Подробный разбор: что такое чип Apple M1 и как он изменил Mac
Презентация Apple M1, первого чипа из загадочного племени «M», а также всего железа с этим чипом внутри, была бы похожа на невероятное выступление. То, о чем рассказали с экрана вице-президенты и старший вице-президенты Apple, правдоподобным не было. Им удалось нас удивить, хотя мы ждали чего-то в этом духе и вроде бы были готовы ко всему. Между тем, этот удивительный и неправдоподобный чип – предназначен для самых дешевых и непритязательных моделей Mac’ов в модельном ряду Apple. Так не бывает, но похоже это и в самом деле революция и начало новой эры. Это не обман?
И центральный процессор, и графика, и ОЗУ — все в одном маленьком чипе
Очевидно, что без обмана не обошлось. Службе лояльности Apple (так называется её служба безопасности) удалось сделать невозможное. Над M-чипами в Apple работали не один год, их показывали посторонним – например, Жану-Луи Гассé. За эти годы кто-то из участников проекта уходил из компании, – но про M-серию так и осталась тайной. Неизвестно, на сколько нужно делить заявленные на презентации «в X раз быстрее/экономичнее/лучше», в остальном — только правда и ничего кроме правды. Маркетинг без преувеличений не маркетинг, но на этот раз они едва ли решились бы на серьезные преувеличения.
Что такое Apple M1
На первый взгляд, M1 почти не отличается от придуманного обществом (или внушенного обществу представления о нем) Apple A14X. 8-ядерный ARM-процессор из 4 силовых, то есть, высокопроизводительных, ядер и 4 энергосберегающих. В точности такие же NPU (нейронный процессор), 8-ядерный графический процессор (в дешевом варианте MacBook Air – 7-ядерный), та же фирменная система управления оперативной памятью.
Один маленький чип сочетает в себе столько всего
Производят этот кристалл по техпроцессу 5-нм, если вы не знаете, что это такое, просто примите к сведению, что это «очень круто», самый передний край науки и техники, и M1 – второй 5-нм чип в мире, а первым навсегда останется Apple A14.
Практически все имеющиеся у TSMC производственные мощности мобилизованы на выпуск этих двух кристаллов, и работают они без выходных, 24 часа в сутки, вот уже третий месяц подряд. Но M1 – совершенно другой чип – о котором пока известно немногое, хотя даже того, что о нем сообщили, достаточно, чтобы понять: в индустрии персональных компьютеров начинается новая эпоха, и через год или полтора её будет не узнать.
Но о будущем мы поговорим как-нибудь в другой раз. Разберемся с тем, что уже известно об M1. Первом чипе из семейства Apple Silicon, которое больше не секретно.
Зачем нужен процессор Apple M1?
В 2005 году, объясняя тем, кто привык презирать и ненавидеть Intel-процессоры, странное решение заменить в Mac’ах PowerPC на них, Джобс сослался на показатель, о котором из его слушателей, похоже, никто и никогда не слышал – «производительность на Ватт», и по которому лучшие из серийно производимых PowerPC в разы уступали процессорам от Intel. Речь шла об Intel-процессорах с архитектурой Core, но об этом Стив промолчал.
Чип M1 потребляет всего 25% энергии в сравнении с Intel при более высокой мощности
А на презентации 10 ноября про «производительность на Ватт» вспомнил Джони Сруджи, старший вице-президент Apple по платформам (возглавляющий разработку всех яблочных чипов): За 15 лет (с 2005 года) этот показатель у Intel увеличился, но незначительно. M1 с первого дня превосходит Intel по этому показателю как минимум в два раза. На достижение предельной для Intel-PC производительности M1 потребляет в четыре раза меньше энергии, и для M1 это далеко не предел.
