Ciencia y Tecnología Prefacio
Cada septiembre, Apple lanza una nueva generación de iPhones, y este año, el iPhone 16 Pro incorpora el último chip A18. Las actualizaciones anuales de los chips de la serie A de Apple generan gran expectación, y antes de su lanzamiento se publican numerosos artículos sobre el tema. Gracias al nuevo chip M4, podríamos vislumbrar el potencial del A18 e incluso inferir el rendimiento del posible chip M3 Ultra.
¿Qué es el chip M4?
Tras años de sucesivas versiones de los chips de la serie A, el iPhone siempre se ha mantenido a la vanguardia en cuanto a potencia de procesamiento y rendimiento. En el ámbito de los Mac, el chip M de Apple ha entrado en su cuarta generación y está impactando la industria de los PC de una manera particular. De hecho, dado que el chip M4 se lanzó antes que el chip M3 Ultra, también afectó a la propia Apple en cierta medida.
La serie de chips móviles de Apple se actualiza a un ritmo de una generación por año, y los chips para Mac siguen la misma tendencia. Con el lanzamiento del nuevo iPad, cada vez más personas se centran en los chips de próxima generación de las series A y M de Apple. El análisis de los lanzamientos de chips anteriores y del nuevo chip M4 del iPad Pro podría darnos algunas pistas sobre los próximos productos de Apple.
De las dos series de chips analizadas anteriormente, la serie M puede ser más difícil de predecir. Esto se debe a que Apple lanza más chips en cada generación de la serie M. En contraste, sus competidores de la serie A tienen muchos menos productos, con solo pequeñas variaciones en el número de núcleos por chip. A modo de comparación, Apple ha lanzado un total de 12 chips en las cuatro generaciones de productos de la serie M.
Entre los chips de la serie M anunciados hasta la fecha, los chips M1 y M2 están disponibles en versiones estándar, Pro, Max y Ultra. El M3 cuenta con versiones estándar, Pro y Max, y la versión Ultra se lanzará próximamente. Sin embargo, del M4 solo se ha lanzado la versión estándar. Es casi seguro que, con el tiempo, Apple realizará mejoras en cada nivel de cada generación de chips, demostrando un mayor progreso.
Dado que se esperan avances tecnológicos de Apple entre generaciones de chips, resulta relativamente fácil especular sobre nuevos chips. Esto incluye el M3 Ultra, aún no anunciado, y otros nuevos chips de la serie M4.
Análisis de chips Pro y Max
En primer lugar, la versión básica de cada generación de la serie M suele tener un diseño de ocho núcleos, divididos en cuatro núcleos de alto rendimiento y cuatro núcleos de bajo consumo. Sin embargo, esta tendencia cambió en el M4, donde Apple optó por un diseño de nueve o diez núcleos. Ambas versiones cuentan con seis núcleos de bajo consumo y tres o cuatro núcleos de alto rendimiento.
Los chips Pro y Max generalmente cuentan con más núcleos disponibles, llegando el M3 a tener hasta 16. En este chip, la capacidad se divide en 12 núcleos de alto rendimiento y cuatro núcleos de eficiencia energética. El chip Ultra es, en realidad, una combinación de dos chips Max. En comparación con el chip Max de la misma generación, su rendimiento se ha duplicado en muchos aspectos.
Además, el número de núcleos de la GPU ha aumentado gradualmente con el tiempo, pasando de 7 u 8 en el M1 a 10 en el M4. El Neural Engine (NPU) se mantiene con 16 núcleos durante toda la vida útil de los chips M de Apple y con 32 núcleos en los chips Ultra. Sin embargo, el rendimiento mejoró entre generaciones debido al mayor número de transistores por núcleo.
Para M1, el número de operaciones de la NPU por segundo es de 11 billones de veces; M2 aumenta a 15,8 billones de veces, y M3 alcanza los 18 billones de veces. En M4, la situación cambia drásticamente, ya que Apple afirma que es capaz de alcanzar los 38 teraflops. Esto representa más del doble del rendimiento de la NPU M3.
Además del número de núcleos, otro factor que mejora el rendimiento es el ancho de banda de la memoria. El ancho de banda de la memoria del M1 es de tan solo 68,25 GB/s, cifra que aumenta a 200 GB/s para el M1 Pro, 400 GB/s para el M1 Max y 800 GB/s para el M1 Ultra. El ancho de banda de la memoria ha variado considerablemente con el tiempo. Por ejemplo, el M3 Pro tiene un ancho de banda de 150 GB/s, mientras que el M4 tiene un ancho de banda de 120 GB/s.
