В привычном понимании, интегрированная графика — это энергоэффективная «заглушка» , которая выполняет базовые задачи вроде вывода изображения на экран и серфинга в сети. В то время, как мощная дискретная видеокарта бОльшую часть времени простаивает.
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.
Если говорить об играх, то, как и было сказано выше, никаких проблем с производительностью у M1 Max и будущего M1 Ultra нет и быть не может. Это понимаешь особенно хорошо, когда Windows-игры запускаются на MacBook через Parallels 17, CrossOver 21 и Rosetta 2. Вот только несколько примеров:
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.
В привычном понимании, интегрированная графика — это энергоэффективная «заглушка» , которая выполняет базовые задачи вроде вывода изображения на экран и серфинга в сети. В то время, как мощная дискретная видеокарта бОльшую часть времени простаивает.
Супер интегрированность компонентов
Следующая необычная штука — интегрированность. Что я имею в виду? В плане интеграции разных компонентов между собой Apple пошли еще дальше, чем в своих мобильных процессорах.
Например, оперативную память они расположили под одной крышкой с основным кристаллом.
В результате чего, все компоненты однокристальной системы имеют быстрый доступ к одним и тем же данным и нет необходимости лишний раз копировать и перемещать данные на разные участки памяти. Это сильно уменьшает задержки и ускоряет систему в целом.
Но вы поняли, что с апгрейдом тут все будет еще сложнее чем в прошлых Mac’ах! Да и максимальная комплектация всего с 16 ГБ оперативки. Как-то не PROшненько.
При этом плюсом является то, что за счет плотной интеграции системы, софта и памяти, Apple может максимально задействовать мощности всех компонентов M1 для одновременных вычислений.
Например, в обработке нейронных вычислений одновременно участвует не только нейропроцессор, но и графический.
И раз уж мы заговорили о нейромодуле. Он тут аж шестнадцатиядерный, да и вообще это первый действительно мощный нейронный процессор, для ноутбуков и ПК.
А также в два раза подросла скорость и без того быстрых SSD за счёт нового контроллера, и скорее всего, отчасти из-за перехода на PCI-Express 4.
Масштабируемость
И третий важный момент в M1 — его масштабируемость.
Мы привыкли, что в мощных ноутбуках, заточенных под профессиональные задачи, и ультрабуках, заточенных под энергоэффективность, устанавливают разные процессоры.
Но тут Apple пошли совсем уж удивительным путём. Они представили три новых Mac’а по сути разных классов: MacBook Air, Mac Mini и MacBook Pro на одном и том же процессоре — M1. Правда с одним нюансом.
Посмотрите на этот слайд. Обратите внимание на количество ядер GPU — до 8. А теперь внимание на сайт Apple, в минимальной комплектации, Macbook Air установлен не 8-ядерный графический процессор, а 7-ядерный. Видимо так Apple нашли как продать нам процессоры с одним бракованным ядром. Это немного обидно.
Но на общем фоне всё-таки это мелочи, Главное, что M1 получился универсальным процессором. Он может быть не только супер энергоэффективным, как и другие процессоры на архитектуре ARM. Но и очень быстрым!
Вопрос в том как он это делает? Тут есть несколько моментов:
Во-первых, помогает классическая для мобильных устройств архитектура big.LITTLE.
Центральный процессор в M1 — восьмиядерный. Из них четыре ядра высокопроизводительные. Они подключаются только в моменты высокой нагрузки или когда нужно быстро решить какую-нибудь короткую задачу. Эти ядра делают систему очень отзывчивой.
А всё остальное время, когда нагрузка минимальная и система простаивает, работают четыре энергоэффективных ядра. Это делает систему очень экономичной.
Когда ноутбуки жили по 20 часов? Теперь Apple обещает это со сцены!
Поэтому, в то время когда Intel, чтобы сделать энергоэффективный холодный процессор, нужно делать урезанную версию чипа с меньшим количеством ядер, Apple может просто понизить тактовую частоту для высокопроизводительных ядер. И готово. Получается тонкий, легкий и холодный ультрабук с пассивным охлаждением.
А чтобы наоборот добиться высокой производительности они могут задрать частоты на максимум, но при этом добавить вентилятор. Вот тебе и MacBook Pro. Такие дела.
К тому же M1 обеспечивает лучшую в отрасли производительность на ватт мощности. Вот почему первые модели MacBook Air и MacBook Pro с Apple Silicon смогут предложить заметные улучшения по времени автономной работы по сравнению с их предшественниками на базе Intel.
Архитектура единой памяти
И тут мы возвращаемся в интегрированной графике — почему она такая слабая? Во-первых, потому что память для центрального и графического процессоров разделена. Выделяется отдельный пул памяти, в который ЦП копирует данные, чтобы графика могла с ним работать.
Во-вторых, у мощных видеокарт со своей памятью очень мощное тепловыделение, поэтому их выносят за пределы чипа.
В-третьих, к дискретной видеокарте необходимо провести медные пути (шины). А пропускная способность получается уже не такая высокая, как у единой памяти.
Благодаря блоку единой памяти процессор и графика обращаются к одним и тем же ячейкам памяти без дополнительного копирования.
Память имеет низкую задержку и мощную пропускную способность. А в мощном графическом процессоре снижено энергопотребление и тепловыделение, поэтому стало возможным расположить его в одном чипе.
В целом такое большое количество микрочипов удалось расположить на одном кристалле благодаря переходу Apple на техпроцесс 5 нм.
Итоговые размеры материнской платы стали сильно меньше. Вы только посмотрите на толщину нового iMac 24 дюйма — равномерные 11 мм по всему корпусу. 10 лет назад этим могли похвастаться только смартфоны, а сейчас чип M1 интегрируется уже в планшеты. Обзоры этих новинок будут на сайте.
Но у чипа M1 есть и свои недостатки. И самый главный — невозможность апгрейда. Вы ничего не сможете поменять в своем iMac или MacBook.
Декодеры на чипе M1
Еще одним неоспоримым преимуществом чипа M1 на архитектуре ARM, по сравнению с процессорами Intel на x86, стало количество декодеров. Декодеры занимаются нарезкой машинного кода на микрооперации для заполнения буфера.
Так вот, в топовых процессорах Intel и AMD всего 4 декодера, и больше быть не может из-за особенностей архитектуры. А в чипе от Apple 8 декодеров — для более быстрого заполнения буфера обмена. Да и сам буфер обмена больше в 3 раза, чем у среднестатистического процессора.
