我们已经习惯了传统硬件厂商每年百分之十几的硬件性能提升。M1 的诞生，是不被人熟悉的，不符合传统升级套路的。

M1 是一颗希冀的种子，代表了轻薄移动设备的顶流。在这之后，以它为根基，出现的 M1 Max 展现了移动端不插电的最强生产力。而 M1 Ultra 的出现，则和目前市面上所有顶流处理器和显卡不分伯仲。传闻中 M1 最终形态，在同类顶流竞品中翻倍的性能提升，会将当下的很多的不可能都将变为可能。

M1 Ultra 的发布，让今天变成英特尔、AMD、英伟达这些传统巨头，该害怕和颤抖的一天。

Apple 2022 春季发布的新 Studio 何其所搭载的 M1 Ultra，和传统硬件厂商的最高技术相对比：体积缩小了 14 倍，重量减轻到之前的 1/10，性能提升到目前最高硬件水平的 1～1.5 倍，能耗减少到之前的 1/3 以上。

更直观的例子：相较传统机器，M1 Ultra 的机器在机房的同等空间下，服务器性能可以提升至之前的最高 14 倍，这对于传统的 Render Farm 渲染农场也是一种颠覆。

在如此体积下，CPU 方面目前的 M1 Ultra 预估 Geekbench 多核约 25000 分，和 AMD 顶级线程撕裂者 64 核 3990X 约 25500 分持平，超过英特尔顶级 i9-12900K 17000 分。GPU 方面，M1 Ultra 和英伟达顶级 RTX 3090 持平，超过 AMD 顶级 RX 6900XT。得益于混合内存的加入，其显存是当今任何显卡的 3～5 倍。

在今年晚些时候预期发布的满血版 M1 中，M1 的 Ultra 的新能会再次翻倍，达到这个芯片的最终形态，比如 M1 Extreme。保守预期，该芯片性能将达到目前顶流硬件厂商，最高规格的处理器、显卡等产品，性能的 2～3 倍，能耗的 1/3~1/4。

本文我会回答一些大家好奇的提问，用直观的数据对比和背后的原因思考，来分析根本原因。

背景信息

芯片是当代硬件的重中之重。在冯诺伊曼的当代计算机体系中，芯片扮演着计算机大脑的角色。在上世纪末，关于如何生产这种大脑产生了一些争执。简单指令派，主张设计一种大脑，能执行简单的命令就好，这样后期学习空间大。复杂指令派，主张设计一种大脑，设计之初就把喝水走路吃饭这样的逻辑放在硬件中，生产出来的大脑天生就会很多，但知识迁移成本比较高。

英特尔、AMD 选择了复杂指令派的大脑设计，来降低生产和使用成本；英国芯片设计公司 ARM 选择了简单指令派，来维持执行效率上的绝对最优化。传统芯片的垄断地位，和个人计算机庞大的市场需求，促使英特尔和 AMD 占据了 CPU 供应部分的绝对主流地位。

诺基亚没落后，新时代智能手机诞生时，又到了大脑技术选择的抉择点。受限于手机上的电池大小，人们开始追求能耗比的极致。也就是说，在同样的电量消耗下，能带来的性能越高越好，发热越低越好。基于这个思路，当年押宝简单指令集的 ARM 芯片设计开始备受追捧。

手机厂商并不具备芯片设计能力，于是乎从 ARM 公司那里买设计图。华为买来之后叫做海思处理器，高通买来之后叫做晓龙处理器，联发科买来之后叫做天玑，苹果买来之后叫做 A 系列处理器。在买办之后，为了服务于差异化竞争需求，各个手机厂商或多或少积累了自己的芯片修改能力。Apple 是这些厂商中，较早完全脱开 ARM 自立门户的。其余几家大厂至今大都以继续买设计图修改维生。

在 2000-2010 年这十年间，传统芯片厂商 AMD、英特尔和英伟达受到了个人电脑的热潮的影响，加速发展传统芯片的性能。在 2010-2020 年这十年间，ARM 架构的芯片受到了手机发展的热潮，加速发展完善能耗比更棒的简单指令集芯片。Apple 在 2020 年后，选择将手机技术中 A 系列芯片积累的技术放在电脑端，就诞生了 M 系列芯片。

