Obsah
Proč jsou procesory Apple výkonnější?
Proč je čip Apple M1 rychlejší než špičkové Intel a AMD?
Už jsem recenzoval MacBook Pro, MacBook Air 13-palcový a Mac mini na Silicon, kde jsme viděli, že čip Apple M1 je opravdu rychlý ve srovnání se špičkovými řešeními Intel a grafikou AMD, které se vyskytují na Macech předchozí generace. .
Proč čip M1 kombinuje klasické procesory Intel s grafikou AMD? Zkusme na to přijít v tomto článku.
Čip vs procesor
Nejprve si ale ujasněme, co to vlastně procesor je.
Válcové monokrystaly se pěstují z roztaveného křemíku pomocí speciálního zařízení. Výsledný ingot se ochladí a nakrájí na placky, jejichž povrch se pečlivě vyrovná a vyleští do zrcadlového lesku.
Poté se pomocí metod fotolitografie a leptání vytvářejí integrované obvody. Po otestování jsou hotové wafery rozřezány na jednotlivé procesory umístěné v pouzdrech.
Klíčovým prvkem každého výpočetního obvodu je tranzistor. V podstatě se jedná o stejný „faucet“, který buď umožňuje průchod digitálních jedniček a nul, nebo ne.
Velikosti procesorů jsou standardní, ale počet tranzistorů v nich se může lišit. Chcete-li osadit více tranzistorů (zvýšení výkonu systému), musíte zmenšit jejich velikost.
A počet tranzistorů určuje technický proces centrální procesor. Čím menší je technický proces, tím výkonnější je samotný procesor.
Hlavním způsobem zvýšení výkonu v moderních procesorech se stalo nahromadění jádra. Každé jádro je mikroprocesor, který pracuje nezávisle čtením a prováděním instrukcí.
Apple se ale vydal jinou cestou. A místo budování jader se stalo přidat mikroprocesory, které jsou přizpůsobeny k provádění pouze určitých úkolů. Takové mikroprocesory jsou produktivnější a energeticky účinnější ve srovnání s mikroprocesory pro všeobecné použití.
Apple se také rozhodl spojit na jeden čip hromadu dalších komponent, které byly dříve rozesety po základní desce. Jedná se o I/O desku, bezpečnostní čip T2 (šifruje data), RAM a řadič portu Thunderbolt.
V důsledku toho jsme nedostali procesor, ale systém na čipu – čip. Něco, co se v chytrých telefonech používá už dlouho.
Čip Apple M1: architektura
Z čeho přesně se skládá čip M1 od Apple?
8jádrový CPU – Provádí většinu počítačových úloh a programů. Existují dva typy jader: 4 vysoce výkonná pro provádění složitých úloh a 4 energeticky účinná pro řešení jednoduchých úloh s menší spotřebou tepla a energie. Řadič výkonu rozděluje úkoly mezi jádra.
8jádrový GPU – používá se v grafice a zpracování obrazu, včetně her.
Připomínám, že integrovaná grafika se už dávno používá v procesorech od Intelu a AMD.
V obvyklém smyslu je integrovaná grafika energeticky účinným „pahýlem“, který provádí základní úkoly, jako je zobrazení obrazu na obrazovce a surfování po internetu. Zatímco výkonná samostatná grafická karta je většinu času nečinná.
Apple se rozhodl na své platformě opustit diskrétní grafiku a vyrobil 8jádrový grafický procesor.
Kromě grafiky a centrálního procesoru má čip M1 spoustu dalších bloků: 16jádrová neurální procesorová jednotka urychluje strojové učení a umělou inteligenci, analyzuje videa, rozpoznává hlas a zpracovává fotografie velmi vysokou rychlostí.
Bezpečnostní blok Zodpovědnost za šifrování, ověřování a bezpečnost systému.
ISP Image Processing Unit slouží ke zvýšení výkonu při zpracování grafiky.
Digitální signálový procesor provádí složitější výpočetní funkce, jako je dekomprese hudebních souborů.
Video kodér převádí videa různých formátů.
Vývojáři do čipu integrovali i M1 RAM. To se nyní nazývá „architektura jednotné paměti“.
