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AppleのM2チップ:電力増加を予​​測

2020年秋に最初のM1ベースのMacが発売された時、コンピュータ市場全体を揺るがしたと言っても過言ではありません。AppleはiPhone 12に搭載されているA14の基本アーキテクチャを採用し、超ポータブルノートPCレベルにまでスケールアップしました。そして、前世代機と比べて「驚異的な」改善と評される性能で、競合を圧倒しました。その性能は驚異的で、非常に高速で、バッテリー駆動時間も驚くほど長くなりました。2021年にはM1 ProとM1 Maxが登場し、Appleはこのアーキテクチャをさらに高性能ノートPC(そしておそらくは今後登場するデスクトップPC)向けにスケールアップし、再び他のすべての製品が比較される基準となるプロセッサとなりました。

M1 Max を上回る性能を持つチップは Intel の Alder Lake プロセッサのみであり、消費電力に大きな差があること、プラグイン時のみフルスピードで動作すること、高出力の Nvidia GPU に依存していることなど、多くの注意点がある。

では、Appleはアンコールで何をするのでしょうか?M1が発売されてからほぼ1年半が経ち、いよいよ後継機の登場です。M2という名前になると思われます。Appleが実際に製品を発表するまで(早ければ3月、あるいは6月のWWDC、あるいは今秋後半)、何が待ち受けているのかは分かりませんが、M2に何が期待できるかについて、可能な限りの推測を述べたいと思います(M2 Maxの予測も加えます)。

M2とM1の関係はA15とA14の関係と同じです。

M1はA14の基本アーキテクチャをベースに、高性能CPUコア数を2倍(2基から4基)、GPUコア数を4基から8基にスケールアップしています。適切な説明がないため、iPad Proに搭載されていた「A14X」と呼んでいます。

M2の機能とパフォーマンスを予測するにあたり、今回はA15を搭載するモデルで同様のパターンを辿ると仮定します。つまり、同じアーキテクチャで高性能コアとGPUコアが2倍になるということです。A15には実際には5つのGPUコアがあり、5つ目のコアはiPhone 13 Proモデルでのみ有効になっていることに注意してください。M2の構成に関する噂と一致するように、コア数が2倍の10コアになった場合のパフォーマンス予測を立てます。

M2 Maxについては、M1からM1 Maxへのスケールアップと同様のスケールアップを想定しています。CPUコアは効率2、パフォーマンス8の構成に交換され、GPUコアはベースのM1チップから4倍(合計40)になります。

製造プロセスの改善

数字の話に入る前に、M2はTSMCのN4Pプロセスで製造される予定であることを述べておく必要があります。これは、A14とM1が製造された5nmプロセスの強化版です。TSMCは、同じ消費電力で最大11%高速化、または同じパフォーマンスで22%の消費電力削減が可能だと主張しています。これがクロック速度の向上、バッテリー駆動時間の延長、あるいはその両方につながるのかは、まだ正確には分かっていません。すべてはAppleの特定の構成に依存し、特にバッテリー駆動時間は様々な変数(例えば、ディスプレイの電力効率など)に左右されます。

ここでのパフォーマンス予測では、製造プロセスの改善によるパフォーマンス向上は考慮していません。その効果を現実的に定量化することが不可能だからです。ここで提示した数値は、AppleがN4Pプロセスで実現できる性能よりも数パーセント低いと予想するのが妥当でしょう。A15チップを搭載したiPhone 13でバッテリー駆動時間が大幅に向上したように、Appleはこれらのチップを搭載したMacBookでもバッテリー駆動時間を優先するかもしれません。

M2およびM2 Max CPUの推定値

まず、A15がA14と比べてどれだけ高速かを調べました。A14はA14と同様に4つの効率コアと2つのパフォーマンスコアを搭載していますが、アーキテクチャに多くの改良が加えられています。全体として、A15のシングルコア性能はA14よりも約7%高くなっています。

A14 vs A15 ギークベンチ

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同じコア構成にもかかわらず、マルチコアスコアは20%と大幅に向上しています。Appleは、すべてのコアを同時に効率的に使用するためにアーキテクチャの改良を行ったとみられ、製造プロセスの改善により、すべてのコアがアクティブな状態でも高いクロック速度を維持できる可能性があります。

A14 vs A15 geekbench マルチコア

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M1とM1 Maxのスコアに同様のパフォーマンス向上を加えると、印象的な数値が得られます。シングルコアパフォーマンスはGeekbench 5で1,800を超える可能性があり、これはIntelの次期高性能ノートPC向けCore i9 Alder Lakeチップと同等です。

M2プレビューGeekbenchシングル

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非常に興味深いのは、マルチコアスコアです。噂によると、M2はM1と同じ4つの効率コアと4つのパフォーマンスコアのレイアウトを採用する一方、M2 MaxはM1 Maxと同様に4つの効率コアと8つのパフォーマンスコアを搭載するとのこと。

M2 プレビュー Geekbench マルチコア

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これにより、M2のスコアは9,000弱になる可能性があります(M1 Maxは高性能コアを8基搭載しているため、それでもM1 Maxほど高速ではありません)。これはMacBook Airのような超小型ノートPCにとっては素晴らしいスコアです。しかし、M2 Maxが14,000をはるかに上回るスコアを出せば、Intel最速のAlder Lake Core i9(14コア、パフォーマンスコア6基、効率コア8基)を上回ることになります。そして、M2 Maxはこれらのパフォーマンス向上を、M2 Maxのわずかな消費電力で実現している可能性が高いでしょう。

