Наука и технологии. Предисловие.
Каждый сентябрь Apple выпускает новое поколение iPhone, и в этом году Apple оснастит iPhone 16 Pro новейшим чипом A18. Ежегодные обновления чипов серии A от Apple привлекают много внимания, и соответствующие новости освещаются в различных изданиях еще до релиза. Благодаря недавно выпущенному чипу M4 мы можем увидеть тени A18 и даже предположить производительность возможного чипа M3 Ultra.
Что такое чип M4?
После многих лет итераций чипов серии A, iPhone всегда был в авангарде с точки зрения вычислительной мощности и производительности. Что касается Mac, то чип M от Apple теперь вступил в четвертое поколение и оказывает уникальное влияние на индустрию ПК. Фактически, поскольку чип M4 был выпущен до появления чипа M3 Ultra, он в некоторой степени повлиял и на саму Apple.
Серия мобильных чипов Apple обновляется со скоростью одно поколение в год, и чипы Mac также следуют этой тенденции. С выходом нового iPad всё больше внимания уделяется чипам следующего поколения серий A и M. Анализ прошлых выпусков чипов и нового чипа M4 в iPad Pro может дать нам некоторые подсказки о будущих продуктах Apple.
Из двух серий чипов, рассмотренных выше, серию M, возможно, сложнее предсказать. Это связано с тем, что Apple выпускает больше чипов в каждом поколении серии M. В отличие от этого, у её конкурентов из серии A гораздо меньше продуктов, с лишь незначительными изменениями в количестве ядер на чип. Для сравнения, Apple выпустила в общей сложности 12 чипов в четырёх поколениях продуктов серии M.
Среди анонсированных на данный момент чипов серии M, чипы M1 и M2 доступны в стандартной, Pro, Max и Ultra версиях. M3 выпускается в стандартной, Pro и Max версиях, а версия Ultra появится в ближайшее время. Однако пока выпущена только стандартная версия M4. Практически само собой разумеется, что со временем Apple будет вносить улучшения на каждом уровне каждого поколения чипов, демонстрируя значительный прогресс.
Учитывая, что технологические усовершенствования Apple ожидаются между поколениями чипов, это делает спекуляции на новых чипах относительно простыми. Это касается и пока ещё не анонсированного M3 Ultra, а также других новых чипов серии M4.
Анализ чипов Pro и Max
Во-первых, базовая версия каждого поколения серии M обычно имеет восьмиядерную архитектуру. Она разделена на 4 высокопроизводительных ядра и 4 энергоэффективных ядра. Однако в серии M4 эта тенденция изменилась, и Apple использует девятиядерную или десятиядерную архитектуру. Обе версии имеют по шесть энергоэффективных ядер, но при этом либо три, либо четыре высокопроизводительных ядра.
Чипы Pro и Max, как правило, имеют больше ядер, при этом M3 может похвастаться до 16 ядер. В этом чипе 12 ядер являются высокопроизводительными, а 4 — энергоэффективными. Чип Ultra фактически представляет собой комбинацию двух чипов Max. По сравнению с чипом Max того же поколения, его производительность по многим параметрам удвоилась.
Кроме того, количество ядер GPU постепенно увеличивалось с течением времени: с 7 или 8 на M1 до 10 на M4. Нейронный процессор (NPU) оставался 16-ядерным на протяжении всего жизненного цикла чипов Apple M и 32-ядерным на чипах Ultra. Однако производительность улучшилась между поколениями благодаря увеличению количества транзисторов на ядро.
Для M1 количество операций NPU в секунду составляет 11 триллионов раз, для M2 — 15,8 триллионов раз, а для M3 — 18 триллионов раз. В M4 ситуация кардинально меняется: Apple заявляет о его способности достигать 38 терафлопс. Это более чем в два раза превышает производительность NPU M3.
Помимо количества ядер, еще одним фактором, повышающим производительность, является пропускная способность памяти. Пропускная способность памяти у M1 составляет всего 68,25 ГБ/с, увеличиваясь до 200 ГБ/с у M1 Pro, 400 ГБ/с у M1 Max и 800 ГБ/с у M1 Ultra. Пропускная способность памяти значительно изменилась с течением времени. Например, у M3 Pro она составляет 150 ГБ/с, а у M4 — 120 ГБ/с.