Sjednocená architektura paměti
A tady se vracíme k integrované grafice – proč je tak slabá? Za prvé, protože paměť pro CPU a GPU jsou odděleny. Je přidělen samostatný paměťový fond, do kterého CPU kopíruje data, aby s nimi mohla pracovat grafika.
Za druhé, výkonné grafické karty s vlastní pamětí mají velmi silný generování tepla, takže jsou odebírány mimo čip.
Za třetí, měděné cesty (sběrnice) musí být instalovány na diskrétní grafickou kartu. A šířka pásma již není tak vysoká jako u jedné paměti.
Díky jednotnému paměťovému bloku CPU a grafika mají přístup ke stejným paměťovým buňkám bez dalšího kopírování.
Paměť má nízkou latenci a velkou šířku pásma. A výkonný GPU má sníženou spotřebu energie a rozptyl tepla, což umožňuje umístit jej na jeden čip.
Obecně lze říci, že takové množství mikročipů bylo možné umístit na jeden čip díky přechodu společnosti Apple na procesní technologii 5 nm.
Konečné rozměry základní desky se výrazně zmenšily. Stačí se podívat na tloušťku nového 24palcového iMacu – jednotných 11 mm po celém těle. Před 10 lety se tím mohly chlubit pouze chytré telefony, nyní se však čip M1 integruje do tabletů. Recenze těchto nových produktů budou na webu.
Čip M1 má ale i své nevýhody. A to nejdůležitější – nemožnost upgradu. Na iMacu nebo MacBooku nemůžete nic změnit.
Dekodéry na čipu M1
Další nepopiratelnou výhodou čipu M1 na architektuře ARM oproti procesorům Intel x86 byla počet dekodérů. Dekodéry se zabývají rozřezáváním strojového kódu na mikrooperace k naplnění vyrovnávací paměti.
Špičkové procesory od Intelu a AMD mají tedy pouze 4 dekodéry a více jich vzhledem k architektuře nemůže být. A to v čipu od Applu 8 dekodérů – pro rychlejší vyplnění schránky. Ano, já sám schránka je 3x většínež průměrný procesor.
Jsou Intel a AMD beznadějně pozadu?
Dokážou Intel a AMD něco podobného? Mohou a v zásadě se tímto směrem ubírají. AMD již integruje výkonnější grafiky do svých procesorů Ryzen. Výrobci stále častěji přidávají specializované koprocesory.
Ale celý problém Intelu a AMD je obchodní model. Protože nyní vyrábějí náhradní díly pro PC, ale budou muset vyrobit téměř celý počítač (jako čip M1).
A to nepotřebuje nikdo: ani koncový spotřebitel, ani výrobci počítačů (není problém s nedostatkem komponent a dokážou vytvořit mnoho modifikací PC). Vývojáři to také nepotřebují, protože jim to přidává více práce s optimalizací softwaru.
A Apple už má všechno: vývoj hardwaru a softwaru pro něj, vývojáře třetích stran, kteří mají k dispozici všechny nástroje pro svou práci. Navíc v rámci platformy neexistuje žádná konkurence ohledně hardwaru.
Dalším problémem pro Intel a AMD je dekodéry, které zajišťují dodatečné provádění instrukcí – nelze je rozšířit vzhledem k vlastnostem architektury x86.
Ale obecně to není slepá ulička vývoje. Intel a AMD mohou nadále zvyšovat počet jader a jejich frekvence, zvětšovat velikost mezipaměti a poskytovat lepší chlazení.
Čekáme na Mac s čipem M1x nebo M2?
Apple zase nemůže zvýšit frekvence, protože se čip příliš zahřeje. Ale může zvýšit počet jader.
Zda je to pravda, si budeme moci ověřit pravděpodobně letos v létě. Podle online publikace Nikkei Apple již zahájil výrobu nástupce čipu M1. Přesný název je stále neznámý: M1x nebo M2.
Nové počítače Mac s novými čipy budou určeny pro profesionály. Pravděpodobně to bude nový 16palcový MacBook Pro a 32palcový iMac. Čekáme na prezentaci WWDC 2021.
Intel a AMD obecně nikdo nepohřbívá z jednoho prostého důvodu – podíl Applu na trhu PC je zanedbatelný. A Apple své čipy nikomu jinému neprodává.