在最近十多年中，传统芯片厂商并非没有发力。回到当下这个时间节点，英特尔数年疯狂挤牙膏，推出了众多以湖命名的处理器，并在 2021 年末搭配 Windows 11 首次用上了手机芯片使用多年的混合芯片技术；AMD 从数年前推土机系列堆核心重构的阴霾和经验中走出来，推出的 Zen 和 RDNA 架构都非常优秀；英伟达大幅发力显卡在光追和大量并行运算中的特长，推出了 Ampere 架构，RT 核等优秀产品和技术。

在设计进步的同时，多方博弈又都受益于 ASML 光刻机技术，台积电和三星等生产能力所带来的工艺红利；也都享受到了诸如 GDDR6、LPDDR、HBM 等存储技术的进步。基于以上信息，各厂商都努力发展的前提下，不得忽视的还有市场因素。

手机市场的火爆给了 ARM 系列的芯片更多的资本支持，而日渐式微的个人电脑则慢慢走下坡路。这个好理解，现在大部分人都拥有一台手机，但不一定每个人都有电脑。

今天的 M1 Ultra，其实并非一款简单的换代，而是 Apple 用 Mac Pro 和 Mac Studio 两个产品，向我们诠释了「手机发展的十多年，和传统电脑发展十多年」，这两条发展思路间的直接竞争的结果。

传统电脑做不小

如下图所示，我将搭配 32 寸屏幕的 Pro 和 27 寸屏幕的 Studio 放在一起，用其真实大小直观对比。可以看到右下角那个小小的机箱，和左上角的传统巨大机箱差异不可谓不大。

我以 Apple 搭载 Intel + AMD 的顶配 Mac Pro 作为传统芯片的参考；新发布的搭载 M1 Ultra 的顶配 Mac Studio 作为参考，二者分别代表传统阵营和 M 系列产品。

这两款机器，都是 Apple 在当下能拿出自己最好的方案。代表 Intel + AMD 平台的 Pro；和代表 M 系列平台的 Studio，它们在电源管理、性能、设计、性价比等方面均推到当代技术允许范围内的极致。个人认为具备较高的横向对比性和代表性。

如下图所示，我将二者除所有支架进行本体大小对比。传统阵营的 Pro 体积为 49.35*22.02*48.2 = 52378 立方厘米，M 阵营的 Studio 体积为 19.7*19.7*9.5 = 3687 立方厘米。传统解决方案，体积是新机器的 14 倍。

新 Studio 和传统硬件厂商的最高技术相对比：体积缩小了 14 倍，重量减轻到之前的1/10。那么为什么传统专业主机和家用电脑那么大，而今天发布的 Mac Studio 能做到那么小呢？是因为不想吗？

当然不是。

假设我们需要组装一个大脑，传统思维是找一个大箱子，往里面堆砌不同厂商的产品。比如需要其具备逻辑功能，就往上塞一颗熊猫或火烈鸟牌的 CPU；需要能处理看到的图像，就往里塞一颗显火烈鸟或者北极熊牌的显卡。需要处理视频编码解码，往里面塞进去金丝猴牌的视频解码器。等等等等。如下图所示，这就是以传统电脑的设计路，Mac Pro 已经算这套体系下做的最精致的产品了。

很显然，当往箱子里塞进去不同厂商规格的产品后，增熵速度极快。比如火烈鸟牌显卡就需要给自己装风扇，给自己装显存；熊猫牌处理器需要给自己装散热，装内存；金丝猴牌视频解码器等等也是如此。

各个品牌各自为政，带来的后果便是冗杂。请注意，这里的冗杂和飞机上航电系统等装备的冗余不同。冗余是出于安全需要的备份，而传统机器，则是因为缺乏公有设施，而在不同方面造成完全没必要的冗杂和材料浪费。熊猫、火烈鸟、金丝猴之间语言不通，给传统机器中组件的协作带来了更大的困难。传统设计思路中为了兼顾兼容带来的混乱风道、复杂指令的更高效能浪费带来的高发热，让整个系统实现了恶性循环。

如上图所示，在 M 系列的芯片的机器中得益于类似手机的片上系统，内存和显存由统一协调调配的统一存储替换掉了。所有需求，都集成在了一个高密度，超多晶体管的芯片上。统一的风扇散热；各元器件都说一种语言极大降低沟通成本；轻装上阵不丝毫浪费的精简指令集强大而冷酷，这些都是成就小空间强大性能的根源。

