новые фишки Apple M1 и M2 Они удивили всех своей производительностью и энергоэффективностью. Но что за ними скрывается? Здесь вы узнаете всё, что нужно знать об этих двух SoC, которые произвели революцию в мире Mac и мобильных устройств от компании из Купертино.
Почему АРМС?
Apple прошла через различные архитектуры ISA или CPU с самых первых чипов, таких как 6502 от MOS Technology, которые они использовали в начале, позже перейдя к 68000 или 68k от Motorola, пока не остановились на успешном PowerPC, с которым они оставались дольше всего и который был создан альянсом AIM (Apple IBM Motorola).
После этого они решили перейти на архитектуру x86-64 с чипами Intel, которые использовались до 2020 года, а затем приступили к разработке собственных чипов на базе ARM. Но Почему Арм?
Всё это вынудило как Apple, так и разработчиков программного обеспечения для этой платформы создавать порты своих macOS и программ для адаптации к новой архитектуре. Или, если это невозможно, использовать эмуляторы или динамические трансляторы, такие как Rosetta. Но эти изменения всегда стоили того и принесли Apple значительную прибыль. заметные улучшения.
В случае с Arm, с одной стороны, у них уже было Достаточно опыта, уже разработавшие свои SoC серии A для мобильных устройств iPhone и iPad. Более того, эта RISC-архитектура позволяет создавать ядра меньшего размера, что позволяет эффективнее использовать площадь поверхности кристалла, а также повышает эффективность с точки зрения производительности и энергопотребления.
В настоящее время ходят слухи, что Apple, возможно, уже думает о RISC-V, еще одна ISA, которая очень похожа на Arm с точки зрения производительности/потребления и других характеристик, поскольку она также является RISC, но имеет открытый исходный код, поэтому им не придется платить за лицензию, как они делают сейчас, и они смогут получить большую выгоду от продажи своих процессоров.
С другой стороны, из-за Нестабильность руки, которая переходила из рук в руки, и после неудачной попытки приобретения NVIDIA, эта ISA не будет лучшим вариантом, поскольку любое изменение направления может повлиять на лицензирование этой технологии третьими лицами или нанести иной ущерб. Поэтому RISC-V представляется надёжной ставкой на будущее, которую уже рассматривают многие, включая конкурентов, таких как Qualcomm, Samsung, Intel и т.д.
Что такое M-серия?
Лас- M-Series Эти чипы Apple разрабатывает для своих компьютеров MacBook и Mac, а также для других мобильных устройств, таких как iPad Pro, для повышения производительности. Эта серия — настоящая система на кристалле (SoC), а не просто центральный процессор (CPU), но и другие важные элементы, интегрированные в сам чип.
Арм процессор
Процессор, интегрированный в чипы серии M, является производным от того, который Apple использует в серии A. То есть, он основан на 8-битной архитектуре ARMv64 ISA и использует сочетание Высокопроизводительные ядра под названием Firestorm и энергоэффективные ядра под названием Icestorm.
Это обеспечивает хорошую производительность без необходимости слишком долгого расхода заряда батареи, когда полная мощность не нужна, и именно тогда в игру вступают эффективные ядра. Эта технология гибридных ядер не нова; она уже используется ARM и называется большой.LITTLE, и теперь распространилось на другие разработки, в том числе от Intel.
Графический процессор Apple
Хотя текущий графический процессор разработан Apple, правда в том, что изначально SoC компании из Купертино использовали Графический процессор Imagination Technologies, которая была посвящена разработке графических процессоров для ARM. Этот графический процессор называется PowerVR, и текущие графические процессоры Apple являются его производными. То есть, несмотря на то, что эти графические процессоры окружены завесой секретности, похоже, они могут быть получены от IMG.
Эти графические процессоры имеют хорошее выступление, хотя они и не идут ни в какое сравнение с решениями AMD или NVIDIA, которые гораздо мощнее. Однако благодаря улучшениям Apple и использованию нескольких графических ядер производительность более чем достойная. Не ждите чудес в играх, хотя они и демонстрируют неплохие результаты в графических редакторах, таких как Adobe Creative и других.
На самом деле, Apple много работала над своим графическим процессором, чтобы улучшить возможности фотосъемки, хотя это не относится к игры и рендеринг, где его по-прежнему превосходят конкуренты.
