Нюансы делают Apple уникальной. Что важно знать про ее чип M1?

С 10 ноября прошлого года Apple начала переход на собственную систему на кристалле Apple Silicon. Компания отказалась от процессоров Intel, немало подпортив настроение ее боссам, и отправилась в собственное плавание. Чип M1 получился удачным: производительность и автономность выросли, а для потребителя это самое главное. Вот что будет полезно знать о том, как Apple удалось этого добиться.

Долгое время производительность Intel для Mac была на высшем уровне. Но в последние годы дорожная карта процессоров Intel стала менее интересной с точки зрения прироста мощности. Хотя в Apple и заверяют, что решение о смене «сердца» в «маках» связано не с этим.

«Речь о том, что мы можем сделать, а не о том, что не может сделать кто-то другой», — заявил в одном из интервью вице-президент компании по маркетингу Грег Джосвиак.

Apple не занимается продажей чипов на сторону, что позволяет действительно тесно интегрировать их с программным обеспечением и операционной системой. А потому был проведен большой анализ типичной рабочей нагрузки для Mac, от которого и отталкивались в разработке чипа.

M1 похож на чипы смартфонов, хоть и дебютировал на MacBook

M1 построен на микроархитектуре ARM, которая используется в чипах для смартфонов и годами применяется Apple в разработке чипов A-серии для «айфонов» и «айпадов». Мобильные чипы — это система на кристалле — условно, много разных чипов под одной крышкой.

На PC мы привыкли, что компьютер в итоге состоит из материнской платы, в выделенные слоты на которой устанавливаются процессор, планки оперативной памяти, видеокарта, накопители.

Мобильные же системы на кристалле (SoC) выполняются в виде одного чипа, который припаян к печатной плате. В этом чипе содержатся:

  • центральный процессор — мозг, который отвечает за большинство исполняемого кода операционной системы и приложений;
  • мобильная видеокарта — графический процессор, который связан с исполнением задач по визуализации;
  • блок обработки изображений, который преобразует данные с камеры телефона в файлы изображений и видео;
  • цифровой сигнальный процессор, который отвечает за более специфические вычисления, чем процессор (например, декомпрессию музыкальных файлов или анализ данных со встроенных датчиков);
  • блок нейронной обработки, который также нужен для более специфичной задачи по выполнению алгоритмов машинного обучения: компьютерное зрение, распознавание голоса, нейросети;
  • модемы беспроводной связи: Wi-Fi, Bluetooth, 5G.

Что важно знать про чип M1 от Apple?

M1 — это не процессор

M1 — первый и в чем-то уникальный чип Apple для компьютеров Mac. Это не процессор, а именно чип, система на кристалле, которая включает в себя несколько разных компонентов.

Что важно знать про чип M1 от Apple?

Разбросанные ранее по плате MacBook чипы и процессоры

В чипе M1 расположены восемь ядер центрального процессора: четыре заточены под производительные задачи под нагрузкой, еще четыре — под энергоэффективную работу. Это уже классическая схема для многих мобильных чипов в современных смартфонах.

Помимо мозга, в чипе есть и другие компоненты, которые помогают всей системе функционировать. В первую очередь это восьмиядерный графический ускоритель. В некоторых базовых моделях в чипе семь ядер графики.

Есть сопроцессор Secure Enclave, который заменил скомпрометированную микросхему T2 в «маках» на Intel и переехал под крышку M1. Там же находятся нейросетевой движок, унифицированная архитектура памяти (RAM), контроллер SSD-накопителя, процессор обработки изображений, механизм кодирования/декодирования и контроллер интерфейса Thunderbolt — все на одной контактной площадке.

Что важно знать про чип M1 от Apple?

M1 построен на ультрасовременном 5-нанометровом техпроцессе с 16 млрд транзисторов. Это значит, что у него меньше транзисторы, которые отвечают за операции, на площадке их можно разместить больше и они будут потреблять меньше энергии.

Архитектура объединенной памяти

Фундаментом для M1 стали все те наработки в сфере интеллектуальной собственности, которые начали закладывать еще с десяток лет назад с первым процессором, затем графическим ускорителем, потом процессором обработки изображений и нейросетевым движком.

Несколько лет назад в Apple решили, что пора делать на всем этом фундаменте собственный десктопный чип, а масштабировать дело позволит архитектура объединенной памяти (Unified Memory Architecture).

В интернете можно найти множество тестов ноутбуков Apple на M1, которые сравнивают с топовыми моделями предыдущих поколений на Intel. Обзоры новинок были и у нас. Они оставили только положительные впечатления.

Одна из разгадок кроется в новой архитектуре системной памяти, которую Apple применила в чипе M1. Как уже говорилось выше, в чипе заключены не только центральный и графический процессоры, но и системная память.

Оперативная память в чипе — это единый пул, который доступен всем компонентам M1 (в частности, центральному и графическому процессорам, нейросетевому движку) и расположен очень близко ко всем из них. И когда графическим ядрам нужны данные, которые ранее использовали процессорные ядра, их не надо копировать или кешировать из одной части памяти в другую, выделенную непосредственно для работы с графикой. GPU просто обращается к той же части памяти, которую использовал CPU.

