Apple SiliconのM4とM5プロセッサの主な違いを探る：回路、チャネル、パフォーマンスの変化

Claude Paugh
11月13日
読了時間: 6分

Apple Siliconは、その強力で効率的なプロセッサによってパーソナルコンピューティングのあり方を一変させました。M4プロセッサからM5プロセッサへの移行は、この進化における新たな重要な一歩です。多くのユーザーやテクノロジー愛好家は、AppleがM4と比較してM5でどのような具体的な変更点を導入したのか、特にレジスタと回路設計、GPUチャネル、製造プロセス、クロック速度に関して疑問を抱いています。この記事では、これらの側面を詳細に分析し、Appleがチップアーキテクチャをどのように改良し、それがパフォーマンスにどのような影響を与えるのかを明らかにします。

複雑な回路とコンポーネントを示すApple Siliconチップの表面のクローズアップ画像

M4とM5の間のレジスタと回路設計の変更

あらゆるプロセッサの中核は、データの保存と処理を超高速で処理するレジスタと回路にあります。M4とM5の間で、Appleはこの領域にいくつかの改良を加えました。

レジスタアーキテクチャ：M5はM4と同様のレジスタセットを引き続き使用し、既存のソフトウェアとの互換性を維持しています。ただし、Appleはレジスタファイルへのアクセスパスを最適化し、レイテンシを削減してスループットを向上させました。これにより、プロセッサはレジスタ数を増やすことなく、より効率的に命令を処理できます。
回路の強化：Appleは重要なロジック回路を再設計し、電力効率と速度を向上させました。M5ではトランジスタレイアウトの刷新と信号ルーティングの改良により、電気抵抗と干渉が低減されています。これらの変更により、チップは負荷時でもより低温で高速に動作します。
並列処理能力の向上：M5ではCPUコア内に並列実行ユニットがさらに導入されました。これにより複数の命令を同時に処理できるようになり、クロック速度を大幅に上げることなく全体的なパフォーマンスが向上します。

これらのレジスタと回路の改良は、Apple Silicon の特徴である生のパワーとエネルギー効率のバランスを取ることへの Apple の重点を反映しています。

GPU チャネルとグラフィックスパフォーマンスのアップグレード

Appleのチップセットで最も顕著な改良点の一つはGPUです。M4 GPUはすでに強力でしたが、M5では具体的な変更が加えられています。

追加のGPUチャネル：M5はM4と比較してGPU実行チャネル数が増加しています。これにより、グラフィックスタスクの並列処理レーンが増加し、レンダリング速度が向上し、ゲームやプロフェッショナルアプリケーションでより高いフレームレートを実現します。
コア数と構成：M4 GPUは最大10コアでしたが、M5では一部の構成で12コアに拡張されています。この増加は、特に複雑なシェーダーやリアルタイムレイトレーシングを伴うタスクにおいて、グラフィックス性能の向上に直接つながります。
メモリ帯域幅とチャネル：M5はGPU専用のチャネルを追加することでメモリ帯域幅も強化しています。これによりGPUとメモリ間のデータ転送が高速化され、高負荷のグラフィックスワークロードにおけるボトルネックを軽減します。
GPU回路の改良：AppleはGPUの内部回路を改良し、高いパフォーマンスを維持しながら消費電力を削減しました。これには、クロックゲーティングの改善と、GPUのワークロードに合わせた動的な電圧調整が含まれます。

これらの GPU の変更により、ビデオ編集からゲームまで、グラフィックスを多用するアプリケーションを利用するユーザーにとって、M5 はより強力な選択肢となります。

製造プロセスと回路密度

よく聞かれる質問は、M5はM4の小型版で、より小さなスペースに多くの回路を詰め込んだだけではないでしょうか？というものです。答えは微妙です。

より微細なナノメートルプロセス：M5は、M4の5nmから、より高度な4nmまたは3nmプロセスノード（M5のモデルによって異なります）へと移行し、より高度な製造プロセスを採用しています。この微細プロセスにより、Appleは同じチップ面積により多くのトランジスタを搭載することが可能になりました。
より高い回路密度：M5はノードが小さいためトランジスタ密度が高く、チップの物理的なサイズを増やすことなく、より複雑な回路や追加のコアを搭載できます。これにより、パフォーマンスと効率が向上します。
熱と電力のメリット: 高度なプロセスにより電力漏れと熱の発生が削減され、M5 はスロットリングなしでより長い期間にわたって高いパフォーマンスレベルを維持できます。
単なる縮小ではない：ノードの小型化は重要な要素ですが、Appleはワットあたりの性能向上のために多くの回路を再設計しました。つまり、M5は単なるM4の縮小版ではなく、綿密に検討を重ねて改良されたチップなのです。

クロックレートの変更とパフォーマンスへの影響

プロセッサを比較するときにクロック速度が注目されることが多いですが、これはパフォーマンスを決定する要素の 1 つにすぎません。

クロック速度のわずかな向上：M5はM4と比較して、ベースクロックとブーストクロックがわずかに向上しています。例えば、M4のCPUコアが約3.2GHzで動作していたのに対し、M5はピーク時には3.5GHzに近づく可能性があります。
より優れた持続クロック: 改善された熱管理と電力効率により、M5 は過熱することなく、より長い期間にわたってより高いクロック速度を維持できます。
バランスのとれたパフォーマンスの向上: Apple はアーキテクチャの調整を通じてサイクルあたりの命令数 (IPC) の向上に注力しているため、M5 ではクロック速度が劇的に上昇しなくてもパフォーマンスが向上します。
現実世界への影響: 特に GPU 強化と組み合わせると、ユーザーはアプリの起動が速くなり、マルチタスクがスムーズになり、ゲームのフレームレートが向上することに気付くでしょう。

M4に対するM5の改善点の実例

違いを説明するために、M5 が M4 よりも優れている実際のシナリオをいくつか示します。

ビデオ編集: M5 の追加の GPU コアとチャネルにより、Final Cut Pro などのソフトウェアでのレンダリングとエクスポートの時間が高速化され、待機時間が最大 20% 短縮されます。
ゲーム: 高フレームレートと詳細なグラフィックスを必要とするゲームは、M5 ではフレームドロップが少なくなり、視覚効果が向上し、よりスムーズに実行されます。
マルチタスク: レジスタアクセスと回路の並列性が向上したため、M5 は要求の厳しい複数のアプリを遅延なく同時に処理できます。
バッテリー寿命: パフォーマンスが向上したにもかかわらず、M5 は効率的な設計によりバッテリー寿命を維持またはわずかに向上しています。