Нейронный двигатель
С другой стороны, Apple придерживалась гетерогенной конструкции SoC с другими дополнительными блоками, называемыми Нейронный двигатель. Это тип нейропроцессора, предназначенный для повышения производительности приложений, использующих ИИ или искусственный интеллект.
Эти устройства также построены с многоядерной архитектурой, с нервный двигатель который может выполнять триллионы операций в секунду. Он также оснащен механизмом машинного обучения, который ускоряет умножение матриц (Apple называет его блоками AMX), необходимое в этих приложениях.
SLC-кэш
El системный уровень кэшили SLC— ещё один модуль, интегрированный в систему на кристалле Apple. Это кэш-память для различных уровней, управляемых процессорами. В каждом поколении чипов она имеет разную конструкцию и ёмкость.
Ткань
Это относится к мощной внутренней шине, которая соединяет все блоки то есть в SoC быстро и эффективно, с высокой пропускной способностью, низкой задержкой и возможностью передачи больших объемов данных для избежания узких мест.
MMU
Конечно, как это обычно бывает с современными устройствами, MMU или блок управления памятью, также интегрирован в чипы. Это модуль, подготовленный для DDR4 (первого поколения) и DDR5 (в новых моделях), в частности, для версий с низким энергопотреблением, LPDDR4 и LPDDR5 соответственно.
Эта часть очень важна, поскольку она соединяет SoC св оперативную память по своим каналам. И это должно происходить как можно быстрее и с минимальной задержкой, чтобы чип, жадный до данных и инструкций, не упустил информацию для обработки.
Оперативная память не интегрирована в чип, а остается снаружи чипы DRAM интегрированных в одну печатную плату. Это позволяет контролировать объём памяти, интегрируемой в конкретную конструкцию, что позволяет выпускать на рынок различные версии.
Others
Конечно, SoC также интегрирует другие блоки, такие как движки для кодирования и декодирования видео и таким образом помочь ЦП в выполнении этой задачи, чтобы он не перегружался и не влиял на производительность.
Конечно, у него также есть DSP для расширенной обработки изображений, контроллер для портов USB 4 или Thunderbolt и защищенный анклав для повышения безопасности и шифрования без перегрузки центрального процессора.
Вероятно, что новые поколения продолжат интегрировать больше устройств для поддержки новых технологий или интерфейсов.
M1
Первый чип в серии M — это М1, увидевший свет в 2020 годуЭта новая разработка Apple стала поворотным моментом не только благодаря переходу с x86 на Arm, но и благодаря полученным результатам. Она также доказала свою способность работать достаточно хорошо для ноутбуков и настольных компьютеров компании, хотя некоторые относились к ней скептически. Таким образом, Apple смогла превзойти свою серию A.
Эта модель M1 была разработана с учетом следующих особенностей: характер:
- 16 миллиардов транзисторов произведено по 5-нм технологии TSMC. Фактически, они стали первыми, кто использовал этот технологический процесс эксклюзивно.
- 16 ядер Neural Engine для ускорения приложений искусственного интеллекта и глубокого обучения.
- 8 ядер ЦП, из которых 4x — высокопроизводительные Firestorm и 4x — эффективные Icestorm.
- 8 графических ядер. Все они идентичны и, предположительно, основаны на PowerVR от IMG.
- Поддержка до 16 ГБ унифицированной общей памяти для графического процессора, нейропроцессора и центрального процессора.
- Пропускная способность памяти 100 ГБ/с.
M1 может быть представлен в различных конфигурациях в зависимости от количества активных ядер, в зависимости от того, какие из них вышли из строя в процессе производства. Это может быть использовано в более мощных версиях ПК или в таких устройствах, как планшеты iPad, которым не требуется такая высокая производительность и которые могут иметь несколько неактивных ядер.
Затем появились другие SoC, такие как Pro, Max и Ultra, имеющие большее или меньшее количество вычислительных ядер.
M1 Pro
El новый М1 Про Это была улучшенная модель с расширенными функциями. По сути, это M1 с увеличенным количеством ядер. Среди наиболее примечательных особенностей:
- 33.7 млрд транзисторов произведено на 5-нм технологическом процессе TSMC.