M2およびM2 Maxグラフィックスの見積もり

CPU予測と同様に、M2のグラフィックス性能は、iPhone ProモデルのA14からA15への性能向上を単純に考慮し、M1からM2への同様の性能向上を仮定することで推定しました。A15はA14よりもGPUコア数が25%多く(4つではなく5つ)、この追加コアはiPhone 13 Proでのみ有効です。噂によると、M2はGPUコア数が最大8個から10個に、M2 Maxは32個から40個に増加しますが、この比率は変わりません。

M2 プレビュー 3DMark スリングショット

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3DMarkのSling Shotベンチマークは少し古いものですが、GPUがシンプルで古いグラフィック技術でどれだけ優れたパフォーマンスを発揮するかを測る上で、今でも十分に役立つ指標です。A15はA14よりも24%高速です。これは、コア数が25%増加したことと、アーキテクチャ上の改良によるものと考えられます。

M2 プレビュー 3DMark Slingshot

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残念ながら、Sling Shotテストはモバイルプラットフォームでのみ利用可能です。つまり、MacBookにのみ搭載されているM1 Maxではテストできません。しかし、M1はiPad Proに搭載されているため、この便利ではあるもののやや古めかしいベンチマークをM1で実行すれば、M2では10,000を超えるスコアが期待でき、他の最新タブレットを凌駕するスコアになるかもしれません。

より現代的なクロスプラットフォームテストとして、3DMarkの新しいWild Lifeがあります。このテストの最も負荷の高いバージョンでは、A15はA14よりも30%高速でした。

M2プレビュー3DMarkワイルドライフ

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M2およびM2 Maxにスケールアップすると、低性能チップでは6,000以上、Appleの最高性能プロセッサでは26,000以上が期待できます。後者のスコアは、GeForce GTX 3070のモバイル版にかなり近いため、注目に値します。

M2プレビュー3DMarkワイルドライフ

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これだけの性能向上があれば、M2 Maxはかなりハイエンドのモバイル向けディスクリートGPUに匹敵する性能になるものの、それでもトップクラスのデスクトップGPUの半分にも満たない。さらに重要なのは、AMDやNvidiaの本格的なハイエンドGPU(そしてIntelの近日発売予定のArcシリーズ)はハードウェアアクセラレーションによるレイトレーシング機能を搭載しているのに対し、AppleのGPUには今のところこの機能が搭載されていないことだ。こうした機能のサポートは遅かれ早かれ必要になるだろうとは思うが、M2シリーズにはおそらく搭載されないだろう。Appleは既にこの分野で競合他社に何年も遅れをとっており、今年も改善される見込みは低い。

その他の考慮事項: ニューラルエンジン、ビデオエンコーダ、メモリ

CPUとGPUは数値化しやすいものの、Appleのシステムオンチップにおいて重要な部分はそれだけではありません。RAMももちろん非常に重要であり、パフォーマンスと電力効率の適切なバランスを実現する高速LPDDR5が、これらのチップで再び重要な役割を果たすと予想されます。Appleは、CPUコアとGPUコアを最大限に活用できる十分なメモリ帯域幅をチップに確保することに尽力しており、M2(またはM2 Max)が帯域幅によって深刻な制約を受ける最初のチップとなる理由は見当たりません。

Neural Engineは、機械学習とAIタスクを高速化するために設計されたカスタムプロセッサブロックです。A15はA14と同様に16コアのNeural Engineを搭載していますが、効率性を向上させるために再設計され、1秒あたりの演算処理能力が40%以上向上しています。このNeural EngineはM2にも搭載される予定です。

最後に、A15はビデオ処理エンジンの改良により、ビデオのデコードとエンコードが高速化されました。M1とM1 Proにはこのエンジンが1つ、M1 Maxには2つ搭載されています。M2にもこのエンジンが搭載され、M2とM2 Proには1つの改良されたビデオエンジン、M2 Maxには2つの改良されたビデオエンジンが搭載されるのは当然と言えるでしょう。Macはビデオ制作マシンとして頻繁に使用されるため、この点のさらなる改善は期待できます。特に、AppleのSoCはAV1コーデック(エンコードもデコードも)のハードウェアサポートをまだ備えていません。M2のビデオ処理エンジンにこの機能が追加されれば素晴らしいでしょう。

全体的な期待

M2がアーキテクチャ上の大きな変革をもたらすかもしれないと考えるのはワクワクしますが、M1がA14から派生したのと全く同じように、A15のテクノロジーを継承する可能性が高いでしょう。Appleは将来、Mac用シリコンをAシリーズのアーキテクチャからさらに遠ざけるかもしれませんが、第2世代チップでは「A15が全く同じようにスケールアップする」というのが最もありそうなシナリオです。

パフォーマンスの限界は、実行するタスクやベンチマークによって大きく異なり、SSDの性能や冷却といった要素も常に影響を及ぼします。しかし、一般的には、CPU性能は約20%向上(シングルコアでは10%未満)し、GPU性能はコア数の増加によって約30%向上すると予想されます。これらの性能向上に加え、機械学習や動画エンコード性能も向上します。

これらすべてが、ほぼ同じ消費電力で実現されるはずです。Appleはバッテリー駆動時間に関して妥協することは滅多にないので、M2チップを搭載した同様のラップトップは、これらの驚異的なパフォーマンス向上を実現しながらも、同等かそれ以上のバッテリー駆動時間を実現すると期待できます。さらに、AppleはA15チップでバッテリー駆動時間を最優先に考慮したため、さらに向上する可能性があります。