Unified memory apple m1

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.

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.

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.

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.

«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.

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.

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.

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.

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.

Источник

О превосходстве Apple M1 Pro над флагманами AMD и Intel

реклама

Все начиналось с iPad Pro. Когда был выпущен этот девайс многие не верили в показатели синтетических тестов Geekbench. Поразительной мощи мобильный чип уже приближался к уровню довольно сильных игровых ПК. Но тогда никто не беспокоился об этом. Поворотным моментом стало решение самой богатой корпорации в мире Apple прекратить сотрудничество с Intel и AMD. Оказывается, яблочной организации не нужны топовые процессоры i9 и дискретные видеокарты Radeon. В 2020 году был представлен чип начального уровня М1. Он показывал невероятный уровень производительности, но все еще не дотягивал до флагманских десктопных решений.

Обновленная версия М1 Pro, M1 Max превосходит самые дорогие ноутбуки на х86 процессорах в 90% случаев. В статье рассмотрим разные сценарии: синтетические тесты, архивация, компиляция кода, кодирование видео, накладывание эффектов и прочее. В большинстве тестов М1 «втаптывает в землю» Ryzen 9, Intel i9 последних поколений.

Кратко о Pro и Мах версиях

реклама

Обновленные чипы получили большее количество процессорных ядер и значительное усиление графического адаптера – доступны модификации на 16 и 32 GPU cores. Стоит отметить унифицированную пам’ять, которая используется как в качестве ОЗУ, так и для графического чипа.

Цены не маленькие, но не выше чем Apple выпускала свои продукты на Intel. Но в этом поколении пользователи получают невероятную производительность в сравнении с лучшими х86 аналогами.

реклама

Стоимость схожих по мощности ноутбуков на AMD/Intel не сильно отличается. Еще недавно это казалось не возможным: пользователь получает тонкий и автономный ноутбук премиального класса, который оказывается производительней любых более громадных и конкурентов, живущих от батареи в 3-10 раз меньше.

Apple M1 Pro в синтетике

В данном сравнении приведены результаты тестирования чипа M1 Pro, который имеет идентичную M1 Max производительность центрального процессора. Старшая модель отличается усиленным графическим ускорителем и поддержкой до 64Гб памяти. Но даже M1 Pro с легкостью обходит конкурентов в большинстве сценариев.

Флагманский ноутбучный чип AMD Ryzeon 9 5900HX не дотягивает до показателя нового ARM детища от Apple. О Ryzen 5, 7 серии говорить нет смысла – они находятся почти на одном уровне с бюджетным М1 2020 года.

реклама

Однопоточная производительность решает в большинстве типичных задач офисного характера и это тест приблизительно отражает скорость обработки скриптов в браузере, файловых документов и прочее. Флагманский камень i9-11980HK лишь на несколько баллов обходит конкурента (теперь уже мобильные чипы Apple можно смело называть конкурентами самых дорогих процессоров Intel/AMD.

Apple M1 Pro vs Ryzen/Intel в реальных задачах

Обработка видео с помощью центрального процессора отражает немного иную ситуацию. Это редкий случай, где M1 Pro уступает многопоточным процессорам Ryzen.

В Blender 2.9x «айпадовский» процессор опять опережает Ryzen 9 5900HX при рендере на CPU. Intel i7 10 и 11 поколений и вовсе находятся вне конкуренции. Видимо рассказы на презентации о тотальном превосходстве над Intel не были излишними.

Этот тест крайне актуальный для программистов. М1 компилирует код на 65% быстрее Ryzen 9 5900HX и i9-11980HK. А еще говорят в народе: «время не купишь».

Математические вычисления не проходят так гладко. Оптимизация программы хромает и в результате M1 Pro оказывается на уровне i7-1165G7, перевес над которым в других тестах достигает двух- или трехкратных значений.

Работа в офисных приложениях с M1 Pro находится приблизительно на том же уровне, что и Ryzen 9 5980HS, i7-10870H. Новинка Apple немного уступила Intel Core 11 поколения.

Еще один тест, где Apple не оставляет шансов своим х86 конкурентам. 10 ядерный мобильный чип с легкостью обходит 16 поточные флагманы AMD Ryzen 9. Разница в скорости обработки данных достигает почти двукратного значения в сравнении с топовым APU Ryzen 7 5700U.

Конвертация PDF файлов в PNG формат занимает меньше всего времени на «улучшенном iPad’овском процессоре». М1 Pro прилично быстрее всех флагманов Intel/AMD.

Есть и вовсе неоптимизированные программы, которые работают ужасно на новом чипе. Подобное было на релизе М1 в 2020 году, но большинство разработчиков кинулись оптимизировать свой софт для перспективного рынка Mac OS.

PugetBench в Adobe Premiere Pro 2022 снова расставил все на свои места. М1 Pro не оставляет шансов умирающей х86 архитектуре.

В значении ‘Export Score’ новинка немного проигрывает, но этот тест очень показательный и демонстрирует, что даже не флагманский M1 Pro на 5-10% медленнее обрабатывает видео чем комбинация из самого мощного ноутбучного процессора и дискретной видеокарты RTX3070. При этом потребление энергии до двух раз меньше. Учтите, это M1 Pro, а не флагманский M1 Max, в котором графический ускоритель в 2 раза мощнее.

Воспроизведение видео при обработке показывает уже типичную картину – M1 Pro быстрее всех х86 аналогов с RTX видеокартами.

Тест Gigapixel AI позволяет х86 процессорам урвать первенство с преимуществом до 15-20%.

Тесты в видеоиграх

В Shadow of the Tomb Raider 16 ядерный графический чип M1 Pro оказывается немного медленнее RTX3050. Стоит учитывать сырую оптимизацию и возможную несовместимость новых Apple с Windows играми. Можно предположить, что флагман M1 Max будет как минимум на уровне десктопной RTX2060 или ноутбучной RTX3060.

В Metro: Exodus новинка легко обходит Core i7-11800H с RTX3050.

Потребление энергии

При максимальной нагрузке потребление энергии в среднем составляет 40Вт. Невероятный показатель для звания самого производительного сверхтонкого ноутбука в мире.

Итоги

У компании Apple достаточно денег, чтобы выкупить AMD, Intel и NVIDIA вместе взятых, но антимонопольный комитет не позволит провернуть подобное. Это и к лучшему. Эти деньги организация вкладывает в разработку собственных чипов. Фирма выделяет средств больше чем любая другая корпорация в этом направлении.

Не удивительно, что рынок в итоге получил самые производительные ноутбучные процессоры в мире с минимальным тепловыделением. Apple на этом не останавливается и готовится к завоеванию рынка десктопных компьютеров.

Учитывая темпы развития, невероятный потенциал и оптимизацию у них есть все шансы в ближайшие 5-10 лет в прямом смысле отправить в анналы истории все достижения Intel, AMD и NVIDIA.

Источник