애플 M3

1. 개요

애플 M3는 애플이 설계하고 TSMC에서 제조한 데스크톱 및 노트북용 3나노미터 공정 기반의 프로세서이다. M3는 CPU, GPU, Neural Engine의 성능 향상을 이루었으며, M3, M3 Pro, M3 Max의 세 가지 종류로 출시되었다. M3 시리즈는 맥북 프로, 아이맥, 맥북 에어 등 다양한 애플 제품에 탑재되었다.

2. 설계

M3 시리즈는 데스크톱 및 노트북용으로 애플이 최초로 3 nm 설계로 제조되었으며, TSMC에서 생산한다.

공식 발표에 따르면, M3는 이전 세대인 M2와 비교하여 다음과 같은 개선이 이루어졌다고 한다.

* CPU는 동일 전력 수준에서 고성능 코어 성능을 15%, 고효율 코어 성능을 30% 향상시켰다.
* GPU는 코어의 마이크로 아키텍처를 쇄신하여 최대 10코어를 지원하고, 하드웨어 가속 레이 트레이싱 및 메시 셰이더를 새롭게 탑재했으며, Dynamic Caching을 통해 메모리 최적화를 이루었다.
* Neural Engine은 연산 횟수를 15% 향상시켰다.

M3는 통합 메모리 아키텍처(UMA)를 사용하며, M3는 최대 24GB, M3 Pro는 최대 36GB, M3 Max는 최대 128GB의 RAM을 지원한다. M3 SoC는 6,400MT/s의 LPDDR5 SDRAM을 사용하며, 이는 RAM과 비디오 RAM 역할을 모두 수행한다.

M3 Pro 및 14코어 M3 Max는 각각 M1/M2 Pro 및 M1/M2 Max보다 메모리 대역폭이 낮다. M3 Pro는 192비트 메모리 버스를 갖는 반면, M1 및 M2 Pro는 256비트 버스를 가져 이전 제품의 대역폭 200 GB/s에 비해 150 GB/s의 대역폭을 제공한다. 14코어 M3 Max는 M1 및 M2 Max 모델의 400 GB/s에 비해 300 GB/s를 제공하며, 16코어 M3 Max는 이전 M1 및 M2 Max 모델과 동일한 400 GB/s를 제공한다. M3는 8개의 메모리 컨트롤러를, M3 Pro는 12개, M3 Max는 32개를 가지고 있다. 각 컨트롤러는 16비트 너비이며 최대 4 GiB의 메모리에 접근할 수 있다.

기타 기능으로는 하드웨어 AV1 디코딩을 지원하며, 애플은 뉴럴 엔진과 M3 Max의 최대 메모리(128GB)를 통해 AI 개발 및 워크로드를 목표로 하여, 많은 수의 파라미터를 가진 AI 모델을 허용한다. 이미지 신호 프로세서(ISP), NVMe 저장 컨트롤러, 시큐어 인클레이브, 썬더볼트 4를 지원하는 USB4 컨트롤러 등이 있다.

2.1. CPU

M3 칩은 성능 코어와 효율 코어를 조합한 하이브리드 아키텍처를 사용한다. "고성능 코어"의 클럭 주파수는 최대 4.05 GHz, "고효율 코어"의 클럭 주파수는 최대 3.5 GHz이다.

공식 발표에 따르면, M3는 전 세대 M2와 비교하여 동일 전력 수준에서 고성능 코어 성능을 15% 향상, 고효율 코어 성능을 30% 향상시켰다고 한다.

2.2. GPU

재설계된 GPU에는 동적 캐싱, 메시 셰이딩, 하드웨어 가속 레이 트레이싱과 같은 기능이 포함되어 있다.

동적 캐싱(Dynamic Caching) 기술은 실시간으로 로컬 메모리를 할당한다. 기존 방식과 달리, 동적 캐싱은 작업에 필요한 정확한 양의 메모리만 사용되도록 하여 메모리 사용량을 최적화하고 잠재적으로 성능과 효율성을 향상시킨다. 이는 동적 메모리 할당이 중요할 수 있는 그래픽 집약적인 작업에 특히 유용하다.

M3에서 지원되는 코덱으로는 8K H.264, 8K H.265 (8/10비트, 최대 4:4:4), 8K 애플 ProRes, VP9, JPEG, AV1 디코딩이 있다.

2.3. 메모리

M3는 통합 메모리 아키텍처(UMA)를 사용하며, 최대 24GB의 RAM을 제공한다. M3 Pro는 최대 36GB, M3 Max는 최대 128GB를 지원한다. M3 SoC는 6,400MT/s의 LPDDR5 SDRAM을 사용하며, 이는 RAM과 비디오 RAM 역할을 모두 수행한다.

M3 Pro 및 14코어 M3 Max는 각각 M1/M2 Pro 및 M1/M2 Max보다 메모리 대역폭이 낮다. M3 Pro는 192비트 메모리 버스를 갖는 반면, M1 및 M2 Pro는 256비트 버스를 가져 이전 제품의 대역폭 200 GB/s에 비해 150 GB/s의 대역폭을 제공한다. 14코어 M3 Max는 M1 및 M2 Max 모델의 400 GB/s에 비해 300 GB/s를 제공하며, 16코어 M3 Max는 이전 M1 및 M2 Max 모델과 동일한 400 GB/s를 제공한다. M3는 8개의 메모리 컨트롤러를, M3 Pro는 12개, M3 Max는 32개를 가지고 있다. 각 컨트롤러는 16비트 너비이며 최대 4 GiB의 메모리에 접근할 수 있다.

2.4. 기타 기능

M3 시리즈는 하드웨어 AV1 디코딩을 지원한다. 애플은 뉴럴 엔진과 M3 Max의 최대 메모리(128GB)를 통해 AI 개발 및 워크로드를 목표로 하여, 많은 수의 파라미터를 가진 AI 모델을 허용한다. 기타 구성 요소로는 이미지 신호 프로세서(ISP), NVMe 저장 컨트롤러, 시큐어 인클레이브, 썬더볼트 4를 지원하는 USB4 컨트롤러 등이 있다.

3. 종류

M3 칩은 세 가지 종류로 나뉜다.

각 칩들은 CPU 및 GPU 코어 수, 메모리 용량, 대역폭, 트랜지스터 수 등에서 차이를 보인다. M3는 기본형 모델, M3 Pro는 고급형 모델, M3 Max는 최고급형 모델이라고 할 수 있다.

4. Apple M3 시리즈를 사용하는 제품

5. 관련 SoC

A17 Pro는 M3 시리즈와 동일한 세대(Apple family 9, TSMC 3nm 공정)의 SoC로, iPhone 15 Pro 시리즈에 탑재되었다.