iPad Pro首发M4芯片，苹果在AI PC时代的背水一战

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）5月7日，苹果发布了全新的iPad系列产品线，包括新款iPad Air以及iPad Pro，另外还有全新的妙控键盘以及Apple Pencil Pro。感叹于新iPad Pro高达8999元的起售价，以及超过2万元的顶配价格之外，作为苹果第一款着重于AI处理性能的芯片，新iPad Pro上首发的M4芯片更值得我们关注。
 
280亿晶体管，苹果最强AI算力芯片
 
新iPad Pro的主要升级包括采用了双层OLED面板、机身最薄只有5.1mm、加强机身散热，以及全新的M4芯片。上一代iPad Pro上采用了M2芯片，而新一代iPad Pro跳过了M3直接上到M4，似乎意味着苹果对iPad Pro产品线的微调。
 
相比M2，M4最显著的变化是在神经网络引擎方面的性能提高，苹果平台架构副总裁Tim Millet甚至表示，M4的神经网络引擎已经超越今天市面上任何AI PC上的NPU。
 
苹果也提到，M4芯片令新款iPad Pro成为一款理想的AI设备——没错，苹果也开始蹭上AI PC的热度了。
 
M4基于第二代3nm制程工艺，集成280亿晶体管，能效得到大幅提升。处理器核心方面，M4分为两个版本，在256GB和512GB存储的iPad Pro上，M4是9核处理器，包括3个性能核心和6个能效核心；1TB和2TB版本上，M4是10核处理器，包括4个性能核和6个能效核。
 
相比起M2和M3芯片4+4的设计，M4在CPU核心上主要是增加了1—2个性能核。
 

 
除了性能核数量增加，M4的CPU核心架构也有所升级，采用了经过改进的分支预测技术，其中性能核采用了带宽更高的解码和执行引擎，能效核心则采用了更深层的执行引擎，而这两种核心都采用了性能更强的新一代ML（机器学习）加速器。
 
相比上一代iPad Pro上的M2芯片，M4 芯片的CPU性能提升最高达 1.5 倍。不过M4的CPU重点还是在于ML加速器，显然苹果是正在布局一些AI应用，希望将一些轻度的AI推理工作通过CPU去运行。可惜的是苹果没有对ML加速器做进一步的介绍。
 
GPU方面，按照苹果在发布会上的说法，M4的GPU架构基本与M3相同。由于M3是苹果首款支持硬件光线追踪的芯片，因此伴随M4上沿用M3的GPU，硬件光线追踪也第一次在iPad上应用。
 
根据苹果的介绍，在Octane等专业渲染软件中，M4芯片相比M2最高提速4倍。加上第二代3nm制程工艺以及CPU架构的升级，M4芯片的能效也较为突出，只需要一半的耗电量就能够达到与M2相同的性能；相比搭载Core Ultra 7 155H和 32GB RAM的windows轻薄本，苹果表示仅需要四分之一的耗电量就能达到同等性能。
 
当然，AI性能才是M4最大的亮点。
 
苹果从A11 Bionic开始搭载第一代神经网络引擎，即NPU，而M4的神经网络引擎已经是初代的60倍性能，运算速度最高可达每秒38万亿次。结合CPU核心中的新一代ML加速器、GPU以及120GB/s的统一内存带宽，配合iPad OS上的多种AI功能，比如可根据音频内容实时生成字幕的实时字幕、可识别视频与照片中物体的看图查询等，能够快速在设备端完成各种AI任务。
 
M4的NPU核数量与M1、M2、M3相同，均为16核，但性能上有大幅提高，达到了38TOPS，上一代M3的NPU算力仅为18TOPS。但苹果对于算力的性能没有更多介绍，比如是基于INT8，还是INT4的精度。
 
苹果为了展示NPU的性能，也在两款软件中增加了新的AI功能。比如在搭载M4芯片的iPad Pro上，使用Final Cut Pro可以很轻松地将4K视频中的主题从背景中分离；在StaffPad上，可以实现在钢琴演奏时自动生成乐谱。
 
