M2 芯片解析：似乎是一个增强版的 A15？

作者 | Ryan Smith 译者 | 弯月出品 | CSDN（ID：CSDNnews）虽然一年一度的WWDC主要是一个软件发布会，但也总是时不时地给出一些硬件惊喜，今年也不例外。在WWDC22上，苹果公布了用于Mac（和iPad）平台的第二代苹果系统芯片——M2。这个时间点有些引人关注，尤其它是在M1芯片的王者之M1 Ultra发售后还不到三个月的时间，就带来了......

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11115人浏览 · 2022-06-21 18:30:18

CSDN资讯 · 2022-06-21 18:30:18 发布

作者 | Ryan Smith 译者 | 弯月

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

虽然一年一度的WWDC主要是一个软件发布会，但也总是时不时地给出一些硬件惊喜，今年也不例外。在WWDC22上，苹果公布了用于Mac（和iPad）平台的第二代苹果系统芯片——M2。

这个时间点有些引人关注，尤其它是在M1芯片的王者之M1 Ultra发售后还不到三个月的时间，就带来了第二代芯片，可谓没有浪费任何的时间。

当下，M2芯片版本的MacBook Pro正式发售在即，其是否值得入手？在M2的架构设计上，它与M1的差距究竟有多少？本文将从M2的性能、设计等维度进行深入分析，我们来一探究竟吧！

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M2 芯片 vs M1 芯片

M2的目标很直接，就是替换苹果产品线中的M1，最初搭载到13英寸MacBook Pro以及经过全新设计的MacBook Air上。M2的卖点是比原版M1系统芯片在多线程CPU负载上提高18%的性能，在GPU为主的负载上提高35%性能。

M2是苹果对其Mac系统芯片的第一次迭代尝试，加入了更新颖的技术，并更新了低端笔记本产品线，以应对来自竞争对手的挑战。

M2的发布还让我们窥探到苹果怎样处理苹果芯片生态系统中的升级。在iPhone家族中，A系列芯片时代的更新一直保持着一年一次的节奏；相反，传统的PC生态系统则差不多两年一次。而M2差不多取二者的折中，在M1发售后约一年半发售，尽管从架构的角度来看，它更接近于A系列芯片的一年一次更新。

从更高层来看，M2中的变化有限，或者至少说，这次苹果打算披露的变化有限。主要改变集中在几个关键区域，而不是像M1芯片那样推出大量新东西。虽然更多情况有待苹果在推出硬件本身时进行公布，但目前来看，M2看起来更像由A15芯片发展而来，就像M1由A14发展而来一样。因此，乍一看M1到M2的升级也类似于A14到A15的升级。

据苹果称，新的系统芯片包含大约200亿个晶体管，比M1多40亿（25%），比A15多50亿。芯片的制作工艺为苹果所谓的“第二代5纳米”制程，我们相信这种工艺类似于台积电的N5P，即A15芯片采用的公义。与N5相比，N5P能提供性能上的优势，但不会提高晶体管密度。所以，尽管苹果没有公布晶片大小，从苹果公布的晶片对比图中可以看出，M2尺寸要比M1大很多。

苹果芯片
芯片类型	M2	M1
CPU	4个高性能核心（Avalanche？） 16MB共享L2缓存 4个高效率核心（Blizzard？） 4MB共享L2缓存	4个高性能核心（Firestorm） 16MB共享L2缓存 4个高效率核心（Icestorm） 4MB共享L2缓存
GPU	“下一代” 10核心 3.6TFLOPS	8核心 2.6TFLOPS
神经元引擎	16核心 15.8TOPS	16核心 11TOPS
内存控制器	LPDDR5-6400 8个16位通道总带宽100GB/秒（联合）	LPDDR4-4266 8个16位通道总带宽68GB/秒（联合）
内存容量	24GB	16GB
编码解码	8K H.264，H.265，ProRes，ProRes RAW	4K H.264，H.265
USB	USB4/Thunderbolt 3 2端口	USB4/Thunderbolt 3 2端口
晶体管数量	200亿	160亿
Mfc制程	“第二代5纳米” TSMC N5P？	TSMC N5

从第一行开始，在ARM架构的CPU核心方面，M2维持了苹果的4个高性能核心加4个高效率核心的组合。苹果并没有披露这里用的CPU核心是哪一代，但根据性能期望和时间来看，我们有理由相信这是苹果在A15中首次公布的Avalanche和Billizard核心。

至于性能，苹果说M2能比M1在多线程CPU方面提高18%。苹果并没有给出时钟频率和IPC方面的提高的具体数据，但如果我们关于Avalanche/Blizzard的推测是正确的，就可以准确地猜测出具体数据。相对于A14/M1中的Firestorm，Avalanche仅提供少量的性能提升，因为绝大部分提升都在整体的能耗效率上。因此，性能提升来自时钟频率的提升，而不是IPC的提升。

M2的高性能核心搭载的L2缓存也比较大，这也起到了提高性能的作用。M1只有12MB的共享L2缓存，M2将其提高到了16MB，比M1和A15都多了4MB。

根据A15的表现，我们可以推测出，这一代CPU最大的更新就是功耗方面。Blizzard CPU核心越来越像大型核心，提供较高的性能，以及比其他ARM高效率核心设计更宽广的后台设计。在其他方面，Blizzard增加了第四个整数ALU，与其他相结合，能为A15带来显著（28%）的性能提升。有理由相信，M2也会有类似的提升，尽管具体数值取决于苹果采用的时钟频率。

