Чип Apple M1 является самым быстрым чипом, когда-либо выпущенным Apple для Mac, согласно результатам одноядерных тестов ЦП, и он превосходит многие высокопроизводительные процессоры Intel по многоядерной производительности. Разработчик Эрик Энгейм недавно поделился подробным анализом чипа ‌M1‌, исследовав причины, по которым новый процессор Apple значительно быстрее процессоров Intel, которые он заменяет.

Прежде всего, ‌M1‌ — это не просто центральный процессор. Как пояснили в Apple, это «система на кристалле» (System-on-a-Chip), представляющая собой набор чипов, объединенных в одном кремниевом корпусе. ‌M1‌ включает 8-ядерный ЦП, 8-ядерный ГП (7-ядерный в некоторых моделях MacBook Air), унифицированную память, контроллер SSD, процессор обработки изображений, Secure Enclave и многое другое.

Intel и AMD также выпускают несколько микропроцессоров в одном корпусе, но, как отмечает Энгейм, Apple имеет преимущество, поскольку вместо того, чтобы фокусироваться на универсальных ядрах ЦП, как ее конкуренты, Apple сосредотачивается на специализированных чипах, обрабатывающих специфические задачи.

Помимо ЦП (с высокопроизводительными и высокоэффективными ядрами) и ГП, ‌M1‌ оснащен Neural Engine для задач машинного обучения, таких как распознавание голоса и обработка изображений с камеры, встроенным видеодекодером/кодеком для энергоэффективного преобразования видеофайлов, Secure Enclave для обработки шифрования, цифровым сигнальным процессором для выполнения математически интенсивных функций, таких как распаковка музыкальных файлов, и блоком обработки изображений, который ускоряет задачи, выполняемые приложениями для обработки изображений.

Примечательно, что также имеется новая унифицированная архитектура памяти, которая позволяет ЦП, ГП и другим ядрам обмениваться информацией между собой, а с унифицированной памятью ЦП и ГП могут одновременно получать доступ к памяти, вместо того чтобы копировать данные из одной области в другую. Доступ к одному пулу памяти без необходимости копирования ускоряет обмен информацией, обеспечивая более высокую общую производительность.

Все эти чипы с конкретными функциями ускоряют выполнение определенных задач, что приводит к улучшениям, которые наблюдают пользователи.

Это одна из причин, почему многие люди, работающие с изображениями и редактированием видео на Mac с M1, видят такое существенное повышение скорости. Многие задачи, которые они выполняют, могут выполняться непосредственно на специализированном оборудовании. Именно это позволяет недорогому Mac Mini с M1 кодировать большой видеофайл, не напрягаясь, в то время как дорогой iMac работает на полных оборотах, и все равно не справляется.

Специализированные чипы используются уже много лет, но Apple делает «более радикальный сдвиг в этом направлении», как описывает Энгейм. Другие производители ARM-чипов, такие как AMD, придерживаются схожего подхода, но Intel и AMD полагаются на продажу универсальных ЦП, и по лицензионным причинам производители ПК, такие как Dell и HP, вероятно, не могут разрабатывать полноценные SoC самостоятельно, как это делает Apple.

Apple способна интегрировать аппаратное и программное обеспечение таким образом, который практически невозможно воспроизвести большинству других компаний, что всегда давало iPhone и iPad преимущество перед другими смартфонами и планшетами.

Конечно, Intel и AMD могут просто начать продавать готовые SoC. Но что они должны содержать? У производителей ПК могут быть разные представления о том, что должно быть включено. Потенциально возникает конфликт между Intel, AMD, Microsoft и производителями ПК относительно того, какие специализированные чипы должны быть включены, поскольку им потребуется поддержка программного обеспечения.

Наряду с преимуществами разработанной собственными силами «системы на кристалле», Apple также использует в ‌M1‌ ядра ЦП Firestorm, которые «действительно быстрые» и способны выполнять больше инструкций параллельно благодаря внеочередному выполнению, RISC-архитектуре и некоторым специфическим оптимизациям, реализованным Apple, которые Энгейм подробно объясняет.

Энгейм считает, что Intel и AMD находятся в затруднительном положении из-за ограничений набора инструкций CISC и их бизнес-моделей, которые не облегчают создание комплексных чиповых решений для производителей ПК.

Полная статья Энгейма определенно стоит прочтения для тех, кто интересуется принципами работы ‌M1‌ и технологиями, которые Apple приняла, чтобы сделать гигантский скачок в вычислительной производительности.