En comparación con el análisis de variables complejas, existe una forma más sencilla de evaluar el rendimiento: observar los datos reales de las pruebas. La siguiente figura muestra los resultados de Geekbench para pruebas de un solo núcleo y multinúcleo de los chips de la serie M. Si bien los resultados de esta prueba pueden no ser perfectos (por ejemplo, las diferencias entre los chips Pro y Max no son enormes), en el uso real se observa una gran diferencia entre ambos en algunos escenarios, aunque esto no es una situación generalizada.
En este conjunto de datos, el chip con un rendimiento más anómalo es el M4, ya que es el único probado en el iPad Pro. Dado su nivel de rendimiento, no debería tener un gran impacto en los resultados, pero no cuenta con una mejor refrigeración que su contraparte para Mac. Sin embargo, los resultados muestran que los chips más recientes y de gama alta generalmente ofrecen un mejor rendimiento. Esto no es sorprendente, pero tampoco resulta del todo útil.
Para analizarlo desde otra perspectiva, observemos los chips básicos de cada generación: M1, M2, M3 y M4. Al comparar solo estos cuatro chips, se aprecia claramente la mejora entre generaciones, y esta mejora se acentúa a medida que se avanza. De M1 a M2, su rendimiento de un solo núcleo aumentó en 12% y su rendimiento multinúcleo en 16%. De M3 a M4, aumentaron en 22% y 27% respectivamente.
Sin embargo, debido a diferencias importantes entre los chips Pro, Max y Ultra, no son adecuados para dicha comparación. Por ejemplo, la puntuación multinúcleo del M3 Pro es solo 7% superior a la del M2 Pro, en parte porque Apple modificó la proporción de núcleos de alto rendimiento y de bajo consumo en esa versión. En cuanto al M3 Ultra, si bien los datos pueden no ser del todo precisos, podemos utilizarlos, junto con las especificaciones de otros chips Apple ya lanzados, para hacer una estimación razonable de sus capacidades de hardware.
El más fácil de adivinar es el M3 Ultra, que probablemente se presentará en la WWDC. Si Apple sigue su curso habitual, el M3 Ultra rendirá el doble que el M3 Max en todos los aspectos, pero esto es solo una suposición razonable ya que no hay una "conexión dura" obvia en el M3 como la hay en el M1 y el M2. En teoría, el M3 Ultra podría estar equipado con una CPU de 28 o 32 núcleos, incluyendo 20 o 24 núcleos de alto rendimiento y ocho núcleos de eficiencia energética. También tendrá un motor neuronal de 32 núcleos que puede realizar 36 billones de cálculos por segundo, y un ancho de banda de memoria de 800 GB/s.
En cuanto a los procesadores M4 Pro, Max y Ultra, podemos seguir las distintas variantes del M3 y aumentar ligeramente muchas de sus especificaciones para obtener una cifra aproximada. Por ejemplo, el M4 Pro podría tener 11 o 12 núcleos de CPU, al igual que el M3 Pro. Sin embargo, dado que Apple ha aumentado el número de núcleos del M4, la versión Pro podría llegar a tener 13 o incluso 14 núcleos. El M4 Max podría ser equivalente a los 14 o 16 núcleos del M3 Max. Del mismo modo, el M4 Ultra podría duplicar la potencia del M4 Max.
En cuanto a los núcleos de la GPU, Apple podría aumentar su número moderadamente. Por ejemplo, el modelo Pro podría tener entre 16 y 20 núcleos, y el Max entre 40 y 50. A Apple le gusta mantener la coherencia del Neural Engine entre generaciones de productos, por lo que los 38 TOPS de 16 núcleos del M4 se extenderán a los modelos Pro y Max. La versión Ultra alcanzará los 76 TOPS tras duplicar su rendimiento.
Si el M4 Pro y el Max presentan las mismas mejoras de rendimiento que el M4, las nuevas cifras podrían resultar sorprendentes. Tomando como ejemplo el M3 Max, con una mejora de 22%, su rendimiento de un solo núcleo podría alcanzar los 3800 puntos en Geekbench. Si se mantiene la mejora de 27%, el rendimiento multinúcleo podría superar los 26 000 puntos. Sin embargo, esto es solo una especulación, y la situación específica no se conocerá hasta el lanzamiento del chip.
Al igual que la serie M, los chips de la serie A han experimentado un largo periodo de actualizaciones a lo largo de los años. Dado que el equipo de diseño de Apple es responsable de ambas líneas de chips, es fácil esperar bastantes similitudes entre ellas.
De hecho, la serie M de Apple se desarrolló originalmente basándose en su experiencia con los chips de la serie A. Si bien existen muchas similitudes entre ambas, también hay muchas diferencias. La serie A está diseñada principalmente para iPhones y iPads, no para Macs. Dado que los dispositivos móviles de Apple no cuentan con refrigeración activa, Apple debe permitir que los chips de la serie A funcionen a temperaturas más bajas. Además, la mayoría de los usuarios de iPhone no utilizan sus teléfonos para procesar contenido de alta carga. A partir del A13, Apple ha utilizado un diseño de seis núcleos que incluye dos núcleos de alto rendimiento y cuatro núcleos de bajo consumo en sus chips de la serie A. Esto representa dos núcleos de alto rendimiento menos que la mayoría de los núcleos de la serie M.