这也可以说明为何苹果在与自家产品的对比中将关注点放在了多线程性能上。由于最大的性能提升来自高效率核心，在需要性能的情况下，多线程负载能最大限度地利用P核心和E核心，获得最佳的性能提升。从整体来看，Avalanche/Blizzard在CPU微架构前端方面获得过很好的成绩，可以预期M2芯片会继承这些成果。

同时，在GPU前端方面，苹果走得更远。M2的底层架构是所谓的“下一代”GPU，带有10个CPU核心，比M1的8个核心多了两个。官方公布的数据是GPU能达到3.6TFLOPS，比8核心的M1多了1TFLOPS。而且，新的GPU还带有更大的共享L2缓存，而苹果没有公布M1的缓存大小。

更多的核心数量，以及大约10%的GPU时钟频率提升（根据TFLOPS测算），两者共同构成了M2的GPU的性能提升。在标称功耗（大约12W）下，M2的GPU性能大约比M1高25%。但是，M2的GPU的功耗可以超过M1的GPU。根据苹果的数据，M2在全功率状态下消耗大约15W，其性能比M1提高大约35%。

总体来看，这表明尽管苹果在努力提高能耗效率，其GPU的最高功耗也在上升。对于轻量级的负载来说，这并没有什么影响，但我们很期待它在繁重且长期的负载上的表现，特别是在无风扇的MacBook Air上的表现。同时，GPU的显示控制器似乎没有改变，最大只能支持6K的外接显示器。

GPU更新的同时，M2还更新了其视频编码解码模块，乍一看非常像从M1 Pro/Max上直接切下来的模块。这些芯片提供了对苹果的ProRes和ProRes RAW编码的支持，现在这些支持集成到了M2芯片内。同样，M2现在正式支持8K视频解码，而M1只能支持4K，虽然并没有官方说明。

最后，在处理能力方面，M2继承了A15更新的神经元引擎。根据苹果公布的消息，这个引擎依然是16核心设计，而且恰巧与A15的神经元引擎拥有相同的15.8TOPS（每秒158亿次操作）的性能。虽然它仅仅与A15持平，但仍比M1的神经元引擎快40%，后者的速度只有11TOPS。

总的来说，苹果在第二代芯片的性能方面有很大信心，而且坚信能与英特尔一决胜负。虽然我们要等到拿到实际的硬件才能确认其性能，但M1已经证明了苹果的成功，所以我们相信M2也一样出色。

内存：LPDDR5-6400，最大24GB

虽然最新的苹果芯片的核心逻辑似乎是一个增强版的A15，但它有一个不得不说的优势：支持LPDDR5。

原始的M1（以及A15）仅支持LPDDR4x内存，而M2支持最新的LPDDR5内存标准。最大的变化就是它支持更高内存时钟频率。根据苹果的数据，M2的速率为6400Mbps/pin（LPDDR5-6400），与原始M1的4266Mbps/pin（LPDDR4x-4266）相比是一个巨大的提升。这一提升的直接结果就是，在芯片的128位内存总线上，M2的内存带宽能达到100GB/秒，与M1（约68GB/秒）相比大约有50%的提升。

苹果在内存技术方面不寻常的激进，是在笔记本市场上保持竞争力的一个关键，所以巨大的内存带宽提升能帮助苹果保持领先地位。提高内存带宽进一步从各个方面为芯片带来了提升，特别是在GPU性能上（内存带宽通常会成为GPU的瓶颈），因此支持LPDDR5才能让这个10核心的GPU发挥全部性能。虽然，M2是在追赶：M1 Pro/Max/Ultra率先支持LPDDR5，实际上M2是整个M系列芯片中最后一个支持LPDDR5的。

而且，苹果将LPDDR5内存的支持模块直接放到了处理器晶片内。所以M2芯片必须预装内存，因此笔记本的供货量可能会因为内存容量和最流行的配置而有较大波动，特别是在发售早期。

M2设备可以选择8GB、16GB或24GB内存。考虑到苹果依然使用两片内存，似乎苹果终于开始考虑利用LPDDR对于非2的倍数内存颗粒的支持了（例如12Gb的内存颗粒），这样不需要暗中操作就能在一片内存中获得12GB的容量。假设苹果将这种技术向下应用到Pro/Max/Ultra芯片上，我们就能看到所有苹果芯片的最大内存容量都得到50%的提升。

其他：新的ISP，不变的USB

今天的M2发布会中还有几点值得一提。

首先，M2的ISP以及Secure Enclave都得到了更新。就像M2的其他方面一样，这些应该继承自A15。

同时，仔细看看新的MBA和MBP的配置就会发现，其USB或其他I/O支持并没有什么变化。2020年，M1就已经走在了最前沿，支持USB4，所以这方面没有任何改变。这意味着芯片依然只能支持Thunderbolt 3，尽管Thunderbolt 4已经发布超过一年了。MBA和MBP都有两个USB口，所以可以认为，这仍然是芯片本身的限制。