- 16 ядер Neural Engine для ускорения приложений ИИ.
- 10 ядер ЦП с 8 высокопроизводительными ядрами Firestorm и 2 меньшими, менее производительными и энергосберегающими ядрами Icestorm.
- 16 идентичных ядер графического процессора для повышения производительности по сравнению с базовым M1, что позволяет достичь удвоения производительности.
- Поддержка до 32 ГБ объединенной памяти, используемой всеми процессорами.
- Пропускная способность памяти 200 ГБ/с.
Этот чип также выпускается как в 10-ядерной, так и в 8-ядерной активной версии, поэтому его можно встретить в обоих вариантах.
Макс M1
El Макс — ещё одна более мощная версия M1 и превосходит M1 Pro, для тех, кому нужна более высокая производительность. Характеристики этого чипа следующие:
- 57 миллиардов транзисторов произведено с использованием 5-нм техпроцесса TSMC.
- 16 ядер Neural Engine для ускорения приложений ИИ.
- 10 ядер ЦП, в этом смысле он такой же, как Pro, с 8 более производительными ядрами Firestorm и еще 2 ядрами Icestorm для большей эффективности.
- 32 ядра графического процессора, вдвое больше, чем у Pro, что еще больше улучшает обработку графики.
- Поддержка до 64 ГБ объединенной памяти.
- Пропускная способность памяти 400 ГБ/с.
М1 Ультра
| Характеристики | M1 | M2 | M1 Pro | Макс M1 | М1 Ультра |
| Общее количество ядер процессора ЦП | 8 | 8 | 8 / 10 | 10 | 20 |
| Высокоэффективные ядра ЦП | 4 | 4 | 2 | 2 | 4 |
| Высокопроизводительные ядра ЦП | 4 | 4 | 6 / 8 | 8 | 16 |
| Графические ядра GPU | 8 | 10 | 14 / 16 | 24 / 32 | 48 / 64 |
| Максимальный объем оперативной памяти | 16GB | 24GB | 32GB | 64GB | 128GB |
| Скорость оперативной памяти | 50GB / s | 100GB / s | 200GB / s | 400GB / s | 800GB / s |
Наконец, идет вершина диапазона, М1 Ультра, самый мощный из всей серии M1. И его характеристики поистине впечатляют, среди которых:
- 114 миллиардов транзисторов произведено с использованием 5-нм техпроцесса TSMC.
- 32 ядра Neural Engine — вдвое больше, чем в предыдущих моделях, что обеспечивает повышенную производительность в приложениях ИИ, требующих целочисленных и матричных операций.
- 20 ядер ЦП, из которых 16 высокопроизводительных ядер Firestorm и еще 4 высокоэффективных ядра Icestorm.
- 64 ядра графического процессора, удваивающие графические возможности Max.
- Поддержка до 128 ГБ объединенной памяти.
- Пропускная способность памяти 800 ГБ/с.
В этом случае вы можете найти графические процессоры с 48 или 64 графическими ядрами, в зависимости от конфигурации.
M2
| функции | M1 | M2 |
|---|---|---|
| ЦП | 4 высокопроизводительных ядра и 4 высокоэффективных ядра | 4 высокопроизводительных ядра и 4 высокоэффективных ядра |
| L2 Cache | 12 MB | 16 MB |
| GPU ： | 8 ядер (2,6 терафлопс) | 10 ядер (3,6 терафлопс) |
| Нейронный двигатель | 16 ядер (11 триллионов операций в секунду) | 16 ядер (15,8 триллионов операций в секунду) |
| RAM | До 16 ГБ | До 24 ГБ |
| контроллер памяти | LPDDR4-4266 | 8x 16 каналов | 68 ГБ/сек | LPDDR5-6400 | 8 каналов по 16 бит | 100 ГБ/с |
| Кодирование/Декодирование | 4K | H.264, H.265 | 8K | H.264, H.265, ProRes, ProRes RAW |
| транзисторы | 16 млрд. | 20 млрд. |
После M1 Apple работала над тем, чтобы принести M2 в рекордные сроки. Этот высокопроизводительный чип — новейший из представленных, и он обещает превзойти первое поколение. Что касается технических характеристик этого чипа, то стоит отметить следующее:
- 20 миллиардов транзисторов произведены на 5-нм узле TSMC второго поколения, где производственный процесс был оптимизирован для достижения более высокой производительности чипов.