По сравнению с анализом сложных переменных, существует более простой способ оценки производительности — это просмотр реальных данных тестов производительности. На рисунке ниже показаны результаты Geekbench для одноядерных и многоядерных процессоров выпущенной серии M. Хотя результаты этого теста могут быть не совсем точными. Например, разница в результатах между процессорами Pro и Max невелика. Однако в реальных условиях в некоторых сценариях наблюдается существенная разница, но это не является повсеместной ситуацией.
В этом наборе данных наиболее аномально высокие показатели демонстрирует M4, поскольку это единственный протестированный чип на базе iPad Pro. Учитывая его уровень производительности, он не должен сильно влиять на результаты, но у него нет такой же системы охлаждения, как у его аналога для Mac. Тем не менее, результаты показывают, что более поздние и высокопроизводительные чипы в целом демонстрируют лучшую производительность. Это не удивительно, но и не совсем полезно.
Чтобы взглянуть на это с другой стороны, рассмотрим базовые чипы каждого поколения: M1, M2, M3 и M4. Сравнивая только эти четыре чипа, можно отчетливо увидеть улучшение между поколениями, причем это улучшение становится тем больше, чем дальше по иерархии. От M1 к M2 производительность в одноядерном режиме увеличилась на 121 TP3T, а в многоядерном — на 161 TP3T. От M3 к M4 эти показатели увеличились на 221 TP3T и 271 TP3T соответственно.
Однако из-за существенных различий между чипами Pro, Max и Ultra они не подходят для такого сравнения. Например, многоядерный результат M3 Pro всего на 7% выше, чем у M2 Pro, отчасти потому, что Apple изменила соотношение производительных и энергоэффективных ядер в этой версии. Что касается M3 Ultra, хотя данные могут быть не совсем точными, мы можем использовать эти данные и характеристики других выпущенных чипов Apple, чтобы сделать разумное предположение о его аппаратных возможностях.
Проще всего предположить, что это будет M3 Ultra, который, вероятно, будет представлен на WWDC. Если Apple продолжит в том же духе, M3 Ultra будет вдвое лучше, чем M3 Max, по всем параметрам, но это лишь разумное предположение, поскольку в M3 нет очевидной “жесткой связи”, как в M1 и M2. Теоретически, M3 Ultra может быть оснащен 28- или 32-ядерным процессором, включая 20 или 24 высокопроизводительных ядра и восемь энергоэффективных ядер. Он также будет иметь 32-ядерный нейронный процессор, способный выполнять 36 триллионов вычислений в секунду, и пропускную способность памяти 800 ГБ/с.
Что касается M4 Pro, Max и Ultra, мы можем проследить за различными вариантами M3 и немного увеличить многие характеристики, чтобы получить приблизительное числовое значение. Например, M4 Pro может иметь 11 или 12 ядер процессора, как и M3 Pro. Но поскольку Apple увеличила количество ядер в M4, версия Pro может увеличить их до 13 или даже 14. M4 Max может быть эквивалентен M3 Max с его 14 или 16 ядрами. Аналогично, M4 Ultra может вдвое превосходить M4 Max по мощности.
Что касается ядер графического процессора, Apple может умеренно увеличить их количество. Например, у версии Pro может быть от 16 до 20 ядер, а у версии Max — от 40 до 50. Apple предпочитает сохранять неизменным нейронный процессор во всех поколениях продуктов, поэтому производительность M4 с 16 ядрами (38 TOPS) будет распространена на версии Pro и Max. Версия Ultra после удвоения достигнет 76 TOPS.
Если M4 Pro и Max продемонстрируют те же улучшения производительности, что и M4, новые показатели могут оказаться неожиданными. Взяв в качестве примера M3 Max, можно сказать, что при увеличении производительности на 221 TP3T, его одноядерная производительность может достичь около 3800 в Geekbench. Если же увеличение на 271 TP3T сохранится, многоядерная производительность может превысить 26 000. Но это пока лишь предположения, и конкретная ситуация станет известна только после выхода чипа на рынок.
Как и чипы серии M, чипы серии A за эти годы претерпели длительный период обновлений. Поскольку команда разработчиков Apple отвечает за обе линейки чипов, неудивительно, что между ними много общего.
На самом деле, процессоры серии M от Apple изначально разрабатывались на основе опыта создания процессоров серии A. Хотя между ними много сходств, есть и много различий. Поскольку серия A в первую очередь предназначена для iPhone и iPad, а не для Mac, из-за отсутствия активного охлаждения в мобильных устройствах Apple, процессоры серии A должны работать при более низких температурах. Кроме того, большинство пользователей iPhone не используют свои телефоны для обработки контента с высокой нагрузкой. Начиная с A13, Apple использует шестиядерную архитектуру, включающую два высокопроизводительных ядра и четыре энергоэффективных ядра в своих процессорах серии A. Это на два высокопроизводительных ядра меньше, чем у большинства процессоров серии M.
