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从苹果M1 Ultra的组合设计推测Apple Silicon未来处理器

目前包含AMD、NVIDIA都计划藉由MCM封装与Chiplet设计堆叠处理器运算性能,而Intel等半导体业者也计划藉由推动UCIe设计规范,借此扩大推动Chiplet技术应用生态,透过不同微晶片建构差异化的处理器设计,而随着苹果正式提出以UltraFusion设计组成的M1 Ultra处理器,或许也将加速更多处理器产品以全新构架组合,产生更庞大运算性能。
 
苹果在今年春季发表会上揭晓M1 Ultra处理器,并且应用在新推出的Mac Studio,标榜运算性能相比采用Intel Xeon处理器的Mac Pro有更高表现,同时电功耗也更低。而藉由UltraFusion设计,直接将两组M1 Max「组合」,更使M1 Ultra实现更庞大运算性能与內存取用资源。


原本市场猜测苹果会延续M1至M1 Pro、M1 Max的作法,让后续处理器应用在需要更高运算性能的Mac机种,而苹果则是用相当简单、直觉且暴力的方式,透过UltraFusion设计让两组M1 Max「组合」在一起,借此形成更高运算性能,同时也能使用更高內存容量的M1 Ultra,而非设法在有限的空间内塞入更多运算核心,并且烦恼散热问题。
 
而UltraFusion的设计,显然采用台积电新一代CoWoS Chiplet技术,透过硅中介层(Silicon Interposer)与微型凸块(Micro-Bump),将两组M1 Max彼此连接,并且让可对应內存容量增加至128GB,并且对应800GB/s的內存传输频宽,同时总计形成1140亿组晶体管、20组CPU核心(包含16组性能核心与4组高效能核心),以及总计64组GPU核心,另外也配置32组核心构架的神经引擎。


M1 Ultra原生支持Thunderbolt 4连接功能,本身同样是以台积电5nm制程打造,GPU显示性能将是M1处理器的8倍,神经引擎则可对应每秒22兆次计算,并且能透过媒体引擎对应硬件加速等级的H.264、HEVC、ProRes、ProRes RAW等档案格式运算。
 
相比市面上以10核心设计的桌机处理器,苹果强调M1 Ultra可降低65%电功耗,相比16核心设计的处理器则可在相同瓦数提升最高90%,最高约可精简100W电力损耗,而相较市面最普遍使用的GPU更仅需三分之一电力运作,相比最高阶的GPU更可降低200W电力损耗,苹果更强调M1 Ultra处理器提供市面目前最高的每瓦性能表现。
 
在M1 Ultra正式公布之前,不少市场看法推测苹果以Arm架构设计的Apple Silicon处理器,透过2年时间全面取代原本使用Intel处理器、搭配AMD独立显卡的设计,依然会比照市场竞争对手采取增加CPU核心数量、结合异构组合设计,并且搭配GPU、NPU,以及先进制程生产优势,借此推动更高运算性能,同时在电功耗表现取得平衡。
 
从最早的M1,到去年公布的M1 Pro与M1 Max似乎都是采用上述模式堆叠处理器性能,但是在M1 Ultra却以更直觉设计,将两组M1 Max「组合」,借此让处理器性能大幅度提升,甚至标榜GPU显示性能能以业界最高每瓦性能运作,同时似乎也暗示Apple Silicon处理器更多发展可能性。


依照苹果硬件部门资深副总裁Johny Srouji说明,M1 Ultra将是M1系列最后一款产品,言下之意接下来的研发重心,将会聚焦在日后可能推出的M2处理器,同时预期将与M1一样采系列处理器产品设计,其中预期会以更小制程技术、更进一步的CPU、GPU核心组合推动运算性能。
 
不过,从UltraFusion的设计猜测,苹果并未透露是否仅局限对称的处理器设计拼接,或许也可能出现诸如M1 Max拼接M1 Pro的非对称拼接设计,另外苹果也可能在单一主板同时配置多组M1 Ultra处理器的设计,借此让Mac Pro等较不需要考虑有限内部空间的散热设计,可以藉由多组处理器设计发挥更高运算性能。
 
但苹果并未对此类猜测作任何响应。
 
从去年的iPad Pro换成M1处理器,而此次推出的新款iPad Air也同样采用M1处理器设计,意味苹果计划将iPad Air定位成iPad Pro之外的入门机种选项,并且与iPad机种有更明显的产品区隔。
 
而在接下来推出M2处理器之后,预期也会让新款iPad Pro系列与iPad Air换上M2处理器,但在处理器制程持续精进之后,是否有机会将运算性能更高的Pro、Max等级处理器也用于iPad机种,甚至将Ultra等级处理器也用在MacBook Pro系列笔电产品?

姑且先不论制程技术与散热设计是否能实现这样的设计,从现行的苹果产品定位来看,出现这样设计的可能性应该不高。
 
  原因在于若在iPad Pro产品也导入Pro、Max等级处理器设计,将使iPad Pro选择复杂性增加,因此可能仅会在GPU运算核心等细节做出差异化,而不会有明显差距。而在MacBook Pro加入Ultra等级处理器,则是会影响Mac Studio产品定位,加上散热设计需要更大空间,因此将Ultra等级处理器用于笔电产品的效益不高,因此实际采用这样设计的可能性也不会太大。
 
但随着制程技术精进,同时处理器设计方式也持续进步,预期未来Apple Silicon处理器将能有更多构成可能性。
 
目前包含AMD、NVIDIA都计划藉由MCM封装与Chiplet设计堆叠处理器运算性能,而Intel等半导体业者也计划藉由推动UCIe设计规范,借此扩大推动Chiplet技术应用生态,透过不同微晶片建构差异化的处理器设计,而随着苹果正式提出以UltraFusion设计组成的M1 Ultra处理器,或许也将加速更多处理器产品以全新构架组合,产生更庞大运算性能。
 
而在M1 Ultra处理器设计之下,或许也会带动更多处理器采用类似设计构成,例如Qualcomm目前积极布局PC市场所打造的处理器产品,或许接下来也会采用全新设计方式,借此推动更高运算性能表现。

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