Чи такий швидкий чіп Apple M1, як нам кажуть?

10 листопада, представляючи M1, старший віце-президент Apple з технологій апаратного забезпечення Джоні Сруджі назвав Firestorm, «силові» ядра в M1, найшвидшими в світі - але вже з 5 листопада це не відповідало дійсності. Ядра в тих, хто вийшов на ринок за п'ять днів до оголошення M1 процесорів AMD Ryzen 5000 з мікроархітектурою Zen3 - швидше. У Apple не вистачило часу внести в уже затверджений ролик зміни чи це навмисна брехня? Надприродні успіхи M1 підозрілі, з цим чіпом давно пора розібратися.

Схоже, зміни у відео віртуальної презентації «Ще дещо» не внесли навмисне, AMD Ryzen 5000 з мікроархітектурою Zen3 були представлені ще 8 жовтня, а в Apple про те, що ці чіпи з себе представляють, не могли не впізнати ще раніше. Але ми не будемо занадто суворі до керівництва Apple: вони вважають, що зайві технічні подробиці та інша заумь публіці не дуже цікава - і вони не так вже й не праві.

У AMD Ryzen 5000 і M1, м'яко кажучи, різні вагові категорії. Про Ryzen відомо все, а ось про M1 - небагато, лише те, що на думку керівництва Apple, не завадить глядачам почути головне. Через це Apple звинувачують в обмані, довести її невинність, не опускаючись до вульгарних деталей і технічних подробиць, неможливо.

Порівняння AMD Ryzen 5000 і Apple M1

Вимоги щодо тепловідведення у 12-ядерного AMD Ryzen 5 5600X, найбільш малопотужного і дешевого з AMD Ryzen 5000 - 65 Вт. Тобто розробникам комп'ютера, в якому передбачається використовувати цей чіп, слід парирувати цю кількість тепла, інакше будуть проблеми. Цей параметр офіційно не повідомляється для M1. У всіх M1 Mac'ax з відведенням тепла все в порядку, а іншим компаніям Apple свої чіпи не продає.

З'ясувати кількість розсіюваного M1 тепла при відповідній кваліфікації неважко, і все це вже вимірено. У центральному процесорі системи-на-кристалі M1 8 ядер, з них чотири «силових» ядра Firestorm і чотири енергозберігаючих ядра Icestorm. Тактову частоту M1 Apple теж не повідомляє - з більш ніж поважних причин. По-перше, у силових і економічних ядер тактові частоти різні; по-друге, залежно від навантаження, нагріву та інших обставин особистого життя процесора, вони змінюються в широких межах.

Частоти Firestorm - від 0,6 до 3,204 ГГц, частоти Icestorm - від 0,6 до 2,064 ГГц. При максимальних для них частотах чотири ядра Firestorm розсіюють, всі разом, до 13,8 Вт, а чотири ядра Icestorm - до 1,3 Вт. Будемо вважати, що вимоги M1 щодо тепловідведення - 13,8 + 1,3 Вт, тобто, 15,1 Вт. Насправді навіть нижче.

Як Intel і AMD дадуть відповідь Apple?

Про те, що M1 - перша серійна комп'ютерна система-на-чіпі від Apple, і наступні за нею будуть потужнішими, неважко здогадатися. Intel і AMD (особливо AMD, у Intel зараз не найкращі часи) зроблять все можливе, щоб звести переваги Apple в області їх життєво важливих інтересів - теж очевидно. Але схоже, що шансів на це у них небагато. У Apple інша бізнес-модель та інша, більш перспективна архітектура процесорів (власна RISC-архітектура, що використовує систему команд ARM). Apple розробляє чіпи не для продажу, в точності знаючи, для чого вони будуть використані.

І через це, крім центральних і графічних процесорів та інших більш-менш універсальних елементів, Apple може безкарно розміщувати на кристалі чіпа те, що зазвичай розміщують поза ним. Переваги очевидні: відстані між блоками майже нульові, швидкість обміну даними недосяжно висока, конструкція пристроїв з такими чіпами простіше і надійніше.

Що таке RISC

RISC - це архітектура процесора, в якій використовуються короткі і дуже швидкі (тому що прості) інструкції, однакового розміру. Через RISC довелося придумати ім'я і для традиційної архітектури, її назвали CISC. RISC - архітектура з набором зменшених (Reduced) команд, CISC - з набором складних (Complex) команд. Як це завжди і буває, в суперечках істина так і не народилася. Між тим, за винятком головного свого недоліку (її несхожості на код в інших архітектурах і майже повної її нечитаності), у всьому іншому RISC не мала собі рівних.

Але з кінця 80-х і до наших днів найпоширеніша в світі архітектура - x86 - зовні повний CISC, а всередині, на мікрорівні, це RISC. Якби у відділенні Intel в Хайфі в середині нульових не придумали і не розробили цей гібрид, x86, швидше за все, вже не було б. До речі, в тому відділенні в той самий час працював Джоні Сруджі, він родом з Хайфа. Чи мав він відношення до проекту Intel Core - невідомо.

Чому Apple M1 такий швидкий?

В Apple Silicon продуктивність істотно прискорюється через більшу кількість декодерів (перетворюють команди на мікрокод) і через більший розмір буфера переупорядкування. У кращих ядрах від Intel і AMD декодерів не більше чотирьох. Одночасно в мікрокод розщеплюються чотири інструкції x86. А цих декодерів і не може бути більше - у x86 довжина інструкції (команди) - від 1 до 15 байт. Знайти в потоці команд наступні чотири, причому безпомилково - неможливо, помилки навіть при чотирьох трапляються одна за одною. В Apple Silicon всі команди одного розміру.

Якщо в цьому виникне потреба, в Apple Silicon число декодерів і розмір буфера переупорядкування можна збільшувати майже без межі, в x86 цієї можливості немає. Головний конкурент Apple вже не Intel і не AMD. Тепер це Microsoft і Qualcomm, що розробляють системи-на-кристалі SQ для Surface Pro X з ARM-процесорами (RISC) всередині.