10 ноября 2020 года во время очередного мероприятия Apple был представлен новый чип собственного производства для компьютеров Mac. Он получил название M1. По утверждениям Apple новый процессор может претендовать на звание самого быстрого из установленных в ноутбуках. И хотя к таким громким заявлениям нужно относиться с определенным скепсисом, стоит признать, что сравнение траекторий развития процессоров Apple серии А и решений от Intel формирует четкую картину: Apple давно уже пытается догнать лидера в производстве микросхем для ПК. А теперь, похоже, получилось сделать это.

График сравнения

Одним из ключевых графиков презентации М1 было сравнение производительности решения Apple на единицу мощности относительно остальных компьютеров. Сравнение вычислительных решений – вещь неоднозначная. Apple критикуют за методику. Сравнение по случайным точкам производительности неоднозначное, но обозначенная точка для 10 Вт, в которой Apple заявляет превосходство по производительности в 2 раза относительно традиционных процессоров имеет, определенный смысл. Ведь именно такой номинальный показатель TDP (расчетная тепловая мощность, англ. «thermal design power» ) чипов, используемых в MacBook Air на базе Intel.

Опять же, именно благодаря характеристикам энергоэффективности, которых Apple смогла достичь в мобильном сегменте, M1 обещает продемонстрировать такой большой выигрыш. Картина определенно соответствует имеющимся данным по процессору A14. Другими словами, можно быть точно уверенным, что красивые кривые, нарисованные Apple для сравнения производительности чипов M1 и Intel, являются точными на всем показанном диапазоне. А выбранные крайние точки лучше всего показывают превосходство одного решения над другим.

Заявлениям Apple о производительности и энергоэффективности не хватает точного контекста, ведь трудно понять: что с чем и в каких условиях надо сравнивать. Переменных действительно много, а деталей пока откровенно не хватает. Но все это незначительные придирки к фактам, которые подтверждают преимущество даже менее мощного Apple A14 относительно чипов Intel для ПК в ряде тестов.

Производительность мобильных процессов Apple в сравнении с процессорами AMD и Intel

Данные о производительности А14 действительно поражают. Если бы не было понятно, о каком именно решении идет речь, то могло показаться, что речь идет о каком-то новом процессоре от AMD или Intel. И тот факт, что A14 в настоящее время конкурирует с лучшими высокопроизводительными решениями на рынке архитектуры x86 – это просто поразительное достижение. Даже в знаменитом тесте SPECfp, где преобладают нагрузки, рассчитанные на работу с большим объемом памяти, A14 (серый цвет на графике) не только не отстает, но и в большинстве случаев превосходит процессоры Intel (голубой цвет на графике). AMD (оранжевый цвет на графике) смогла сохранить лицо только благодаря недавно выпущенной архитектуре Zen3.

На общих графиках SPEC2006 A14 показывает совершенно фантастические результаты, лидируя по абсолютной производительности и уступая лишь недавней серии AMD Ryzen 5000.

Тот факт, что Apple может достичь подобного при общем энергопотреблении в 5 Вт устройства с встроенными контроллерами, относительно показателей мощности конкурентов в 21 Вт (1185G7) и 49 Вт (5950X) без контроллеров, обеспечивает доминирование решений компании из Купертино.

И хотя некоторые критиковали оценки теста GeekBench, как средства сравнения производительности мобильных устройств и ПК, в этом мало смысла. Единственное фактическое отличие между рабочими нагрузками в SPEC и GB5 заключается в том, что в последнем есть меньше тестов, нагружающих память. Другими словами, GeekBench больше подходит для проверки непосредственно процессора, тогда как SPEC лучше оценивает связку процессора и памяти.

И тот факт, что Apple хорошо справляется с обеими вариантами рабочих нагрузок, свидетельствует об очень хорошо сбалансированной микроархитектуре. Очевидно, что Apple Silicon сможет без особых проблем принять рабочие нагрузки настольных компьютеров и обеспечить требуемую производительность. Можно верить заявлениям Apple о преимуществе над решениями Intel даже безотносительно выхода специального процессора M1 для Mac.

Выбор стратегии развития

Сегодня для отрасли наступают важные времена, так как Apple A14 явно может показать производительность выше, чем предложения Intel. Такая траектория развития решений Apple неуклонно формировалась на протяжении многих лет. За последние 5 лет Intel улучшила однопоточную производительность примерно на 28%, тогда как Apple смогла обеспечить улучшение на 198% или почти в 3 раза. Именно настолько актуальный чип быстрее Apple A9 2015 года. Верное следование выбранному курсу и безупречное исполнение своих решений – вот что сделало Apple Silicon реальностью. Любой, взглянув на график превосходства, поймет, что у Apple просто не было другого выбора, кроме как отказаться от Intel и архитектуры x86 в пользу другой микроархитектуры и собственного решения. Сохранение прежнего курса означало бы стагнацию и ухудшение возможностей продуктов. Решение о переходе – большой риск для Apple, но потенциал для роста явно есть.

