Apple M5 Pro/Max芯片架构分析：胶水封装与M核心的技术变革

苹果在昨晚低调宣布了搭载 M5 Pro 和 M5 Max 芯片的新款 MacBook Pro。作为当前模具的最后一代产品，并且在 M5 已经发布的前提下，许多人预测这一代的 MacBook Pro 在芯片上可能只是简单的核心堆叠，类似于从 M3 到 M4 Pro & Max 的升级路径。然而，发布后的仔细研究发现，苹果在这代可能“短命”的 M5 Pro & Max 芯片上，悄悄引入了几项重大创新，这或许是自 M1 以来 M 系列芯片架构变化最大的一次。

由于目前 M5 Pro & Max 的详细性能评测尚未解禁，官方公布的技术细节也有限，本文只能基于现有的信息进行推断和分析。但这并不太影响我们理解其变革的重点，因为 M5 Pro 和 M5 Max 的革新之处并不仅仅在于性能提升了多少。接下来，我们将逐一探讨它的几项关键变革。

1. 胶水封装与Chiplet设计

在 M5 系列发布之前，就有传闻称 M5 Pro 和 M5 Max 将采用全新的“胶水”芯片设计，并且允许 GPU 核心灵活搭配。从最终结果看，M5 Pro 和 M5 Max 的确采用了 Chiplet（小芯片）设计，但与传闻不同的是，它们共享了相同的 CPU 设计，而 GPU 部分则各不相同。

根据苹果官网的信息，可以明确推断出 Apple M5 Pro 和 M5 Max 至少是一个包含两个 Tile（芯片块）的 Chiplet 设计。第一个 Tile 是包含了 18 个 CPU 核心以及其他基础 SoC 功能的“SoC Tile”；第二个 Tile 则是一个拥有 20 个核心（M5 Pro）或 40 个核心（M5 Max）的“GPU Tile”。同时，根据它们的内存带宽推断，这一代 M5 Pro 和 M5 Max 的内存控制器很可能被放置在 GPU Tile 一侧，与 GPU 的规格强绑定。这种设计思路与 Intel Panther Lake 上区分大小核显的方案有相似之处。

根据 M5 Pro & Max 的内存带宽数据继续推断，M5 Pro 采用了 4 通道（256位）的 LPDDR5X-9600 内存，而 M5 Max 则采用了 6 通道（384位）和 8 通道（512位）的 LPDDR5X-9600。之所以推断内存控制器在 GPU 侧，除了规格绑定这个原因，更关键的是在 Chiplet 设计中，高带宽内存的跨 Die 通信代价比传统单芯片设计要大得多。GPU 是主要的内存带宽消耗者，如果内存控制器放在 CPU 侧，GPU 运算时的通信延迟和功耗会显著增加。反之，若放在 GPU 侧，虽然 CPU 访问内存需要“绕道”，但 CPU 本身对带宽的需求相对较低。另一个原因是，只有配备 40 核 GPU 的型号才有更高的内存通道配置，如果统一将控制器放在 CPU 侧，那么 M5 Pro 型号就会浪费不少硅片面积。

传闻中 M5 Pro 和 M5 Max 采用了台积电的 SoIC-MH 封装。这个名字容易让人联想到 AMD 在处理器上使用的 3D V-Cache 技术（SoIC）。但我有 95% 的把握断定，二者并非同一种东西，M5 Pro 和 M5 Max 不太可能采用 3D 堆叠封装。SoIC-MH 更可能是一种类似 Intel Foveros 的 2.5D 或 2.75D 封装技术，CPU 和 GPU Tile 处于同一个平面上，通过硅中介层（Interposer）互联，而非上下堆叠，否则散热将成为一个巨大的挑战。这种先进的封装技术是构建复杂芯片架构的基础。

2. M核心登场：CPU架构的再定义

M5 Pro 和 M5 Max 除了首次引入 Chiplet 设计，还首次引入了一个全新规格的核心类型。

在过去 M 系列的 SoC 上，一直采用与手机端 A 系列相同的 P 核（性能核心）搭配 E 核（能效核心）的配置。苹果的 E 核虽然 IPC（每时钟周期指令数）不俗，但其频率始终是短板，绝对性能不算很高。

而在 M5 Pro 和 M5 Max 上，苹果虽然继续保持大小核设计，但此时的小核心已经不再是过去的 E 核（能效核），而是一个全新的“M 核心”。相应地，苹果也将过去的 P 核（性能核心）改名为“超级核心”，新的 M 核则称为“性能核心”。根据目前的信息，这个 M 核心类似于 ARM 的 Cortex 系列设计思路，是从顶级核心（P核）上通过阉割部分规格衍生而来的中端核心。值得一提的是，未来 Intel 在推行“统一核心”（Unified Core）战略后，其大小核架构可能也会采用类似方式。下图展示了 M4 Max 的 CPU 核心架构，可以作为参考。

然而，尽管 Apple 用更强的 M 核心替换了 E 核心，但也同时削减了 P 核心的数量。M4 Pro 是 10P+4E 的规格，M4 Max 是 12P+4E 的设计。但到了 M5 Pro 和 M5 Max，则变成了 6P+12M 的规格，P 核心的数量被大幅削减，特别是在 Max 型号上几乎腰斩。

因此，综合来看，Apple 这次核心架构的变化主要目的可能并非为了大幅提升峰值性能，而更多是出于优化芯片面积和成本考虑。从苹果官方给出的 M5 Max 与 M4 Max 在代码编译等通用任务上的性能对比来看，提升大约在 10% 左右，并不算非常显著。至于 P 核和 M 核的具体面积比例，还需要等待芯片的 Die Shot 照片公布后才能知晓。

3. AI能力的持续增强

最后聊聊一个相对不算太新（相对于 M5）但依然重要的亮点：Apple 在 M5 这一代显著增强了 GPU 的设计，大幅强化了 AI 处理能力。

因此，可以看到 M5 Pro 在一些特定的 LLM（大语言模型）任务上，例如“首个词元响应速度”，相比 M4 Pro 有数倍的提升。但需要注意，这可能是由于特定硬件单元（如神经网络引擎）的优化带来的特性提升，并不代表在所有类型的 AI 或 LLM 任务上都有同等幅度的进步。在 AI 应用日益本地化的今天，M 系列芯片凭借其统一内存架构、高能效比和强大的计算能力，非常适合个人开发者或用户在本地运行 AI 模型。

至于 M5 Pro 真实的 AI 综合能力如何，我们可以参考采用相同 GPU 架构的 M5 芯片的表现。根据一些第三方测试，M5 的 AI 实际性能提升大约在 30-40% 之间。那么，M5 Pro & Max 相对于 M4 Pro & Max 的提升幅度应该大致相当。在内存规格没有发生质变的前提下，这个表现已经相当不错。

小结

等到 M5 Pro 和 M5 Max 的更多技术细节和性能评测解禁后，我们或许能进行更深入的分析。在 M5 Pro 和 M5 Max 之后，人们更期待的是 M6 系列芯片与全新模具的 MacBook Pro 的组合。如果届时能搭载 LPDDR6 内存，或者位宽大幅增加的 LPDDR5X 内存，其性能表现将更值得期待。