M1 Ultra
M1 Ultra 是苹果公司于 2022 年 3 月发布的系统级芯片(SoC),属于苹果自研 M1 系列芯片的最后一款,首发搭载于 Mac Studio 台式电脑。它通过名为 UltraFusion 的封装架构把两枚 M1 Max 晶粒互连成一颗芯片,内部集成 1140 亿只晶体管,最高可配置 128GB 统一内存。其出现标志着芯片性能提升从单纯扩大单颗晶粒面积转向多晶粒封装集成的技术路径。
定义
M1 Ultra 是苹果公司设计的系统级芯片,由中央处理器、图形处理器、神经网络引擎、媒体处理引擎与统一内存等部分集成在同一封装内[1]。它并非从零设计的全新晶粒,而是在两枚 M1 Max 晶粒之间建立高速互连,使两者在逻辑上作为一颗芯片工作[2]。
该芯片内部晶体管总数为 1140 亿只,苹果称这一数字在当时个人电脑芯片中为最高[1]。按苹果公布的口径,其配置包括 20 核中央处理器、最高 64 核图形处理器和 32 核神经网络引擎,统一内存容量最高可选 128GB[3]。
原理
M1 Ultra 的核心是名为 UltraFusion 的封装架构,它属于 台积电 与苹果合作开发的先进封装方案[4]。该架构使用硅中介层连接两枚晶粒,可同时传输超过 1 万个信号,使晶粒之间的处理器互联带宽达到 2.5TB/s,苹果称这一数值超过当时领先多芯片互连技术的 4 倍[1]。
把两颗芯片通过主板相连是扩展性能的常见做法,但会带来延迟上升、带宽下降和功耗增加[1]。UltraFusion 改用晶粒级直连,使操作系统与应用软件把整个封装识别为一颗芯片,开发者无需改写代码即可利用其算力[5]。
统一内存架构是另一项基础设计。中央处理器、图形处理器与神经网络引擎共用同一内存池,内存带宽提升到 800GB/s[1]。20 核中央处理器由 16 个高性能核心与 4 个高能效核心组成,后者用于低负载场景以控制能耗[2]。
发展历程
2022 年 3 月 8 日,苹果在春季新品发布会上公布 M1 Ultra,并同步推出搭载该芯片的 Mac Studio 台式电脑,后者于 3 月 18 日起发货[1][6]。M1 Ultra 被定位为 M1 系列的最后一名成员,此前该系列已先后推出 M1、M1 Pro 和 M1 Max。
UltraFusion 并非发布时才出现的新设计。苹果在 M1 Max 设计阶段就为其预留了与另一枚晶粒相连的能力,二颗晶粒的互连方案在 M1 Ultra 上首次实际启用。这意味着同一代芯片的封装接口在上一代产品中已经埋入,只是当时未被使用。
发布之后,第三方拆解显示 M1 Ultra 的多芯片模块封装面积明显大于同期常见的桌面处理器封装,封装内部还包含内存颗粒,外部由体积较大的集成散热器覆盖[7]。这一结果从实物层面印证了两枚晶粒加内存同处一个封装的结构。
应用
M1 Ultra 首发且主要应用于苹果的 Mac Studio 台式电脑,用户可在 M1 Max 与 M1 Ultra 两种芯片配置之间选择。Mac Studio 机身较小,内部配有散热系统以支撑芯片在长时间高负载下运行。
苹果给出的适用场景包括代码编译、大型 3D 场景渲染与视频转码[1]。其中媒体引擎为 ProRes 编解码提供硬件加速,使搭载该芯片的 Mac Studio 可同时播放最多 18 条 8K ProRes 422 视频流[3]。
在显示输出方面,该芯片的显示引擎可驱动多台外接显示器。搭载它的 Mac Studio 最多可同时连接 4 台 6K 分辨率的外接显示器,并额外通过 HDMI 连接 1 台 4K 显示器[8]。芯片还集成雷雳 4 控制器与安全隔区等模块[5]。
局限
M1 Ultra 的性能数据多来自苹果自身的对比测试。例如多线程性能较最快的 16 核台式电脑芯片高出 90%、达到对方峰值性能时功耗低 100 瓦、图形性能在使用低 200 瓦功耗下超过最高端个人电脑图形处理器等表述,均出自苹果新闻稿[1]。这些数字依赖特定的对比对象与测试条件,不能直接外推为所有负载下的表现。
第三方测试对其评价相对具体。有拆解与分析指出,该芯片在视频编码等任务中表现突出,但在纯合成负载与游戏等场景中仍不及桌面独立显卡[7]。这说明统一内存与媒体引擎带来的优势集中于特定工作负载,而非全面领先。
结构层面也存在固有限制。M1 Ultra 的性能上限由两枚 M1 Max 的规模决定,扩展方式是晶粒数量翻倍而非单晶粒继续增大,因此核心数量、内存通道数等规格以 M1 Max 为基数成倍变化[1]。此外,芯片与内存集成在同一封装内,Mac Studio 的设计未考虑用户自行升级,内存与芯片配置需在购买时确定[7]。
参见
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M1 Max —— M1 Ultra 由两枚该芯片的晶粒互连构成,是其规格基线。
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UltraFusion —— 连接两枚晶粒的封装架构,决定芯片的互联带宽与延迟。
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系统级芯片 —— M1 Ultra 所属的产品类别,在一颗封装内集成多种处理单元。
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统一内存架构 —— 让中央处理器与图形处理器共享同一内存池的设计。
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神经网络引擎 —— 芯片中负责机器学习运算的专用单元。
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Mac Studio —— 首发搭载 M1 Ultra 的台式电脑。
参考资料
- Apple 推出全球最强 Mac 电脑芯片 M1 Ultra [引用日期2026-10-29]
- macrumors.com 上的网页 [引用日期2026-10-29]
- fonearena.com 上的网页 [引用日期2026-10-29]
- 推出“史上最强PC芯片”，苹果底气何在？ [引用日期2026-10-29]
- Apple Reveals Massive 20-Core M1 Ultra CPU [引用日期2026-10-29]
- 苹果推出全新搭载 M1 Ultra 芯片台式电脑 Mac Studio [引用日期2026-10-29]
- Mac Studio拆解展示苹果M1 Ultra芯片封装_Max_系统_方面 [引用日期2026-10-29]
- apples-m1-ultra-is-a-glimpse-of-things-to-come [引用日期2026-10-29]