Maciej Zabłocki Maciej Zabłocki 15.07.2021
Dlaczego procesory M1 są tak udane? Czy mogą zastąpić zwykłe jednostki w klasycznym PC?
1546V

Dlaczego procesory M1 są tak udane? Czy mogą zastąpić zwykłe jednostki w klasycznym PC?

Sprzęty wydawane przez Apple od lat charakteryzują się doskonałym designem i świetnymi systemami operacyjnymi. Od 2006 roku zarówno laptopy jak i komputery stacjonarne wykorzystywały podzespoły Intela i wychodziło to z przeróżnym skutkiem. Od zeszłego roku natomiast dostępne są w sprzedaży sprzęty z przełomowym procesorem M1, który dosłownie deklasuje konkurencje. Chociaż sam w sobie nie jest taki unikatowy. 

Dzisiaj chciałbym poruszyć temat architektury ARM wykorzystanej przy budowie jednostek M1. Przybliżę Wam nieco, skąd w ogóle wziął się pomysł na takie procesory, jak Apple zamierza te technologię rozwijać i w jakiej formie może pojawić się w przyszłości. Wstępne plotki i informacje są szalenie obiecujące, a potencjalna wydajność dosłownie zwala z nóg. Zresztą już premiera pierwszej generacji tych układów wyrządziła prawdziwe spustoszenie w szeregach Intela. Okazało się, że laptopy i komputery stacjonarne wykorzystujące chipy M1 są szybsze, chłodniejsze i zarazem tańsze od swoich poprzedników lub odpowiedników z procesorami wieloletniego, niebieskiego partnera. Żebyście jednak mogli lepiej zrozumieć ideę stojącą za najnowszymi układami od Apple, musimy omówić, czym właściwie charakteryzuje się architektura ARM. 

Technologia znana od lat, wykorzystywana między innymi w smartfonach 

Apple nie wynalazło koła na nowo, nie wprowadziło do sprzedaży rewolucyjnej technologii. Wykorzystało swoją wiedzę i doświadczenie zdobyte przy produkcji układów dla swoich smartfonów i tabletów. Architektura ARM istnieje bowiem od 1983 roku, a pierwszy procesor zwany ARM1 powstał niespełna dwa lata później. Ten skrót oznacza Advanced RISC Machine i opisuje 32 lub 64-bitową architekturę procesorów typu RISC. Od "zwykłych" jednostek różnią się na wiele różnych sposobów, ale nie będziemy tutaj przesadnie wnikać w skomplikowane zagadnienia techniczne. Domyślnie produkowane procesory Intela oraz AMD wytwarza się z wykorzystaniem architektury x86-64, która zawiera znacznie więcej rdzeni, ale przy tym produkuje mnóstwo ciepła i jest mało energooszczędna. Ma też szereg innych problemów technicznych, które rozwiązywane są przez układy ARM (np. liczba estymowanych kolejek może być czterokrotnie wyższa).

Procesory ARM wykorzystuje się powszechnie w smartfonach, telewizorach, mikrofalówkach, lodówkach i wszelkich systemach wbudowanych. Korzystają z nich dyski twarde, routery czy kalkulatory. To technologia znana od wielu lat, ceniona i niezastąpiona w telefonie, który potrzebuje wysokiej wydajności przy jednocześnie małym zużyciu energii, a co za tym idzie, niewielkim wydzielaniu ciepła. To głównie współczynnik wydajności do zużytej energii wpływa na powszechne zastosowanie tych jednostek we wszystkich wymienionych powyżej sprzętach. Statystyki głoszą, że blisko 75% wszystkich procesorów dostępnych na rynku to układy wykonane w architekturze ARM. 

Apple, jak sami widzicie, nie podeszło do sprawy rewolucyjnie, ale zrobiło coś, na czym zna się zdecydowanie najlepiej. Wyciągnęło dobrze znaną już technologię i zapakowało do swoich laptopów i komputerów stacjonarnych pod nazwą Apple M1, dodając do tego pełne wsparcie aplikacji mobilnych. Procesor zaprojektowany przez firmę z Cupertino jest o wiele bardziej energooszczędny od jednostek Intela, wydziela przy tym znacznie mniej ciepła i oferuje doskonałą, bardzo wysoką wydajność. Pierwsza generacja osiąga maksymalne zegary na poziomie 3,2 GHz i posiada 12 MB wbudowanej pamięci cache. Chip produkowany jest w najniższym, powszechnie dostępnym, 5 nm procesie litograficznym. Ma do tego osiem rdzeni. Cztery wysokowydajne, zwane "Firestorm" oraz cztery energooszczędne "Ice Storm". Do tego zawiera wbudowaną pamięć RAM w liczbie 8 lub 16 GB i dedykowane rdzenie dla układu graficznego.