苹果还提到M4芯片能够让iPad Pro高效地完成各类推断型任务，将这类任务对APP的内存占用、响应速度和电池续航的影响降至最低。
 
AI PC时代，苹果落后了？
 
去年开始，自英特尔、高通、AMD等芯片巨头相继推出加入NPU单元的处理器后，PC业界开始大规模推广AI PC的概念。
 
从硬件上，AI PC可以理解成集成了NPU等AI加速单元的处理器；从软件上，AI PC的目标是在个人电脑上内置AI大模型或完成一些AI应用等，并能够实现本地运算，提高办公效率。
 
而英特尔此前联合微软等合作伙伴，对AI PC作出了定义：须配备NPU、GPU、CPU，并支持微软的Copilot，且键盘上配备物理的Copilot功能按键。
 
Copilot是微软在Windows11操作系统中加入的AI助手，基于LLM大语言模型，可以实现辅助创建文本或者与用户对话等功能。
 
面对AI PC的浪潮，苹果在硬件产品形态创新乏力的当下，也急于投身AI中。今年3月，苹果收购了一家加拿大AI初创公司DarwinAI，这已经是公开消息中苹果收购的第33家AI公司。
 
苹果公司CEO库克在今年2月的股东大会上透露，苹果正在积极开发生成式AI功能，并在今年晚些时候推出。他还明确表示，苹果今年在AI领域将开创新的局面。
 
然而，在过去两年由OpenAI掀起的AI大模型热潮中，苹果一直都较为低调，在AI领域几乎没有声量。2012年就推出语音助手Siri的苹果，十多年过去，Siri依然处于“人工智障”的阶段。
 
与此同时，在PC领域，英特尔、高通、AMD纷纷推进高性能NPU集成到PC处理器中，微软作为OpenAI最大的股东，也积极推进相关技术在windows上的应用；在手机领域，国内手机厂商包括OPPO、vivo、小米、华为等都开始推进AI大模型应用的功能，比如华为的盘古大模型、vivo的蓝心大模型等。
 
直至今年3月，苹果推出了一篇关于大预言模型的论文，名为《 MM1 : Methods , Analysis & Insights from Multimodal LLM Pre-training 》，透露了苹果在AI大模型方面的进展。在论文中，苹果公布了一个名为MM1的多模态模型，包括30亿、70亿、300亿参数规模的模型系列。
 
显然，苹果已经开始在AI大模型上发力。
 
但另一个令人担忧的点是，在NPU算力上，尽管这次M4芯片相比前代得到大幅提升，然而相比友商已经不具备太大优势，至少没有保持在CPU、GPU方面的领先优势。
 
去年10月高通面向AI PC应用推出了骁龙X Elite，多线程CPU性能相比M3芯片快28%，支持最高136GB/s内存带宽，集成独立NPU峰值算力达到45 TOPS（INT4）。目前搭载骁龙X Elite的AI PC笔记本产品也即将上市，与苹果MacBook产品线进行直接竞争。
 
2024年被认为将会是AI PC大规模出货元年，根据群智咨询的数据，预计2024年全球AI PC出货量将达到约1300万台，未来两年AI PC出货量将保持两位数以上的年增长率。IDC预测，到2027年，中国PC市场上，AI PC的市场份额将达到81%，成为市场主流。
 
随着英特尔、AMD等主流PC 处理器厂商的AI PC芯片出货，今年上半年已经有大量AI PC产品出货。在英特尔、AMD占据先发优势，高通作为ARM阵型也在AI PC芯片性能上逐步逼近，苹果在AI上步伐的滞后，意味着未来将面临更大的市场挑战。
 
小结：
 
作为苹果首次着重于AI性能提升的芯片，首发搭载M4芯片的iPad Pro目前还未看出有哪些具有竞争力的AI应用，以及iPad OS也还未有相关AI大模型加入的迹象。
 
下个月，今年的WWDC2024也将会召开，苹果能否在AI领域“开创新局面”，届时或许将会揭晓。