Apple M1 vs Apple M3 vs Apple M2

Apple M1

Der Apple M1 ist ein System on a Chip (SoC) von Apple, der im Late 2020 MacBook Air und MacBook Pro 13 verbaut wird. Er integriert 8 Prozessorkerne in zwei Cluster. Vier schnelle Performance-Kerne mit 192 KB Instruction-Cache, 128 KB Data-Cache und 12 MB geteilten L2-Cache und vier Effizienz-Kerne mit 128 KB Instruction-Cache, 64 KB Data-Cache und 4 MB geteilten L2-Cache. Weiters integriert der SoC 16 MB Sstem Level Cache (geteilt mit der GPU).

Laut Apple sind die Performance-Cores die aktuell schnellsten der Welt und die Energieeffizienz deutlich besser als derzeitige Laptop-Chips. Die Stromsparkerne takten mit 600 - 2064 MHz, die Performance mit 600 - 3204 MHz.

Der M1 wird in zwei TDP Bereichen ausgeliefert. 10 Watt für das MacBook Air mit passiver Kühlung und wahrscheinlich wieder um die 28 Watt im MacBook Pro 13 und Mac Mini mit Lüfter.

Die integrierte Grafikkarte bietet 8 Kerne (im Einstiegs MacBook Air sind nur 7 aktiviert). Wenn alle 8 genutzt werden, bietet die GPU 128 Ausführungseinheiten mit einer theoretischen Leistung von 2,6 Teraflops. Dadurch soll sie die schnellsten iGPUs von Intel und AMD schlagen können (laut Apple).

Weiters bietet der Chip eine 16-Kern-Neural-Engine für AI-Beschleunigung mit bis zu 11 TOPS Rohleistung, die Secure Enclave, Unified Memory Architecture, Thunderbolt / USB 4 Controller, ISP und Media De- und Encoder.

Der Chip wird im modernen 5nm Prozess bei TSMC gefertigt und soll sehr energieffizient sein. Mit 16 Milliarden Transistoren ist der Chip sehr groß (doppelt so viele Transistoren wie die Tiger Lake U-Serie).

Apple M3

Der Apple M3 ist ein System on a Chip (SoC) von Apple für Notebooks der gegen Ende 2023 vorgestellt wurde. Er integriert eine neue 8-Kern-CPU mit 4 Performance Kernen mit bis zu 4,06 GHz  und 4 Effizienzkernen mit 2,8 GHz. Apple gibt an das die CPU um bis zu 20% schneller ist als im alten Apple M2 (3.5 GHz). 

Die Prozessorleistung ist durch die höheren Taktraten und Architekturverbesserungen auch in Benchmarks deutlich besser als der M2 und kann in Einzelkerntests mit den schnellsten CPUs mithalten.

Der M3 integriert weiters eine neue Grafikkarte mit Dynamic Caching, Mesh Shading und Ray-Tracing-Beschleunigung per Hardware. Laut Apple soll sie um 20% schneller sein als die GPU im M2. Der Chip integriert 10-GPU-Kerne, im kleinen Modell (z.B. iMac) sind jedoch nur 8 Kerne aktiv. Weiterhin unterstützt die GPU jedoch nur 2 Displays (ein zusätzliches 6K60 Display zum internen).

GPU und CPU können gemeinsam auf den gemeinsamen Speicher auf dem Package zugreifen (Unified Memory). Dieser ist weiterhin in 8, 16 und 24 GB-Varianten erhältlich und bietet 100 GB/s maximale Bandbreite. 

Die integrierte 16-Kern Neural Engine wurde ebenfalls überarbeitet und bietet nun 18 TOPS Spitzenleistung (versus 15,8 TOPS beim M2 aber 35 TOPS im neuen A17 Pro). Die Video-Engine unterstützt nun auch AV1 Dekodierung in Hardware. H.264, HEVC und ProRes (RAW) können weiterhin de- und enkodiert werden.

Das integrierte WLAN unterstützt leider nur weiterhin WiFi 6E (kein WiFi 7) und durch den Support nur eines einzelnen externen Monitors bleibt dem Chip auch Thunderbolt 4 verwehrt (Thunderbolt 3/USB4 Support offiziell mit 40 Gbit/s).

Der Chip wird im aktuellen 3nm Prozess (N3B) bei TSMC hergestellt und beinhaltet 25 Milliarden Transistoren (+25% vs. Apple M2). Dies soll auch zur hervorragenden Effizienz des Chips beitragen. Unter Last verbraucht der M3 etwa 20 Watt.

Apple M2

Der Apple M2 ist ein System on a Chip (SoC) von Apple für Notebooks. Apple nutzt den M2 in den Einstiegsgeräten (2022 MacBook Air und 2022 MacBook Pro 13). Er integriert wie der Apple M1 acht Prozessorkerne in zwei Cluster. Vier schnelle Performance-Kerne die nun auf 16 MB L2 Cache zurückgreifen können (M1 bot 12 MB) und  mit bis zu 3,480 GHz takten und vier Effizienzkerne mit weiterhin 4MB L2 Cache und bis zu 2,4 GHz. Damit takten sie etwas höher als beim M1 (2,1 bzw. 3,2 GHz). Die Archtektur der Kerne sollte ähnlich zum Apple A15 (iPhone 13) mit Avalanche bzw. Blizzard Kernen sein.

Gemeinsam mit der integrierten 8 bzw. 10-Kern GPU kann die CPU auf bis zu 24 GB Unified Memory (128 Bit LPDDR5) zurückgreifen. Die Bandbreite wurde im Vergleich zum M1 um 50% erhöht auf 100 GB/s.

Laut Apple ist der M2 um 18% schneller bei gleichem Stromverbrauch. Bei unseren Tests erreicht das MacBook Pro 13 mit aktiver Kühlung die beworbenen 18% im Geekbench Multi-Test, in anderen etwas weniger (12-15%). Damit nähert es sich bereits dem M1 Pro mit 8 Kernen. In den Einzelkerntests ist der Vorsprung zum M1 geringer, kann aber z.B. den Ryzen 7 6800U schlagen. Die neuen Alder Lake Spitzen-CPUs (z.B. i7-1260P im Yoga 9i) sind aber schneller - aber auch stromhungriger. Der Core i5-1240P im Galaxy Book 2 Pro 13 mit ähnlichem TDP ist dem Apple M2 deutlich unterlegen. Im passiv gekühlten MacBook Air erwarten wir ähnliche Single-Core Leistungen, bei längeren Multi-Core Tests, wird das Gerät aber wahrscheinlich etwas schlechter abschneiden.

Zusätzlich zu CPU und GPU, integriert Apple auch eine verbesserte Neural Engine (+40% laut Apple) und 8k H.264, HEVC, ProRes-fähige Media Engine. Auch die Secure Enclave wurde verbessert.

Der Chip wird im "second generation" 5nm Prozess bei TSMC gefertigt (wahrscheinlich N5P) und ist weiterhin sehr Energieeffizient. Im Vergleich zum M1 stieg der Stromverbrauch jedoch leicht.