竞品无法继续堆料

也许你会好奇，既然苹果可以，其它传统竞品为什么不能通过一味堆料，来实现性能赶超？明面上看，单独电脑芯片大厂，往往只具备一部分能力，并不具备一体化设计的能力。根源上看，问题依旧出在能耗上。

也许你会进行合理猜想，只要插电了，那就有无限的能源，为什么要担心能耗呢，疯狂堆料就行呀。然而这样美好的想象，应用在实际中并不行。就像当今的国内房屋成本一样，之前一直上涨的前提是还有能接盘的人存在。与房市类似，而如今传统芯片厂商，在追求更高性能的前提下，已经是在顶着功耗的天花板做产品了。

一般家庭使用的电脑电源在 800W 以内，负责提供处理器、显卡等耗电大户的电力。上图中，Apple 在 Mac Pro 中采用的 1400W 电源，已经属于市面上最最极客的玩家所能买到用到的电源装备。电源功率和内部铜线耗材成正相关。当电源达到 1000 瓦以上的规格，单价就已经到 2000 元以上，重量和大小自身就已经非常夸张，继续增大电源投入就像是给电车过度堆电池来换续航，过了甜点值之后得不偿失。

电源的标称和实际供电上，还有个转化比例，一般在 0.8 左右浮动。也就是说，当用户买了 1000W 的电源时，一般实际保守可用会在 800W 左右。目前 RTX 3090 的峰值能耗在 360W 左右。英特尔的 i9-12900K 标称是 265W，总共已经需要 625W，除去其它配件的冗余，已经堆到了 800W 电源的警戒线。英伟达尚未发布的 RTX 3090 Ti，更是推荐 1000W 以上的电源。

回到搭载 M1 Ultra 的 Mac Studio，其整机满载是 370W，除去其它运算单元的消耗，大概刚好留给它再次性能翻倍堆料的余地。而这份余地，便是之前所说的，在一切地方抠出来的。在工艺水平、芯片设计、指令集选择、去除冗杂、增加专用芯片等方面，一点点抠下来的能耗比，最终让量变到质变成为节能。

如同当年的视网膜屏幕一样，个人认为在电池和电源技术不大幅突破的前提下，能耗比是后 PC 时代的性能指标。

M1 Ultra 是什么

过去十几年中，Mac 电脑通常采用英特尔的 CPU 与 AMD 及英伟达的 GPU 作为核心硬件。为应对过去这些年软硬件需求上的改变，Apple 还会为 Mac 增加了一颗定制的 T 系列芯片，比如 Macbook Pro 上采用的 T2，专注于保障设备安全性。

CPU、GPU 和 T 这三个芯片太过分散，且架构不同，直接后果是互相之间能交流的信息有限。那有没有更好的解决方案，让它们能协同起来做事，被统一调度，在同一时间内能一起处理共有信息？答案是有的，这个方案叫做 SoC（System on a Chip，译作「片上系统」），也就是手机芯片用了十来年的技术。

之所以这次要切换至以 M1 为代表的 Apple Silicon 芯片，是因为传统的 CPU 与 GPU 的设计布局无法满足未来软件的使用的需求和性能要求。以 iPhone 为例，相册中的照片被自动归为不同类别，你可以搜索「猫」「狗」这类文字来直接查找相片中的内容，这便需要手机中机器学习算法在背后工作。

当你在手机上拍摄 4K 60 帧杜比视界 HDR 视频时，需要手机中对应的编码芯片来工作。类似的需求还有很多，而传统的 CPU 或 GPU 实际并不擅长这类工作，最优解便是往设备中添加许多独立且专用的芯片，用于处理这些新需求。

它的核心思想便是整合，即把所有东西都放在一起。这样芯片只需要用最好的工艺生产一遍，而不再是不同厂商将不同进度不同工艺的东西硬拼在一起。比如近年来英特尔的 CPU 工艺就在拖后腿，性能无法提升的情况下发热还很大。

Apple Silicon 芯片是苹果为接下来十几年提出的新硬件解决方案。iPhone 13 上所搭载的 A15 片上系统的是其代表，其具备下图所示的各类专用芯片。

