どの「M」が一番速い？ Apple Mプロセッサーを今一度整理してみよう（前編）

iPad Pro（M4）の登場と同時に発表された「Apple M4」プロセッサーにより、Apple製品が搭載する「M」系プロセッサーは若干混乱を伴うラインナップとなっている。一体どのプロセッサーが一番速いのか。そもそも「M」って何なのか。今一度、「M」系プロセッサーを整理してみよう。

○Appleが独自設計した3種のSoC



Appleは2010年以降、ARMアーキテクチャを採用した「Apple Silicon」SoC（System on Chip）を開発してきた。SoCというのは、CPU、GPU、メモリ、I/Oコントローラーなどが全て1つのチップ上に搭載されているものを指す。現在、スマートフォンやタブレットなどのCPUは、ほとんどがこのSoCという形で搭載されている。



最初に登場したのはiPhone 4に搭載された「Apple A4」に始まる「A」シリーズだ。iPhone 4に合わせて4からスタートし、iPhoneの進化に合わせて毎年バージョンアップを重ねてきた。現在はiPhone 16 Proに搭載された「A18 Pro」が最新版となる（ちなみに世代としては16代目だ）。



「A」シリーズは大変よくできたSoCで、高い省電力性能と、処理性能を兼ね備えている。Android陣営と比較すると、概ね同時期に展開されるAndroid陣営の最上位SoC（例えばA18 ProならSnapdragon 8 Gen3など）と同等と言っていいだろう。そしてAシリーズはスマートフォンだけでなくタブレット（iPad）やスマートTV（Apple TV）、DAP（iPod Touch）などにも流用されてきた。汎用性も高いSoCなのだ。



そんな「A」シリーズに続いて登場したのが、今回メインで扱う「Apple M」シリーズだ。「M」シリーズは、スマホよりも高い処理能力、高いGPU性能、そして高い消費電力を要求するプラットフォームをターゲットにしている。



さらにもう1つ、ARMアーキテクチャを採用したプロセッサとして、Apple Watchに搭載される「Apple S」シリーズのSiP（System in Package）もある。A/M/Sの3種類のSoC/SiPは、基本的なコアの設計が共通化されている。つまり、1つの基本設計から多様なプロセッサが生み出されているのだ。SoCと、それを搭載するハードウェアとソフトウェア、すべてを自社で設計しているAppleならではという、スケーラブルで効率的な開発と言えるだろう。


さらに細かいことをいうと、AirPodsシリーズに搭載されているオーディオ処理用の「Apple H」シリーズや無線処理用の「Apple W」シリーズ、UWB処理用の「Apple U」シリーズ、Touch ID処理用の「Apple T」シリーズ、Apple Vision Proに搭載されている低遅延A/V処理用の「Apple R」シリーズなどのチップもあるが、これらはA/M/Sシリーズとは性格が異なるので、本稿では触れないでおく。

○具体的に「M」は何が違うのか？



Apple Silicon（というか最近のCPUはほぼどれも、だが）には「高性能コア」と「高効率コア」という2種類のコアがあり、性能重視のときは高性能コアを、それ以外の軽いタスクでは高効率コアを、というように、役割に合わせて使用するコアを変更することで、省電力と高性能を両立している。ちなみにAppleによると、高効率コアは、同じ性能であれば高性能コアの10分の1程度の消費電力で動作するとのことだ。



で、結論から言ってしまうと、「S」「A」「M」の間の大きな違いというのは、ざっくり言えばこのコア数の違いになる。コア自体の設計が共通している場合、シリーズの違いによるコアの性能差はほとんどない（クロック周波数とか、メモリ帯域の違いはさておき）。



基本となる「A」はスマートフォンからタブレット、スマートTVなどにも搭載され、対象となるサービスやアプリの幅も広いため、省電力性能を重視しつつ、汎用性中心のバランスとなっている。これに対してスマートウォッチ向けの「S」は、パフォーマンスは必要ないので高性能コアを取り除き、画面も小さいので、GPUも最低限でいい。逆に「M」はハイパフォーマンス向けなので、省電力性能を犠牲にしてでも、高性能コアとGPUコアを増やしていく、という発想で設計されている。


スマートフォン向けのSoCを、いくらコアを増やしたところでパソコンに使えるものか？という疑問もあるだろう。MacがIntel CPUを搭載していた時代は、「ARM系は省電力性に優れるがパフォーマンスではIntel系に劣る」という認識が広く浸透していたし、事実でもあった。しかしARMの世代がどんどん進むにつれて、性能差は縮まってきていた。さらに「ARM系」とは言ったが、実際にはライセンスこそ取得しているものの、コアの設計はApple自身がかなりチューニングして、シングルスレッド重視にカスタマイズされている。こうした積み重ねにより、iPhone 15 Proに搭載されていたApple A17 Proはシングルコアの性能で、2022年に発表されたIntel Core i7-12700を上回る性能を叩き出せる。2年前のデスクトップ向けのメインストリームやや上くらいのCPUとスマートフォンのSoCが、同等クラスの性能を持つわけだ。