Wszystko to mieści się w jednym, niewielkim chipie, który Apple może w dowolny sposób optymalizować pod kątem swojego systemu operacyjnego i oczekiwanych rezultatów wydajnościowych. Chociaż firma nie odeszła jeszcze całkowicie od współpracy z Intelem, to zapewnia, że w przyszłości absolutnie wszystkie laptopy i komputery stacjonarne będą wykorzystywać procesory z serii M lub nowszych, bazujących na architekturze ARM. Wyniki wydajności mówią jednak same za siebie - wśród sprzętów nie przeznaczonych do grania, M1 nie ma w zasadzie żadnej konkurencji. W Geekbenchu generuje blisko 7700 punktów w teście wielordzeniowości i ponad 1700 w przypadku pojedynczego rdzenia. W AnTuTu jest jeszcze lepiej, bo tam M1 przekroczyło poziom 1,1 mln punktów. Żaden, nawet najszybszy smartfon na rynku nie zbliża się do tych wartości, a energooszczędne procesory Intela odpadają w przedbiegach. 

Co ciekawe, najszybszy dziś, konsumencki procesor Intel Core i9-11900K wyposażony w 8 rdzeni i 16 wątków osiąga w testach w Geekbenchu bardzo zbliżone wartości w teście dla jednego rdzenia i nieco ponad 10 tysięcy punktów dla wielu rdzeni, a to jednostka kosztująca blisko 2500 zł.  Powalające różnice występują także w Cinebenchu R23, gdzie Apple M1 potrafi osiągnąć blisko trzykrotnie wyższą wydajność od najnowszych, energooszczędnych jednostek Intela (przy klasycznym teście jest to odpowiednio ~7200 punktów do ~2300). Układy doskonale sprawdzają się przy renderowaniu wideo, a przy tym pozwalają tabletom iPad Pro wskoczyć na 1. miejsce w rankingu lidera wydajności pośród urządzeń mobilnych. Coś niebywałego, jak mocne są to układy. A przecież Apple nie spoczywa na laurach. 

Przecieki głoszą, że układ M2 dosłownie pozamiata konkurencje - jeszcze bardziej 

Wejście Apple na rynek laptopów i komputerów stacjonarnych z procesorem zakorzenionym w świecie mobilnym jest z pewnością odważnym, ale bardzo interesującym ruchem. To o tyle istotny krok, że poniekąd zmusił już pozostałych producentów do potężnej i dynamicznej ekspansji tego rynku, inwestycji w architekturę ARM (co już zrobiła NVIDIA czy Samsung) i wydzielenia w swoich szeregach struktur, które pozwolą na zaprojektowanie konkurencyjnych jednostek. Ani Intel ani AMD nie pozwolą przecież Apple niepodzielnie rządzić w sferze laptopów i komputerów stacjonarnych - spodziewam się, że najwięksi tej branży w ciągu kilku najbliższych lat będą prowadzić produkcję dwutorowo. Z jednej strony jednostki x86-64, z drugiej ARM, a to wszystko prędzej czy później przyniesie kosmiczne wzrosty wydajności w tym drugim wypadku.

Skoro już przy tym jesteśmy, mówi się, że Apple M2 (lub M1X) dosłownie zmiecie nas z powierzchni ziemi swoimi możliwościami. Trafi do komputerów giganta z Cupertino w przyszłym roku i zaoferuje, prawdopodobnie, podwojenie liczby rdzeni GPU w jednym układzie. Powinien zasilić najnowsze iMaci Pro o przekątnej 27", najnowsze MacBooki Pro oraz nowego Maca Mini. Plotki głoszą, że inżynierowie Apple uporali się z kilkoma problemami z pierwszego modelu - nowy układ pozwoli na montaż większej ilości pamięci RAM (32 lub 64 GB), zaoferuje też dwukrotnie szybsze GPU i pozwoli na poprawę wydajności wysokowydajnych rdzeni nawet do 20%. Dzięki temu najpotężniejsze laptopy i komputery stacjonarne z nadgryzionym jabłkiem będą jeszcze wydajniejsze i co za tym idzie, jeszcze bardziej bezkonkurencyjne. Zgodnie z przeróżnymi testami, pobór mocy najnowszego MacBooka Pro z układem M1 jest blisko czterokrotnie niższy od komputera z układem Intela, podczas rozgrywki w najnowszą część Tomb Raidera. A wydajność w postaci liczby klatek i jakości ustawionych detali oferują dość zbliżoną. To robi wrażenie. 

Mogę przypuszczać, że czekają nas bardzo ciekawe lata pod względem rozwoju technologii, wydajności komputerów i możliwości, jakie przyniosą. Znowu Apple jest w czymś pierwsze, chociaż w tym przypadku zdecydowało się po prostu na coś, co od dawna chodzi konkurencji po głowach. Rzecz jasna jednostki ARM w obecnej formie nie dorównują najwdroższym procesorom x86-64 pod względem wydajności. Dalej bardzo drogie jednostki Intela czy AMD będą lepsze i szybsze, ale różnice powoli zaczną się zacierać. Co ciekawe, w niektórych zastosowaniach układ Apple M1 wyprzedza już konsumenckie warianty Intela - choćby modele z serii i7 10. generacji. To prawdziwy przełom, który powoli nadciąga do naszych komputerów i z pewnością przyniesie wiele dobrego. Intel zresztą już coś przebąkuje, że chciałby produkować układy M1 dla Apple, ale czy firma z Cupertino się na to zgodzi? Szczerze wątpię. Samsung za to współpracuje z AMD nad chipem konkurencyjnym, który ma być ponoć szalenie wydajny, tylko... czekamy na jakieś pierwsze zapowiedzi i wyniki testów. 

Tagi: Apple M1 architektura chip jednostki M1 procesory AMR układy