[苹果冲击波] 每秒 38万亿次运算怪物芯片登场…如今比拼神经网络

by Paek Jongmin

Published 12 May.2024 11:44(KST)

Updated 13 May.2024 07:26(KST)

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苹果通过iPad Pro突然发布M4芯片
主攻提升AI支持的NPU性能
高通预告以更高速NPU芯片正面迎战

为摆脱在人工智能（AI）时代“落后”的污名，苹果开始采取攻势行动。原本被认为将从今秋随iPhone 16亮相才正式开启的AI转型，如今被提前约4个月火速推进，AI芯片竞争预计也将进一步白热化，其核心正是神经网络处理单元（NPU，Neural Processing Units）。

苹果公开的 M4 芯片内部结构图。亮色区域为负责人工智能功能的神经引擎。照片由苹果提供

苹果在当地时间本月7日发布新款iPad Pro的同时，突然推出了M4芯片，这一举动大大超出外界预期。苹果此番操作不仅在半导体领域，在整个信息技术行业也属罕见之举，因为距离前代M3芯片问世仅过去6个月。新芯片在不到一年时间内接连推出的情况极为少见。苹果自2020年推出在半导体领域引发巨大震动的M1后，分别于2022年推出M2、2023年推出M3。用于iPhone的A系列芯片也基本保持一年一换的节奏。而此次在短短半年内就以M4取代M3，被解读为苹果已经提前完成了面向AI时代的芯片层面布局。

之所以出现这样的分析，是因为可以看到，苹果在M4上重点宣传承担AI功能的神经引擎（NPU）。如今，竞争焦点已经从中央处理器（CPU）的运算速度，转向NPU的速度之争。

苹果称M4搭载的是“有史以来最强大的神经引擎”。M4具备每秒约38万亿次运算能力，比用于iPhone 15 Pro的A17 Pro芯片所搭载的神经引擎又略有提升。可以推测，今年秋季亮相的A18芯片，其神经引擎性能将与M4持平或更强。A17 Pro的神经引擎运算速度约为每秒35万亿次，约为A16每秒17万亿次的2倍。NPU性能的跃升，意味着为今年下半年随iPhone 16登场的苹果“真正意义上的端侧（On-device）AI”奠定了基础，可视为一支预告片。

苹果在内部对比中选择了A11 Bionic芯片的神经引擎作为M4神经引擎的参照对象。苹果表示，M4神经引擎的运算速度是A11的60倍。A11是2017年用于iPhone十周年机型iPhone X的芯片，也是苹果首次在自家芯片中引入神经引擎。不仅是苹果，在整个半导体行业层面，A11也是首个在系统级芯片（SoC）中搭载神经引擎的案例。当时信息技术业界就曾预测，与谷歌等主攻云端AI的企业不同，苹果将重点押注在终端设备本地运行的端侧AI。

苹果还表示，M4的神经网络处理装置（NPU）性能优于目前所有AI个人电脑的NPU。如果仅限于PC用芯片，这一说法基本成立。英特尔Core Ultra中央处理器的NPU性能约为每秒11万亿次，AMD锐龙8000/锐龙Pro 9000处理器的NPU则约为每秒16万亿次。

也可以认为，苹果为了牵制“黑马”而抢先推出M4。这匹黑马是高通的“Snapdragon X Elite”。由苹果出身的工程师参与设计的Snapdragon X Elite，是高通为打入由苹果主导的ARM架构PC市场而倾力打造的芯片。Snapdragon X Elite的NPU运算速度为每秒45万亿次，搭载该芯片的三星电子PC等产品即将上市。英特尔、AMD也已预告将大幅提升NPU性能。

苹果此前一直在逐步强化iPhone和iPad的AI功能。在面部识别解锁、照片校正、Apple Music等方面，苹果较竞争对手智能手机厂商更早引入相关AI功能。但随着生成式AI“ChatGPT”的出现，局面发生了逆转。苹果一味专注于相对“保守”的端侧AI，反而错失了更大的潮流。

尽管M4已经在神经引擎性能上完成布局，苹果目前仍未推出足以满足ChatGPT时代消费者期望水平的AI功能。诸如在Galaxy S24上获得好评的实时翻译等功能，苹果仍未给出对应方案。苹果目前主打的是实时字幕、在视频或照片中识别主体的“视觉信息检索”、在视频中分离背景与主体、仅通过聆听钢琴演奏就能实时自动生成乐谱等功能。当然，这一局面有可能会随着苹果下月举办的全球开发者大会WWDC 2024而出现变化。

苹果芯片战略的变化，从去年用于iPhone 15 Pro的A17 Pro芯片开始就已显现。苹果在iPhone用A系列芯片中，弃用“Bionic（仿生）”之名，改以“Pro”命名，形成新的产品线。今年将发布的iPhone 16究竟会搭载A17 Bionic，还是继续沿用A17 Pro，目前仍不明朗。此前发布的M3高端版本——Pro、Max、Ultra芯片，也因M4的登场而显得有些混乱。

为应对生成式AI时代，苹果还在尝试利用其强大的半导体设计能力展开多种布局。《华尔街日报》报道称，苹果正在自主开发用于数据中心的AI芯片；彭博社则报道，苹果正在构建采用M2 Ultra芯片的自有AI服务器。外界认为，苹果意在充分利用已掌握的高性能芯片，并通过全新的AI芯片，显著提升其AI应对能力。

这也与AI半导体代表企业英伟达的战略相呼应。英伟达在AI用图形处理器（GPU）之外，据称也已着手开发基于ARM架构的中央处理器（CPU）。英伟达和苹果正各自以自身优势为起点，向对方的强项领域不断逼近。三星同样在Galaxy S24所采用的Exynos 2400芯片中强化了NPU功能。三星方面表示，高通Snapdragon与Exynos在NPU性能上差距并不大。

苹果专业媒体Cult of Mac预测，如果苹果上述计划顺利推进，iPhone、iPad和Mac电脑用户未来不仅可以体验端侧AI，也将能够接入云端AI。