Мы уже видели, что A14 работает превосходно и побеждает решения Intel. А новый чип М1 должен оказаться еще лучше. Apple утверждает, что M1 – самый быстрый процессор в мире. С учетом отставания А14 только от новейших чипов AMD Zen 3 и работу ядер Firestorm в M1 на повышенной частоте, увеличенного на 50% кэша L2 можно в это утверждение верить.

Внедрение еще одной части процесса разработки оборудования внутри компании даст Apple еще больше возможностей для оптимизации своих компьютеров. Недаром знаменитый ученый Алан Кей говорил, что компания, серьезно относящаяся к своему программному обеспечению, должна создавать для него собственное железо. Можно дополнить эту фразу так: серьезно относящаяся к аппаратному и программному обеспечению компания должна создавать и собственные чипы.

А первыми компьютерами Mac с процессором M1 стали 13-дюймовый MacBook Air без вентилятора, 13-дюймовый MacBook Pro и, что неожиданно, новый Mac mini.

Чип Apple Silicon M1

Летом 2020 года на WWDC Apple поведала о своих планах отказаться от решений Intel в линейке Mac. А ведь сотрудничество длилось еще с 2006 года! Стив Джобс и Пол Отеллини (CEO Intel) тогда вместе анонсировали сделку между Apple и Intel.

Переход на Apple Silicon будет похож на ситуацию с iPhone и iPad, в которых используются собственные процессоры компании с маркировкой А. Стоит ожидать на Mac улучшенной оптимизации как операционной системы, так и программ – производитель получил больше возможностей контролировать совместимость железа и софта.

Использование Apple Silicon на Mac означает, что теперь там в теории можно будет запускать приложения для iPhone и iPad. И хотя непонятна еще реакция разработчиков, стоит ожидать появления в Mac App Store проверенных мобильных хитов. Вот с чем смогут работать новые Mac:

• Приложения для iPhone и iPad на Mac, установленные через Mac App Store
• Эмулятор Rosetta 2 позволит запускать приложения, созданные для компьютеров Intel Mac, на Apple Silicon. По утверждениям Apple иногда приложения будут лучше работать с Rosetta и M1, чем с Intel.
• Универсальные приложения – это приложения, созданные для процессоров Apple Silicon и Intel, которые можно загрузить из Mac App Store или из Интернета.

Когда компания Apple объявила о выпуске нового процессора M1 во время специального мероприятия «One more thing» в Apple Park, было заявлено о первом чипе, разработанном специально для Mac.

Он построен с использованием 5-нанометровой технологии и обладает 16 миллиардами транзисторов. Apple заявляет, что M1 был разработан для систем Mac, в которых критически важны малый размер и энергоэффективность.

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.

Центральный процессор M1

В основе чипа M1 лежит 8-ядерный процессор с четырьмя высокопроизводительными ядрами и четырьмя высокоэффективными ядрами. Каждое из высокопроизводительных ядер обеспечивает лучшую в отрасли производительность для однопоточных задач, и Apple заявляет, что они являются «самыми быстрыми процессорными ядрами с низким энергопотреблением».

Что интересно, Apple утверждает, что четыре высокоэффективных ядра обеспечивают «выдающуюся производительность при одной десятой прежней мощности». Фактически, высокоэффективные ядра сами по себе настолько быстры, что обеспечивают производительность, аналогичную двухъядерному Intel MacBook Air, но при этом система гораздо более энергоэффективна.

По утверждениям Apple восемь ядер могут работать вместе и обеспечить «невероятную вычислительную мощность для самых требовательных задач и обеспечить лучшую в мире производительность процессора в расчете на ватт». И по предварительным данным экспертов чип M1 действительно оправдает ожидания.

Графический процессор M1

Но M1 на этом не останавливается: он также оснащен 8-ядерным графическим процессором, который может одновременно работать с 25 000 потоковыми задачами. По мнению Apple это означает, что M1 может с легкостью справляться с «чрезвычайно сложными задачами». Производитель сообщил, что M1 имеет «самую быструю в мире интегрированную графику в персональном компьютере» с пропускной способностью 2,6 терафлопс.