M1, как и A14, состоит из тех же элементов – центрального, графического и нейронного процессоров. Последний, видимо, у них тот же: в персональных компьютерах ничего даже близкого по возможностям еще не было
Зато центральный и графический процессоры, у которых в персональных компьютерах и нагрузка посерьезнее, и круг задач шире – превосходят ноутбуки с Intel внутри. M1, как и другие чипы из семейства «M», о которых еще неизвестно, разрабатываются с нуля, с учетом особенностей места, в котором им предстоит работать. Самые быстрые и мощные ядра в центральном процессоре, как производительные так и энергосберегающие. Самый мощный встроенный графический процессор в мире.
Оперативная память в чипе Apple M1
M1 и компьютеры, использующие его, мы обязательно разберем «по косточкам», но кое-о-чем нужно сказать уже сейчас, чтобы не возникало недоразумений: в яблочных чипах оперативная память управляется и используется иначе, чем в процессорах от Intel. И то, что размер оперативной памяти в M1-компьютерах ограничен 16 гигабайтами – нормально. В Mac на Apple Silicon цена гигабайта значительно выше, чем в устройствах с чипами от Intel или Qualcomm.
Корректно ли сравнивать 16 ГБ в M1 с 32 или 64 гигабайтами в других устройствах, я не знаю, нужно пробовать – но в iPhone и в iPad соотношение примерно такое. «Обменный курс» неизвестен, он зависит от того, для чего используется устройство.
В теории 16 ГБ ОЗУ в M1 должно хватать даже на самые требовательные задачи. Но посмотрим
Предлагаем подписаться на наш канал в «Яндекс.Дзен». Там вы сможете найти эксклюзивные материалы, которых нет на сайте.
Характеристики Apple M1
Заявленные 10 ноября технические параметры системы-на-чипе M1 и компьютеров, в которых она используется, слишком хороши чтобы быть правдой? Что-то наверняка преувеличено, но в рамках приличий. Не принципиально и не радикально. Хотя если посмотреть на бенчмарки… они не обманули.
MacBook Air на M1 легко оставил позади Mac Pro «ведро» и 16-дюймовый MacBook Pro
Даже в режиме эмуляции с помощью Rosetta 2 новые Mac быстрее, чем их сородичи на Intel
Уже сейчас Mac на M1 можно заказать (в том числе в России), их уже подвергли испытаниям, и они действительно оказались хороши. В том числе Mac mini, который в чем-то превзошел сам Mac Pro.
За оставшийся месяц Apple надеется продать 2,5 миллиона Mac на M1. Что-то мне подсказывает, что у них получится.
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Лонгриды для вас
Обновленные чипы M2, Face ID, сотовая связь и еще несколько крутых фишек. Все это — новый MacBook Pro 2022. В статье подробно разберем все ожидаемые нововведения устройств и обсудим перспективы компьютеров Apple в ближайшие несколько лет.
В этом году Apple должна выпустить новый Mac mini, в основу которого ляжет процессор M1X. Он будет во всём лучше своего предшественника, но, скорее всего, не совсем таким, каким многие его ждут
Оказывается, у Apple было почти все готово к выходу нового MacBook Pro 16, но незадолго до презентации всё пришлось отменить. Поэтому всё было так затянуто! Разбираемся, почему так вышло.
Название заявляет про подробный разбор, но ничего нового относительно предыдущих статей не написано. Даже если Apple слегка преувеличила производительность процессора, цифры все равно впечатляют, хоть на два делите, но такое преувеличение было бы уже слишком. В портативных устройствах производительность на ватт и низкое тепловыделение действительно важны. Но для стационарных решений — только вычислительная мощность. Так что вся интрига на мойвзгляд в iMac и Mac Pro. Хотя мощность Mac mini конечно обнадеживает.
Источник
Ковыряемся в чипе M1 от Apple
Apple M1, первый чип, созданный инженерами Apple и предназначенный для их собственной линейки компьютеров, превзошел многие конкурирующие микропроцессоры и почти все компоненты, используемые в других устройствах от Apple (особенно в тестах производительности на одно ядро и графических бенчмарках).
Apple была достаточно любезна, чтобы опубликовать фотографию кристалла (это еще одна небольшая деталь, которая приблизила компанию к AMD и Intel, поскольку теперь это традиционная стратегия анонса новых процессоров), и они были быстро разобраны супер-компьютерщиками – такими как Андрей Фрумусану из Anandtech.