По той же причине графические процессоры серии A также страдают от недостатка ядер и, следовательно, используют меньшее их количество. A13 и A14 имеют четыре ядра, A15 и A16 — пять, а A17 Pro — шесть. Если начать с A14 и сравнить их с M1, то можно обнаружить, что, за исключением A17 и M4, которые имеют шесть и десять ядер соответственно, серия A имеет вдвое меньше ядер, чем серия M.
Однако, поскольку Apple обычно предлагает два разных количества ядер GPU на одном чипе, а M4 пока предлагал только одно, первые Mac, использующие этот чип, скорее всего, будут иметь второй вариант. Следуя этой тенденции, это должна быть 12-ядерная версия. NPU в серии A имеет 16 ядер, что соответствует серии M. Однако его производительность, похоже, аналогична чипу M. Нейронный процессор A14 может выполнять 11 триллионов операций в секунду, как и M1, а 15,8 триллионов операций в A15 — это то же самое, что и в M2. A16 немного отличается — 17 терафлопс, в то время как M3 — 18 терафлопс. Как и в M4, производительность NPU в A17 Pro увеличена до 38 триллионов операций в секунду.
С точки зрения технологического процесса, серии A и M также в определенной степени связаны. Начиная с 5 нм у A14 и A15, A16 был модернизирован до 4 нм, а A17 Pro достиг 3 нм. Это снова в некоторой степени сопоставимо с серией M, за исключением того, что M3 сразу переходит с 4 нм на 3 нм.
Что касается производительности, серия A продемонстрировала невероятное улучшение. В Geekbench производительность iPhone начинается с 1722 баллов в одноядерном режиме и 3848 баллов в многоядерном режиме у A13, а производительность A14 в одноядерном режиме превышает 2000 баллов, а в многоядерном — почти 5000. У A17 Pro результат в одноядерном режиме составляет 2899 баллов, а в многоядерном — 7202 балла.
За четыре года производительность одноядерных процессоров серии A, начиная с A13 и заканчивая A17 Pro, увеличилась на 681 ТБ3Т, а многоядерная производительность — на 871 ТБ3Т. В целом, производительность одноядерных процессоров A14 на 221 ТБ3Т выше, чем у A13, а многоядерных — на 261 ТБ3Т выше. В последующие годы темпы роста снизились, составив от 101 ТБ3Т до 161 ТБ3Т в год. В A17 Pro увеличение производительности одноядерных и многоядерных процессоров составило 131 ТБ3Т и 101 ТБ3Т соответственно.
Судя по характеристикам и данным, можно с уверенностью предположить, как будет выглядеть A18. Во-первых, Apple, похоже, намерена сохранить шестиядерную архитектуру, поэтому два высокопроизводительных ядра и четыре энергоэффективных ядра, вероятно, останутся. Из-за ограничений в теплоотводе Apple вряд ли изменит прежние правила по количеству ядер графического процессора, поэтому существует высокая вероятность того, что A18 сохранит шесть ядер, как и A17 Pro. Что касается производительности, то, согласно предыдущим правилам, прирост производительности A18 в Geekbench составляет не менее 101 TP3T по сравнению с A17 Pro. Это означает, что результат в одноядерном тесте, вероятно, составит около 3200, а в многоядерном — около 7900.
Реальное улучшение A18 должно заключаться в искусственном интеллекте, который, возможно, станет главным нововведением iPhone 16 Pro на этот раз. Ходят слухи, что Apple усилит возможности своих чипов в области ИИ, чтобы заложить основу для развития ИИ в iPhone. Однако Apple внесла некоторые изменения в A17, удвоив вычислительную мощность NPU A16 до 38 триллионов в секунду.
Если Apple хочет развивать искусственный интеллект, ей следует уделить больше внимания NPU, что, вероятно, означает, что Apple может перейти на более мощные ядра NPU, увеличить количество исходных ядер или объединить эти два подхода. Независимо от того, что Apple в итоге предпримет, я считаю, что пользователи, которые захотят купить Mac в будущем, будут внимательно следить за развитием этой технологии. Потому что от того, какой чип A18 выпустит Apple, будет зависеть, будет ли M5 развиваться в том же направлении в будущем.