Но что же все это даст пользователям в реальности? Больше информации появится с выходом первых компьютеров на базе Mac M1. В теории вы легко сможете играть в Apple Arcade, редактировать видео, подключать внешний дисплей с разрешением 6K и многое другое.

Оба новых MacBook Pro и Mac mini доступны исключительно с 8-ядерным графическим процессором. Новый MacBook Air выйдет с 7-ядерным или 8-ядерным вариантом графического процессора.

Продолжая разговор о производительности процессора M1 нельзя не упомянуть о впечатляющих результатах Geekbench теста. MacBook Air с процессором M1 обошел по производительности топовые компьютеры Apple на процессорах Intel, в том числе 16-дюймовый MacBook Pro:

Нейронный процессор M1

Чип M1 также впервые привнесет в этот сегмент ведущий в отрасли нейронный процессор от Apple. M1 Neural Engine обладает 16 ядрами, которые могут выполнять 11 триллионов операций в секунду. Apple стала использовать нейронные процессоры в iPhone и iPad с момента представления в 2017 году процессора A11.

Какие улучшения в работе вы можете ожидать от нейронного процессора? Думайте о нем как о чем-то, разработанным специально для задач машинного обучения. Сюда входят такие вещи, как анализ видео, распознавание голоса, искусственный интеллект и многое другое.

Многие современные приложения все чаще полагаются на машинное обучение для повседневных задач, поэтому нейронный процессор в чипе M1 будет играть очень важную роль. Он работает в связке с основным процессором и графическими ядрами для улучшения возможностей Apple Silicon Mac.

Унифицированная память и производительность SSD

Новый чип Apple M1 также включает в себя новую унифицированную архитектуру памяти:

M1 обладает унифицированной архитектурой памяти, которая объединяет память с высокой и малой пропускной способностью в ​​единый пул в рамках специального пакета. Это позволяет всем модулям чипа получать доступ к одним и тем же данным без их копирования между несколькими пулами памяти. Такой подход еще больше повышает производительность и эффективность чипа M1.

Что же касается твердотельных накопителей, то Apple добавила новый высокопроизводительный контроллер хранения с аппаратным обеспечением шифрования AES для повышения безопасности и улучшения производительности. Фактически, Apple заявляет, что новый MacBook Air на базе M1 получит повышенную вдвое производительность работы SSD.

Технология Secure Enclave и процессор обработки изображений (ISP)

Как и ожидалось, M1 получил Apple Secure Enclave для работы с аутентификацией Touch ID и других задач безопасности. Однако это не первый случай, когда Apple презентует Secure Enclave на Mac. В предыдущих компьютерах Mac Apple включала Secure Enclave в чип T1 или T2, но теперь технология будет интегрирована непосредственно в M1.

Apple также сообщает, что в чипе M1 установлен новейший процессор обработки изображений, обеспечивающий более высокое качество видео и улучшенное шумоподавление, а также улучшенный баланс белого и больший динамический диапазон. Именно это дает Apple основание заявлять, что новые MacBook Air и MacBook Pro улучшили свои веб-камеры, несмотря на сохранение ее прежнего разрешения 720p.

Ограничения Apple M1

Новый чип Apple M1 не лишен некоторых ограничений. Идеального решения все же не получилось, но надо понимать, что речь идет о первом в истории чипе, разработанном Apple для Mac.

Первыми компьютерами Mac, оснащенными чипом M1, являются MacBook Air, Mac mini и 13-дюймовый MacBook Pro. Можно заметить, что на всех трех моделях есть два порта USB-C, которые поддерживают USB 4 и Thunderbolt. Вероятно, именно ограничение контроллера M1 не дает разместить больше двух таких портов.

Во-вторых, вы заметите, что Mac M1 имеет максимум 16 ГБ ОЗУ, в то время как Mac с Intel может иметь гораздо больше. То же самое относится и к хранилищу SSD, где Mac M1 ограничен 2 ТБ, но Mac с Intel может иметь и 4 ТБ и даже больше. Опять же, тут возможно вступают в силу аппаратные ограничения чипа M1.

Появилась информация о том, что новые Mac не будут поддерживать внешние графические процессоры. Повысить производительность компьютера посредством подключения eGPU через Thunderbolt не получится.

Автономность М1

Новый процессор M1 создан специально для маломощных машин, где особенно важна энергоэффективность. Автономность нового MacBook Air выросла с 9-11 часов в различных сценариях до 15-18, а MacBook Pro теперь будет работать 17-20 часов вместо прежних 7-10!

Можно немного заглянуть вперед и понять, что Apple предстоит еще сделать многое для внедрения своих процессоров на Mac. На базе чипа M1 можно ожидать появления мощных и универсальных решений для остальной линейки Mac.