Мы знаем из самых ранних анонсов, что M1 на базе ARM будет крепким представителем категории SoC.
Вероятно, аналитикам будет проще анализировать процессоры, собранные из чиплетов (ожидается, что такая архитектура ЦП будет вымещать традиционную). Поскольку каждый чиплет, по сути, является отдельным куском кремния. Чтобы разобраться в архитектуре SoC, нужно немного (возможно, много) присмотреться.
Выделение отдельных блоков (на изначально неразмеченной карте) Apple M1
Все эти усилия принесут пользу конкурентам и тем, кто заинтересован в эффективной организации кремниевых устройств. Как известно, самое популярное преимущество архитектуры упакованных систем, в которых используются чиплеты, над монолитными устройствами заключается в том, что SoC-решения быстро становятся сложными, запутанными и дорогими. Это приводит к тому, что на рынок SoC могут выходить далеко не все компании, занимающиеся микросхемами. Понимание устройства лучших продуктов в классе и исследования в области передовых современных технологий более важны, чем опыт разработки упакованных чипов.
Особенности M1
У М1 есть ряд отличительных особенностей.
Во-первых, места под кэш-память на кристалле выделено весьма немного. Инженеры Apple сосредоточились на функциональности, а не на объеме памяти. Архитектура UMA, используемая в M1 освобождает пространство на кристалле, при этом обеспечивает быстрый доступ к LPDDR4X-памяти. UMA позволяет разделять отдельные компоненты памяти как между ядрами ЦП, так и графическим процессором, чтобы оптимизировать структуру чипа. Сохранение физической близости модулей памяти — это концепция, заимствованная у мобильных процессоров, в которых память размещается поверх процессоров как в архитектуре упакованных систем. Об этом много говорили ранее – если вкратце, то подобный подход в компьютерах применяется для повышения производительности и эффективного рассеивания тепла, а архитектура, взятая из мобильных устройств, обеспечивает компактность и энергоэффективность.
Значительная часть чипа M1 выделена под графический модуль. Вы можете себе сказать, что это неудивительно. И это так. Никто и не ожидал, что Apple пожертвует производительностью графики. В какой-то мере, этот подход также взят из мобильной архитектуры.
Еще один важный аспект устройства чипа M1 заключается в том, что Apple предпочла увеличить количество логических ячеек (а не физических ядер). Таково преимущество разработки процессоров под собственную ОС – некоторые функции можно встраивать в прошивку и разгружать ЦП для выполнения более сложных задач. Мой хороший друг и отличный технологический аналитик Пол Болдт неоднократно говорил об этом. В одной из его статей приводится цитата Алана Кея, которую я вставлю и в этот текст: «Люди, которые действительно серьезно занимаются ПО, должны производить и свое железо».
Стив Джобс цитирует Алана Кея
Интересную возможность представляет технология flip-chip, используемая для сборки самых передовых микросхем. О ней я писал в одном из своих предыдущих текстов – она позволяет быстро получать изображения с устройством чипа за счет прозрачности кремния для инфракрасного излучения. Такой подход экономит время и деньги.
Простота доступа к M1 в Mac Mini также позволила наблюдать за чипом во время тестирования в бенчмарках.
Используя тепловизор, можно отслеживать активные области чипа по их температуре. На изображении, приведенном ниже в качестве примера, есть ярко-желтое пятно – это высокопроизводительное ядро, активное во время работы компьютера. Благодаря раннему доступу к бенчмаркам (таким как Geekbench 5), созданным специально для процессора M1, температурный анализ позволил выявить расположение ядер Firestorm и Icestorm, графического и нейронного процессоров и многих других компонентов.
Температурный анализ был очень полезен и открыл двери для других методов тестирования. Впрочем, другие вычислительные платформы (особенно мобильные) затрудняют проведение анализа. Но если есть желание, то найдется и решение. Что еще более важно (и очевидно на рынке полупроводников), если есть достаточный бюджет, то все получится.
