Hình ảnh thực tế cho thấy kích thước của chip M1 Ultra rất lớn, gần gấp ba lần so với CPU AMD Ryzen (desktop). Sau khi kênh Max Tech mở và tiếp cận bên trong của hệ thống Apple Mac Studio, M1 Ultra lộ diện với kích thước ấn tượng, đặc biệt khi so sánh với Ryzen CPU. M1 Ultra sử dụng dạng đóng gói MCM (multi-chip module) bằng cách ghép 2 đế M1 Max lại với nhau. Ngoài ra, MCM cho phép tập hợp nhiều thành phần khác vào M1 Ultra, từ GPU 64 nhân, giao tiếp I/O đến phần bộ nhớ thống nhất. Dù được sản xuất trên tiến trình 5 nm, M1 Ultra sở hữu đến 114 tỉ transistor. Kiến trúc UltraFusion cung cấp băng thông liên bộ xử lý (interprocessor) 2.5 TBps và băng thông nhớ 800 GBps. Kiến trúc kết nối có hơn 10,000 tín hiệu giữa 2 chip.
Chip M1 Ultra có CPU 20 nhân, bao gồm 16 nhân hiệu năng cao và 4 nhân tiết kiệm năng lượng. Nhân hiệu năng cao dựa trên kiến trúc thực thi siêu rộng (ultra-wide execution architecture) với bộ đệm lệnh 192 KB, bộ đệm dữ liệu 128 KB và bộ đệm L2 48 MB. Nhân tiết kiệm năng lượng dựa trên kiến trúc thực thi rộng (wide execution architecture) với bộ đệm lệnh 128 KB, bộ đệm dữ liệu 64 KB và bộ đệm L2 8 MB. M1 Ultra còn tích hợp M1 Neural Engine với 32 nhân, cung cấp khả năng tính toán đến 22 TOPS (trillion operations per second).Kênh YouTube của Dave2D cho biết M1 Ultra có hiệu năng đa nhân thấp hơn so với Core i9-12900K và Ryzen 9 5950X khi được kiểm tra bằng Cinebench R23 (24190 điểm), nhưng lại dẫn đầu trong Geekbench 5 CPU (24038 điểm).Theo kênh YouTube của Mathew Moniz, M1 Ultra không thể vượt qua được Core i9-12900K trong các bài kiểm tra Cinebench R23, PugetBench Premier Pro và Photoshop.
Kết quả trên trang NanoReview cũng tương tự, nhưng việc vẽ đồ thị có thể gây hiểu nhầm. Ví dụ, trong kiểm tra Cinebench R23 đơn nhân, Core i9-12900K đạt 2000 điểm, trong khi M1 Ultra chỉ đạt 1563 điểm, tuy nhiên đồ thị không thể hiện rõ sự chênh lệch này.