ARM側の性能が十分高くなったところで、Appleは全製品をARM系に置き換えるべく、「Apple M」を開発した。これは、過去にCPUアーキテクチャの大胆な変更を2回（68k系→PowerPC、PowerPC →Intel系）も乗り越えてきたAppleならでは、という判断だったし、macOSとベースを同じくするiOSがARM向けに10年以上最適化の実績を積み上げ続けてきた、という点も大きいだろう（Apple Silicon自体も10年積み重ねてきた）。Apple M搭載後のMacがIntel Mac時代以上の性能を叩き出せているのも、こうした背景にあるわけだ。



ところで、実はこの「コア数を変えることで上位モデルを作る」という発想は、実は「A」シリーズですでに行われていた。A5〜A12世代には、画面が広くサイズが大きいため、放熱にも余裕があるiPad向けに、CPUやGPUのコア数を増やし、末尾に「X」や「Z」の文字が追加されたプロセッサが製造されていた（A5X〜A12XとA12Z）。A14世代からはこれをMac向けにも適用すべく、メモリ帯域などを強化して設計したのが「M」系だと考えるのが妥当ではないだろうか（超細かいことを言えば、A12ZはARM移行用にデベロッパー向けに貸与された「Developer Transition Kit」に搭載されていたので、これが初のMac向けARMとも言えるのだが）。



真新しい製品のように見えて、実は先にほかの製品で予行演習してあるあたり、筆者などは、実にAppleらしい手堅い戦略だなあ、と思う次第である。

○PC向けの嚆矢となった「M1」



さて、「M」系最初の製品である「M1」は2020年11月に登場し、MacBook Air、MacBook Pro（13インチ）、Mac miniに搭載された。基本となるアーキテクチャはiPhone 12に搭載された「Apple A14 Bionic」と共通だが、M1では高性能コアとGPUコアを増やし、クロック周波数や搭載するメモリも強化されている（このほか、Thunderboltコントローラーなども搭載されている）。M1は当初はMac用に開発されたプロセッサではあるが、のちにiPad ProやiPad Airにも採用されている（余談だが、A14はiPhoneより先にiPad Airに搭載されて発表されたので、iPad Airは同じコアベースのSoCを2回積んだということになる）。



標準では高性能・高効率の両コアが4つずつの8コア編成だが、一部下位モデルでは高性能コアが1つ無効化され、高性能3＋高効率4の7コア編成になったチップが搭載されている。ちなみにこうした、一部のコアを無効化して製品のヒエラルキーを作る方法は、GPUのコア数でも行われている。



ところでA14とM1を比較した場合、最大消費電力はA14が4.8W、M1が13.8Wとされている。コア数を比較すると、A14は高性能コア2つ・高効率コア4つ、GPUコア4つの構成だが、M1は高性能コア4つ・高効率コア4つ、GPUコア7〜8つとなっており、高性能コア2つとGPUコア4つで9W消費が増えている（メモリ等も増えているので、単純には言えないが）。スマートフォンで10W台の消費電力や発熱を許容するのはかなり難しいが、サイズが大きなMacやiPadならこのくらいはカバーできるわけだ。



M1の登場から1年後の2021年10月に、MacBook Pro向けに上位モデル「M1 Pro」が登場した。これはM1よりも高性能コアとGPUのコア数をほぼ倍増させたモデルで、最大メモリ搭載量やメモリの帯域幅も強化されている。一方で高効率コアの数は4から2へと減らされているため、あくまでパフォーマンス重視といった設計だ。



また、M1 Proと同時に発表された「M1 Max」は、CPUコア数はM1 Proと同じものの、GPUのコア数が大幅に強化されたモデルで、メモリ帯域幅や搭載量もM1 Proに比べてさらに強化されている。近年はグラフィック関連など、GPUに処理をさせるソフトウェアも増えているため、そういった用途に特化していると言えるだろう。



そして2022年3月には最上位モデルとして「M1 Ultra」が発表された。これはM1 Maxを内部で2つ繋げたもので、いわばワンチップデュアルSoCとでもいうべきもの。消費電力などは度外視、とにかくパワーを重視する、ハイエンド向けの怪物級SoCだ。


前編では、「M」シリーズ登場までの流れをおさらいしてきた。後編では「M4」までの性能をチェックしていき、結局、どのプロセッサーが一番早いの？という疑問にお答えしよう。（海老原昭）