Снимок M1 с тепловизора в режиме работы одного ядра (Источник: MuAnalysis)
Хотя большая часть внимания к M1 связана с его архитектурой (и так и должно быть), в дизайне и структуре процессора интересны не только технические детали. Подложки M1 BGA с двумя установленными бок о бок модулями памяти LPDDR4X и полностью инкапсулированными пакетами BGA DRAM идентичны (или очень похожи) мобильным процессорам серии A, используемыем в iPad – A12X и A12Z.
Вероятно, лучший инструмент для получения общего представления о сложной структуре устройства, при этом обеспечивающий детальность изображения — это рентгеновская компьютерная томография. Компания System Plus Consulting опубликовала обзор результатов компьютерной томографии и проанализировала интеграцию как поверхностных, так и встроенных в подложку кремниевых развязывающих конденсаторов в M1. Эта информация о чипе является частью стандартного анализа затрат от System Plus Consulting.
Перспективный рентгеновский снимок КТ пакета M1
System Plus недавно обновила свои доклады о затратах включив туда сведения, отсутствующие в их предыдущих отчетах. По словам генерального директора System Plus Ромена Фро, «Новый чип M1 от Apple позволил System Plus воспользоваться двумя новыми методами анализа. Мы составили отчет об архитектуре чипа и провели анализ его поверхности с помощью просвечивающего электронного микроскопа (в дополнение к нашему стандартному отчету о стоимости, в котором анализируются сами кристалл и корпус). Новая методика формирования отчетов значительно повысит ценность наших услуг в области сравнительного анализа».
Какую роль сыграл iPad Pro?
В течение нескольких лет вокруг iPad Pro и его значения для Apple, было много дискуссий и предположений. Будет ли iPad Pro заменой ноутбуку? Это мнение также вызвало обсуждение возможного перехода тандема мобильных процессоров и iOS на компоненты для персональных компьютеров.
Несомненно, iPad Pro был частью этого пути Apple. Повторение архитектуры чипа на iPad, Macbook Air и Pro, а также на Mac mini, безусловно, указывает на стремление к обобщению.
M1 и A12X внешне идентичны
Основным параметром сравнительного анализа продуктов является стоимость. Группам конкурентной разведки, работающим в компаниях-производителях микросхем, вероятно, не придется далеко ходить, чтобы сравнить характеристики других продуктов со своими собственными разработками. Заметное конкурентное преимущество может быть получено за счет оптимизации структуры затрат по сравнению с конкурентами. Разделение устройств на уровне «голых» кристаллов позволит раскрыть эти аспекты с разумной степенью детализации с учетом правильного опыта, понимания отрасли и моделирования.
Что делает эту работу действительно увлекательной, так это возможность раскрыть инновации, которые помогают отрасли полупроводников развиваться и двигают этот рынок вперед.
- Первая в России серийная система управления двухтопливным двигателем с функциональным разделением контроллеров
- В современном автомобиле строк кода больше чем…
- Бесплатные онлайн-курсы по Automotive, Aerospace, робототехнике и инженерии (50+)
- McKinsey: переосмысляем софт и архитектуру электроники в automotive
НПП ИТЭЛМА всегда рада молодым специалистам, выпускникам автомобильных, технических вузов, а также физико-математических факультетов любых других высших учебных заведений.
У вас будет возможность разрабатывать софт разного уровня, тестировать, запускать в производство и видеть в действии готовые автомобильные изделия, к созданию которых вы приложили руку.
В компании организован специальный испытательный центр, дающий возможность проводить исследования в области управления ДВС, в том числе и в составе автомобиля. Испытательная лаборатория включает моторные боксы, барабанные стенды, температурную и климатическую установки, вибрационный стенд, камеру соляного тумана, рентгеновскую установку и другое специализированное оборудование.
Если вам интересно попробовать свои силы в решении тех задач, которые у нас есть, пишите в личку.
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.
Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.
У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.
Источник