此片上系统具备 CPU 中央处理器、GPU 图形处理器、密码加速器、神经网络引擎、视频解码器、电源管理器、机器学习加速引擎、安全组件等众多专用芯片。制造片上系统的意义在于：移除了独立制造每个芯片的不必要生产成本，降低了发热，同时还可以让每件事有专用的硬件处理，效率更高。

本次发布会上推出的 M1 Ultra 芯片，其本质是 Macbook Air 上的 M1 芯片的性能增强版。不再受限于手机的散热限制，这颗芯片会被放入更强的性能，也就是我们今天看到的次顶配 M1 Ultra，其性能约为英伟达 RTX 3090。

此次硬件变革对消费者有哪些直观的感受呢？简单来说，你会发现此次发布的新设备更快、更安静。这主要得益于 A 系列片上系统相较于传统的 x86 芯片发热表现更好、工艺水平更高、且性能更强。运行效率高只是表象，其实质原因是 A 系列片上系统中各类专用芯片各司其职。

M1 家族中的 Ultra 为我们带来的潜在价值

和部分人认为的性能过剩不同，我个人在接触的一些使用场景中，觉得对于有需要的人，性能不存在过剩的问题。更多的性能，带来的是更高的效率和让人安心挥洒的想象力的宽容度。以下我根据最近使用和接触到的一些场景，来举一些例子：

「应用程序开发」对于下图我个人开发的应用程序来说，之前用 Xcode 在 Intel 机器上编译的时间在五六分钟。换到同级别 M1 芯片的机器之后，编译缩短到了两三分钟。我之前尝试过在云上编译，不过上云总是没有本级上所见即所得，快速迭代带来的快乐更多。减少在等待修改后的编译时间，开发者们便可以把更多的时间投入在真正有价值的思路本身，而不是干坐着期待中。

「动画制作」：诸如我们看到的动画片，每个场景物件和角色的移动和轨迹，复杂的观影特效，位置关系等都需要大量的实时计算。我之前用 Motion 编辑一段开场动画，用一会卡一下的体验实在是谈不上愉快，自然也就不愿意继续。实时计算能力带来流畅的预览和时间轴滑动体验，决定了平面创意工作者，能够用到的画面分辨率，以及增加想实现特效的运算难度。诸如液体和粒子运算，更是对于算力要求无上限的品类。

「3D 渲染」：3D 渲染考验的是电脑对于输入输出的像素，经过一些列图形管线后，带来的诸如光影等特效的输出结果。如下面的视频，我试图和团队将我小时候的一个梦还原为动画（探讨生活中是否应追寻热爱）。当时琢磨了一阵子 Blender 的 Eevee 和 Cycle 渲染，其中 Eevee 的效果差一些，但能提供几乎时时的渲染体验；Cycle 和 Maya 里皮克斯的 Renderman 类似，是高精度渲染，编辑预览模式下几乎看不出这东西和渲染后是同一个东西。拥有高性能的芯片，允许 3D 工作者，更频繁地看到自己所做东西的真实渲染效果，而不必时刻依赖快速渲染器。

​「音频制作」：如今的音频制作，与很多年前差异很大。影视作品中的音频往往有上百个音轨在播放，也存在许多音频调节插件。就比如上的短动画，我用 Reaper 制作的上图动画中的音频就用到了五十多个音轨。大内存和强大处理器性能是复杂度高音频项目的保障。

「游戏开发」：之前在做下图中的游戏原型开发时，我仔细琢磨了一段时间的 Unity 高精度实时渲染管线 HDRP。游戏渲染和传统影视动画作品中的渲染后输出不同，要求的是实时渲染能力。而决定游戏开发体验的，便是 GPU 是否足够强大。实时渲染包含全局光照、遮挡关系的运算、光线追踪、材质覆盖等等。每一枚像素的输出，都经过了很多层处理，才有了最终的精致看到的画面。而如今的游戏开发，在画面进步的同时，无论是虚幻引擎新加入的超高 Vertex 模型导入，还是 Unity 开发过程中的预览窗口，都绝对不嫌弃更多的算力。

