习惯了苹果发布新款 Apple Silicon 的方式。或者至少他们自认为了解了产品的发布节奏。2023 年 10 月推出的M3非常不寻常，主要是因为苹果不仅推出了一款 M3 芯片，还同时推出了 Pro 和 Max 版本。

M3 采用全新 3 纳米制程工艺，集成 250 亿个晶体管，为用户带来了非常熟悉的配置。它搭载八核 CPU，包含四个性能核心和四个能效核心，与上一代一样，顶级 GPU 也再次配备了十核。虽然在这一点上看似相似，但还是存在差异。

苹果自己坚称，与 M1 芯片相比，CPU 和 GPU 的改进分别提高了 35% 和 65%。神经引擎的性能也得到了提升，16 核组件升级到每秒运行速度高达 18 万亿次。这次的一大变化是名为“动态缓存”的技术，该技术允许 GPU 实时分配硬件中的本地内存。这意味着它只能分配所需的内存量，从而提高利用率。

GPU 还获得了硬件加速光线追踪和网格着色功能。这有助于在游戏和其他图形应用程序中生成视觉复杂的场景。M3 Pro 和 M3 Max 确实与常规产品存在很大差异，因为苹果对 CPU 的区分度比以往更大。Pro 配备 11 核或 12 核 CPU，分别由 5 个或 6 个性能核心搭配 6 个能效核心组成。

M3 Max 拥有 10 或 12 个性能核心，以及 4 个能效核心。M3 Max 虽然核心数量比 Pro 多，但能效核心数量却更少。这一代的内存带宽略有退步。150GB/s 和 300GB/s 的速率比 M2 版本要低。在 GPU 方面，M3 Pro 拥有 14 到 18 个核心，而 M3 Max 拥有 30 到 40 个 GPU 核心。

M3 Ultra 更是谜团重重，因为它未能及时上市。有传言称，这款芯片是否被淘汰，是为了更快地过渡到M4一代。不过，它最终还是在 2025 年 3 月出现了。这距离下一代 M4 Pro 和 Max 发布已经过去了几个月。

与往常一样，M3 Ultra 是由两块 M3 Max 芯片拼合而成。这意味着 CPU 核心数量为 28 或 32 个，其中性能核心为 20 或 24 个，并搭配 8 个能效核心。它还包含一个 32 核神经引擎，以及 60 或 80 核 GPU。内存容量跃升至 512GB 统一内存，并提供 800GB/s 的内存带宽。说到性能图表，主要要看的是多核性能。与 M2 和 M3 代不同，你可以看到 M3 Pro 和 M3 Max 芯片之间存在相当大的差距。

M4：持续增长

M4 是当前一代适用于 Mac 的 Apple Silicon，也是该系列中性能最高的产品。M4 于 2024 年 5 月发布，采用 3 纳米工艺，内置 280 亿个晶体管。它是一款九核或十核 CPU，包含三核或四核性能核心和六核能效核心。

它配备了与 M3 版本相同升级的十核 GPU 和 16 核神经引擎，每秒可进行 38 万亿次运算。内存带宽提升至 120GB/s。M4 Pro 将 CPU 规格提升至 12 核或 14 核，配备 8 个或 10 个性能核心和 4 个能效核心，这似乎是苹果从 M3 Pro 中吸取的教训。M4 Pro 的 GPU 提供 16 核和 20 核版本，内存带宽高达 273GB/s。

M4 Pro 还在 M4 的基础上进行了改进，将其 Thunderbolt 支持从 Thunderbolt 4 升级到 Thunderbolt 5。这意味着设备之间的数据传输带宽更大，从 40Gbps 提升到 80Gbps。M4 Max 比 M4 Max 更进一步，可选 14 核或 16 核 CPU，其中 10 或 12 个性能核心和 4 个能效核心。GPU 升级到 32 核或 40 核版本，内存带宽提升至 546 GB/s。

截至本文撰写时，M4 Ultra 尚未发布，预计也不会有。苹果自己也表示，并非每一代 Apple Silicon 产品都会搭载 Ultra 芯片，因此无法保证一定会有。从性能角度来看，单核结果再次相当均衡，其中 Max 略高于其他产品。

多核测试再次显示出性能的提升，这是由核心数量决定的。不过这一次，Pro 和 Max 之间的差异比 M3 略小一些。不出所料，Metal 的测试结果与核心数量的结果一致。核心越多，结果越高。

从 M1 到 M4

苹果已经证明，随着 Apple Silicon 的代代更迭，它一直在不断改进。新版本几乎在所有情况下都比旧版本更有优势，但代际之间也存在一些差异。这些年来的主要变化在于核心速度和核心数量。通过在一张图表中比较所有单核结果，可以很容易地证明这一点。

您可以看到基础版 M1 和 M4 芯片的性能提升了 60%，而 M1 Max 和 M4 Max 的性能提升更是高达 62%。事实上，您可以看到不同版本之间相当明显的代际飞跃。当你关注多核得分时，很明显时钟速度只是一个因素。核心数量的增加也会放大差异。

基础款 M4 比 M1 快 74%，但更高级别的性能提升幅度更大。对比 M1 Max 和 M4 Max，两者的提升幅度高达 203%。说到 Metal 下的图形性能，最大的提升恰好出现在基础版本上。M1 和 M4 芯片在 Geekbench Metal 跑分上相差 74%。

这并不是说其他型号的性能更差，因为Pro和Max在三代产品中分别达到了65%和62%的等效性能。即使是从M1到M3 Ultra的两代产品，性能也提升了61%。综合来看这些图表，可以明显看出，各代产品的升级相当一致。每次的改进幅度大致相同，这预示着未来的发展前景良好。

未来五年

如果说苹果有什么特点，那就是它既准时，又循规蹈矩。也就是说，未来几年 Apple Silicon 的到来应该会延续之前的模式。全面升级，几乎每年都会有一次更新，代际结构也和现在一样。除了偶尔添加 Ultra 芯片之外。

M5 一代预计即将上市，据称已开始量产。至于这次的新特性，外界猜测苹果将转向CPU 和 GPU分离，从而进一步提升性能。甚至有传言称，M6 将搭载苹果的调制解调器技术，打造一体化移动设备解决方案。想象一下，MacBook Pro 无需连接 iPhone 即可实现蜂窝连接。

虽然我们不知道 Apple Silicon 的未来究竟会怎样，但我们可以自信地说，随着时间的推移，它会变得越来越好。

参考链接：https://appleinsider.com/articles/25/04/23/five-years-of-apple-silicon-how-apple-continues-to-revolutionize-chips

出处：见配图右下角