Что важно знать про чип M1 от Apple?

«Мы не только получили огромное преимущество в виде сырой производительности нашего GPU. Не менее важным было то, что благодаря архитектуре объединенной памяти мы не перемещали данные постоянно туда-сюда и не меняли форматы, что замедляло работу. Мы получили огромный прирост производительности», — хвастается старший вице-президент по технологиям аппаратного обеспечения Джони Сруджи.

На материнской плате новых MacBook нет слота для памяти или места, куда бы этот чип был припаян. Память находится в том же чипе M1. Для обывателя это означает, что он выбирает компьютер с определенным объемом оперативной памяти и никак не может в будущем сделать апгрейд.

Специалисты iFixit разбирали новые «маки» и показали, как выглядит эта интеграция памяти в чип. Две небольшие микросхемы памяти LPDDR4X от производителя SK Hynix распаяны рядом с чипом на одной контактной площадке, но не закрыты теплопроводящей крышечкой. Выглядит немного необычно для тех, кто привык к классическим камням от Intel и AMD.

Что важно знать про чип M1 от Apple?

Apple сделала это не для того, чтобы позлить пользователей, а для того, чтобы значительно нарастить производительность. Китайские спецы уже научились отпаивать микросхемы памяти и заменять их на более емкие. Правда, в процессе такого апгрейда существует серьезный риск загубить весь чип. Так что большинство владельцев MacBook на такой финт не решатся.

Что важно знать про чип M1 от Apple?

Пока основные модели компьютеров от Apple на новых чипах располагают 8 и 16 ГБ объединенной памяти. Для кого-то это может стать проблемой, хотя из личного опыта обработки роликов в 4K скажу, что Final Cut от «яблочников» отлично работает с такими тяжелыми файлами и на MacBook Pro с Intel Core i5 и 8 ГБ оперативной памяти. Вероятно, в следующих и более мощных итерациях чипа Apple Silicon мы увидим и рост объема оперативной памяти.

Больше декодеров

Еще одним важным ключом к успеху M1 называют разработки в микроархитектуре центрального процессора, которые Apple долгие годы оттачивала на мобильных чипах для iPhone. Последний актуальный чип A14 — это восьмое поколение семейства 64-битной микроархитектуры, с которой Apple дебютировала в чипе A7 для iPhone 5s.

Что важно знать про чип M1 от Apple?

Компания особо не распространяется о том, что происходит «под капотом» ее чипов. Специалисты AnandTech с помощью собственных микробенчмарков определили, что чип Apple A14 обладает восьмью декодерами, тогда как в процессорах от Intel и AMD на архитектуре x86 четыре декодера. Эти декодеры занимаются тем, что работают с поступающими из памяти инструкциями для процессора. Инструкции предоставляются операционной системой и программами. Инструкции бывают переменной и фиксированной длины. У ARM-архитектуры инструкции фиксированной длины, тогда как у инструкции для процессоров на x86 длина в байтах переменная, их сложнее декодировать.

Что важно знать про чип M1 от Apple?

В итоге в чипе Apple A14 «накормить» инструкциями параллельно восемь декодеров оказывается проще и быстрее. К тому же у разработок Apple буфер декодированных инструкций, которые можно «припарковать» в ожидании выполнения их процессорными ядрами, значительно больше. И специалисты полагают, что в случае с M1 мы имеем аналогичную ситуацию.

Что дальше?

Нет сомнений, что Apple готовит следующее поколение своих чипов, которые, вероятно, получат название M2. В индустрии ходят слухи, что новые чипы дебютируют во второй половине года в новых моделях MacBook Pro. Говорят, что TSMC, контрактный производитель чипов Apple, уже приступил к их массовому производству.

Согласно инсайдам финансового издания Bloomberg, сейчас в подвалах Apple инженеры работают над проектами чипов с 16 производительными ядрами и четырьмя энергоэффективными. Для настольных Mac Pro более высокого класса тестируют варианты с 32 производительными ядрами. Восьмиядерные M1 демонстрируют отличную производительность. Их последователи должны быть еще мощнее.

Предполагается, что M2 дебютирует в моделях MacBook Pro с 14- и 16-дюймовой диагональю экрана. Это будут существенно переработанные ноутбуки, которые лишатся сенсорной панели Touch Bar, получат новый дизайн и большее количество специфических портов — например, кардридер для фотографов и видеографов, которые наконец смогут отказаться от части своих переходников.

К тому же поговаривают, что M2 может появиться в iMac с большей диагональю экрана. Недавно компания анонсировала 24-дюймовые модели на M1. Был и планшет iPad Pro на M1. В течение ближайших двух лет компания собирается перевести все свои продукты на эту систему на кристалле.

Представленные прошлой осенью «маки» являются одними из самых быстрых в истории Apple. Но они, вероятно, будут самыми медленными Mac с Apple Silicon, которые когда-либо представит компания.

#ГАДЖЕТЫ
Источник
Подписывайтесь на Дзен канал