「机器学习」：英伟达的 Tesla V100 是专为加速人工智能、高性能计算和图形加速的数据中心 GPU中的顶级产品。如下图，我心爱的姑娘在单位中申请的这台训练机用的是 V100 显卡，具备超高的 32GB 显存。但即便是英伟达顶级的产品，也存在显存的上限，而反过来显存上线决定了 batch 大小和单次训练数据等参数。超高的显存空间，能让诉诸于优化算法和拆分之前进行更多尝试，一些之前无法进行的训练成为可能。英伟达的 Tensor Core 计算核心，和 M1 的 Neural Engine 相似，专门的机器学习模块来提升学习性能和效率。

「视频剪辑」：2022 年初我剪了一段 8K 视频，素材完全使用锤子手机拍摄的 hevc 8K。使用 M1 标准版芯片，在没有额外视频解码器的帮助下，单轨 8K 的剪辑视频是时间轴回放大概只能到 20 帧左右，还是在不加任何特效和稳定的前提下。诸如专业视频格式，无论是 ProRes 更高规格还是现在主流机器出的 6.5K 等传感器素材，VR 要求的 360 度视频剪辑等工作流，都对 Soc 中的视频编码解码芯片和 CPU、GPU 算力有极高要求。而剪辑高于 4K 的原素材，是保障现在电视主流分辨率 4K 的前提。

「玩游戏」：游戏主要依托运算和图形两种资源，造成游戏卡顿的一类是 CPU Bound，一类是 GPU Bound。比如我喜欢的城市天际线，游戏中的每个玩家都是真实数据的游戏，当城市发展到 30 万人以上时，很容易陷入因为 CPU 每秒运算超时而带来的卡顿。诸如荒野的大镖客这类 3A 大作，追求极致画面和细节的游戏。想要开满推到 4K 120FPS 带来最佳的游戏体验，需要极高的图形算力。

以上这些只是我在生活中需要电脑做的事。每个人的需求都不太一样，我相信大家在不同的领域，也有需要算力的地方。成体系的、全面的算力的存在，指的不一定是每次必须榨干它，而是随时随地做任何事情的底气。不必因为电脑能力不足，而打断创意、降低迭代频次或放弃不做。

当下存在的问题

梦幻的配置并非没有代价，其代价是兼容性上的较长阵痛期。理论性能极高的当下，并不意味着这次从 Mac 英特尔换到 ARM 架构的全部红利都能立刻用上。诸多软件在 M1 发布 2 年后的 2022，仍未迁移至原生 ARM 版本。事实依旧是部分 Mac 端专业软件，距离完全完整的原生 ARM 版，还有至少几年的距离。而之前 Mac 端始终缺乏的部分软件和游戏生态，需要在新能足够的前提下，多方努力重新编译优化的前提下，才能完成迁移工作。

在这段时间里，不少人还得空持着屠龙刀，望着强劲的性能兴叹。

以下为观看 2022 春季发布会的记录，供大家参考：

Mac

最期待的给专业创作者的 M1 满血芯片来了，感到惊喜。之前知道会来，没想到这么快。之前的 M 系列芯片对于动画制作，和游戏制作等领域性能还有极大限制。今天新发布的 Ultra 采用了类似 AMD 推土机的结构 ，超宽的总线链接两颗 Max，以统一的整体呈现给开发者。

是世界上最好的专业电脑：800Gbps 带宽，128GB 混合内存，20 核 CPU，64 核 GPU。两倍性能的神经引擎和视频编码解码引擎。这些无比夸张的数字，对于诸多专业人士都是非常梦幻的规格。无比强大的性能下，和传统 Intel 处理器和英伟达显卡相比，能耗比高一倍以上。这意味着在同样的 Power Package，或者说电源下，Apple 的性能可以做到两倍以上与当代的其它竞品。

新的 Mac Studio 来了，全新品类，完全为专业人士而生的机器。最高搭载 M1 Ultra 芯片，是 Mac mini 的加高版。Apple 宣称会影响到很多人的工作流，极高性能电脑。之前做 3D 工作的时候总觉得受限于性能，自从换到 M1 之后快乐好多，但依旧受限于能耗。这样能好几乎不设上限的幻想机器，无比安静，极致性能。