- 16 ядер Neural Engine нового поколения с производительностью, увеличенной с 11 триллионов операций в секунду до 15.8 триллионов операций в секунду.
- 8 ядер процессора, 4 ядра Firestorm и 4 ядра Icestorm, обеспечивают высокую производительность и эффективность соответственно. Однако они не такие, как у M1 и его модификаций, а относятся к новому поколению с улучшенной микроархитектурой.
- 10 графических ядер, также с новой, улучшенной архитектурой по сравнению с ядрами M1. Фактически, они способны обеспечить производительность 3.6 терафлопс по сравнению с 2.6 терафлопс у предыдущего поколения, что означает на 1 000.000.000.000 XNUMX XNUMX XNUMX больше операций с плавающей запятой в секунду.
- Поддержка до 24 ГБ объединенной памяти и улучшенных драйверов для увеличения пропускной способности и снижения задержек.
- Пропускная способность памяти 100 ГБ/с.
Как и M1, M2 также выпускается в нескольких конфигурациях в зависимости от активных ядер: с чипами с 8+8 ядрами CPU/GPU или 8+10.
M1 против M2: различия и улучшения
El Новый M2 стал шагом вперед по сравнению с M1. Однако из-за большего количества ядер в версиях Pro, Max и Ultra он фактически отстает от остальных, пока не появятся версии Pro, Max и Ultra M2, если они вообще появятся раньше M3.
Удивительно, что в тестах производительности мы видим, что в бенчмарк Geekbench В многоядерных тестах наблюдаются заметные различия между всеми предыдущими процессорами, причём M1 Ultra оказался самым быстрым, как и ожидалось, благодаря большему количеству ядер. Однако в одноядерных тестах разница между Pro, Max и Ultra меньше, учитывая их сходство. В данном случае удивительно, что M2 в одноядерном тесте немного отстаёт от версий M1, хотя и значительно опережает M1.
Согласно проведенным испытаниям, спектакль Производительность в одноядерном режиме выросла на 11.5% по сравнению с M1, а в многоядерном — до 20%. Эти цифры показывают, что M1 может показывать поистине удивительные результаты, особенно если сравнивать с версиями Pro, Max и Ultra, которые должны превзойти все версии M2 во всех тестах.
Варианты М2
Пока о чипе известно немного. Яблоко M3 Или появятся ли варианты M2 до появления M3. Однако вполне вероятно, что в следующем году появятся варианты M2, производимые исключительно на 3-нм техпроцессе первого поколения TSMC, как это было с 5-нм линейкой (оставив техпроцесс 3 нм+ для M3). Например, вот эти устройства:
- M2 Pro: На момент запуска он, вероятно, будет оснащён 10 ядрами центрального процессора и 20 ядрами графического процессора. Некоторые из них будут отличаться высокой энергоэффективностью, другие — меньшей. Конечно, он, вероятно, пойдёт по стопам M1 Pro и не получит больше нейронных модулей, чем базовый M2.
- Макс M2: В этом случае количество ядер графического процессора также будет увеличено, вероятно, оставив те же ядра центрального процессора, что и у M2 Pro, хотя и изменится количество высокопроизводительных ядер, которые вырастут по сравнению с низкопроизводительными.
- М2 Ультра: Опять же, увеличение количества ядер центрального и графического процессоров. С большей пропускной способностью и большим количеством ядер нейронной системы, чем раньше.
- M3: Возможно, он станет первым, кто дебютирует с усовершенствованным 3-нм техпроцессом и будет включать ряд центральных и графических процессоров, аналогичных M1 и M2, а также блоки Neural Engine следующего поколения. Кроме того, весьма вероятно, что на этот раз появятся новые функции по сравнению с M2, как это было с M2. Например, возможно появление драйверов для следующей замены Thunderbolt/USB1.
Новые чипы M2 и их модификации будут использоваться в новых MacBook Air и MacBook Pro, которые вряд ли получат какие-либо обновления, выходящие за рамки этих чипов. Кроме того, базовые чипы M2 будут использоваться в новых высокопроизводительных планшетах компании, таких как Apple iPad Air и iPad Pro.