Por la misma razón, las GPU de la serie A también sufren este problema y, por lo tanto, utilizan menos núcleos. Las A13 y A14 tienen cuatro núcleos de GPU, las A15 y A16 tienen cinco, y la A17 Pro tiene seis. Si se empieza con la A14 y se compara con la M1, se puede observar que, a excepción de la A17 y la M4, que tienen seis y diez núcleos respectivamente, la serie A tiene la mitad de núcleos que la serie M.
Sin embargo, dado que Apple suele ofrecer dos cantidades diferentes de núcleos de GPU en un solo chip, y el M4 solo ha ofrecido una hasta ahora, es probable que los primeros Mac que utilicen el chip incluyan la segunda opción. Siguiendo la tendencia, debería ser una versión de 12 núcleos. La NPU en la serie A tiene 16 núcleos, en consonancia con la serie M. Sin embargo, su rendimiento parece ser similar al del chip M. El Neural Engine del A14 puede realizar 11 billones de operaciones por segundo como el M1, y los 15,8 billones de operaciones del A15 son los mismos que los del M2. El A16 es ligeramente diferente con 17 teraflops, mientras que el M3 es de 18 teraflops. Al igual que el M4, el rendimiento de la NPU del A17 Pro se ha incrementado a 38 billones de operaciones por segundo.
En cuanto al proceso de fabricación, las series A y M también guardan cierta relación. Partiendo de los 5 nm de los modelos A14 y A15, el A16 se ha actualizado a 4 nm, y el A17 Pro ha alcanzado los 3 nm. Esto es similar a la serie M, con la excepción del M3, que pasa directamente de los 4 nm a los 3 nm.
En términos de rendimiento, la serie A ha experimentado una mejora increíble. En Geekbench, el rendimiento del iPhone comienza con el A13, que obtiene 1722 puntos en la prueba de un solo núcleo y 3848 en la de múltiples núcleos. El rendimiento del A14 supera los 2000 puntos en la prueba de un solo núcleo y casi alcanza los 5000 en la de múltiples núcleos. En el A17 Pro, su puntuación de un solo núcleo es de 2899 y la de múltiples núcleos es de 7202.
Desde el A13 hasta el A17 Pro, el rendimiento de un solo núcleo de los chips de la serie A aumentó en 68% en cuatro años, mientras que el rendimiento multinúcleo aumentó en 87% en el mismo período. Desde una perspectiva de iteración, el rendimiento de un solo núcleo del A14 es 22% superior al del A13, y la versión multinúcleo es 26% superior. En los años posteriores, la tasa de crecimiento disminuyó, oscilando entre 10% y 16% por año. En el A17 Pro, las mejoras de un solo núcleo y multinúcleo son 13% y 10% respectivamente.
A juzgar por las especificaciones y los datos, podemos hacernos una buena idea de cómo será el A18. En primer lugar, Apple parece inclinada a mantener su arquitectura de seis núcleos, por lo que es posible que conserve los dos núcleos de alto rendimiento y los cuatro de bajo consumo. Debido a las limitaciones de disipación de calor, es improbable que Apple cambie la configuración anterior en cuanto al número de núcleos de la GPU, por lo que existe una alta probabilidad de que el A18 mantenga seis núcleos como el A17 Pro. En términos de rendimiento, según las reglas anteriores, la mejora de rendimiento del A18 en Geekbench es de al menos 10% en comparación con el A17 Pro. Esto significa que la puntuación en la prueba de un solo núcleo probablemente ronde los 3200, y en la prueba multinúcleo, los 7900.
La mejora más significativa del A18 reside en la inteligencia artificial, que también podría ser el principal punto fuerte del iPhone 16 Pro. Se rumorea que Apple reforzará las capacidades de IA de sus chips para sentar las bases de las capacidades de IA del iPhone. Sin embargo, Apple ya ha introducido algunos cambios en el A17, duplicando la potencia de cálculo de la NPU del A16 hasta alcanzar los 38 billones por segundo.
Si Apple quiere apostar por la IA, debería centrarse en la NPU, lo que implicaría que podría actualizarla a núcleos NPU más potentes, aumentar el número de núcleos originales o combinar ambas opciones. Sea cual sea la decisión final de Apple, creo que los usuarios que quieran comprar un Mac en el futuro prestarán mucha atención. Porque el chip A18 que Apple desarrolle determinará si el M5 seguirá la misma línea en el futuro.