音频接口内置了放大器，直接推专业耳机，专业接口完整。支持总计最高 9000 万像素点的外接显示屏。

和之前预期的一样，无出其右的性能，带给Mac Studio 打开了一个前所未有的品类。之前桎梏于显存、内存、显卡性能等等参数的工作流，以前的不可能，如今都成为了可能。比 iMac Pro 的顶配 28 核英特尔志强服务器快 60%，比 iMac Pro 中最快的 AMD RX 专业显卡快 80%。

我个人最感兴趣的是大显存（统一存储），无论是英伟达溢价夸张的精准刀法专业线，还是 AMD 的 Readon Pro 蓝色专业线。昨天之前，它们提供的世界上最大的显存是 48 GB，而如今这个数字被 M1 Max 变到了 128GB，对于机器学习等领域也是无比利好。18 流 8K ProRes 性能。这个小机器实在是，把太多不可能变为可能。

新 Mac 显示屏 Studio Display 内置 6 麦克风音响，是 5K 屏幕的升级版。依旧保持了 27 英尺不变，从之前 iMac 5K 的使用体验上来说，是非常值得期待的全面屏化版本，比 Pro Display XDR 价格上预计友好很多。

iPad

超级轻的 Air 收获了一次大升级，换上了性能非常不错的 M1 芯片，和当代 iPad Pro 性能相同，很吸引人。从目前手头 MacBook  Air M1 性能来说，性能对于绝大多数人来说，都够做任何事。iPad Air 支持 Apple 自家的悬浮外置键盘和 Pencil。从个人体验出发，悬浮键盘本身实在是太重了，基本上将 iPad 变成了座机，不太适合不把 iPad 完全当主力机的人选购。

不过得益于这次性能提升，iPad 全系列产品都具备了应用程序开发和上传的能力。作为应用开发者和教程作者，看到更多人能用手头的设备进行创作，觉得时间很棒的事情！

iPhone

从 Apple A 系列芯片 A15 讲起，无论是计算摄影还是机器学习，都有专属的运算单元。A15 被放在 iPhone 6 上了，Apple 管它叫做新的 SE 手机。新 SE 的性能确非常不错，不过个人认为这台机器看起来的确太过时了，有些失望，不过也的确很多人喜欢这个设计。

iPhone 6 是我用的第一台 iPhone，2014 年 9 月 14 日发布的，2022 年的今天目前居然还在用这个设计。定价 429 美元，性能不错，但实在谈不上便宜，很难说是好是坏。

iPhone 13 收获了春季发布会的新颜色。

总结

虽然没有我一直在期待的 M2，不过如文章开头的总结 M1 Ultra 的发布，的确会影响个人计算机的专业市场未来五年以上。在今天之后，专业产品线的竞争，已经完全换了玩法。就当下而言，Intel、英伟达、AMD 这些传统大厂，最先进的产品和芯片，都很不幸的，即将落后于时代。

得益于无法匹敌的统一存储、能耗比和诸多专用芯片，未来的部分创意和工作流、只有在 M1 Ultra 上才能得以实现。到头来，几十年后纯芯片厂商，或许会败给了专注做好产品的 to C 的 Apple。感叹时间好像一下过得太快，留给传统厂商挤牙膏的时间太少。又欣喜生而逢时，见到幻想着的不可能，摆在眼前。

我一直很好奇，「10 年的 PC 发展之大成」的传统芯片未来能否仍老当益壮？「10 年手机发展之大成」的 M 系列新生代的挑战者初代芯片是否会成为主流？

我还记得大学中的第一门课，讲的是计算机原理。其中包含最重要的部分是逻辑门的设计，一些简单的开关，组合成存储器，组合成基础运算。基础运算继续组合，配合算法，成就了今天的复杂电脑。

小说「三体」中，大刘畅想着秦始皇率领上万人，在广场上挥动不同手势，代表开和关。这就是电脑，它的本质是许多个开或关，0 或 1 的状态。如今，Apple M1 Ultra 拇指大的区域中放置了 1140 亿个这样的开关。不知道你怎么想，但我个人觉得非常震撼。

M1 Ultra 远远看去，就像是三体中表面无限光滑的的水滴，并没有用传统战舰预期的方式迎战。水滴的出现即意味着结束，未来会继续让传统厂商错愕。

而对大众而言，无论是 Apple 还是其它厂商，M1 都会给社会上的每个人带来更充沛的算力。世界真美好。