Här är tekniken i Apple Silicon M1

2020-11-11 13:40  

När Apple bygger egna kretsar lägger bolaget allt på ett kort. Den nya Arm-kretsen lovar runt med förbättringar i både prestanda och energieffektivitet.

För lite drygt tio år sedan började Apple designa egna chip till sina surfplattor och mobiltelefoner. Med systemkretsen M1 växlar bolaget upp till bärbara datorer och till och med en liten variant till stationärt i nya Mac Mini.

Chipet är starten på ett stort skifte från Intels x86-processorer till Arm-baserade, egendesignade processorer. Den uttalade ambitionen är att kunna bygga datorer som är både snabbare och mer energieffektiva – och på pappret har Apple levererat.

Vad är M1?

Chipet är en systemkrets, ofta refererat till som system on a chip (SoC). Det betyder att flera funktionsblock har samlats på ett och samma chip, vilket kan öka effektiviteten i kommunikation mellan exempelvis arbetsminne och processor.

Den typen av paketering är standard i mobiltelefoner och surfplattor, men mer ovanlig på pc-sidan.

Apple har valt att lägga bland annat huvudprocessorn (CPU) och cacheminnet, grafikprocessorn (GPU), ai-processor (Neutral Engine), arbetsminnet (DRAM), I/O, ISP, Thunderbolt-stöd och säkerhetsfunktonerna från T2-chipet på en och samma bricka.

Läs mer: RISC-V: ”Öppet kisel standard i processorer inom tio år”

I tidigare Mac-datorer har alla de här funktionerna legat uppdelade på olika chip. Genom att integrera dem går det att uppnå högre prestanda och energieffektivitet. Apple uppger att lösningen är ”optimerad för Mac-system där liten storlek och hög energieffektivitet är kritiskt”.

För att ytterligare ge en skjuts åt effektiviteten använder Apple en lösning som kallas Unified Memory Architecture, UMA. När processorerna sitter på olika chip i datorn har de varsitt arbetsminne dit kopior av data som ska behandlas skickas. Med UMA använder CPU och GPU samma minnespool vilket gör arbetet mer effektivt.

Tidigare låg alla dessa komponenter utspridda på olika chip. Foto: Apple

Två typer av processorkärnor

Huvudprocessorn på M1-chipet använder en lösning som ofta återfinns i mobiltelefoner. Den har fyra högpresterande kärnor och fyra energieffektiva. En arbetsbörda som kräver mycket kraft kan läggas på de högpresterande för maximalt resultat, ett lättare jobb kan de energieffektiva kärnorna sköta och på sätt minska belastningen på batteriet.

Processorn har 16 miljarder transistorer, 35 procent fler än på Apples senaste systemkrets för mobiltelefoner A14 Bionic. De är tillverkade i storleksordningen 5 nanometer av taiwanesiska TSMC, det är första gången så små transistorer används i en processor för datorer.

Läs mer: Analys: ”Med Arm vill Nvidia nå ai-världsherravälde”

Bara ett fåtal processorer med 5 nanometers tillverkningsteknik finns på marknaden i dag, de sitter bland annat i Apples nya Iphones och i Huaweis flaggskepp Mate 40 Pro.

Det integrerade grafikkortet har också åtta kärnor och nära på 25 000 trådar. Apple utlovar en prestanda på upp till 2,6 teraflops. Tillräckligt för att kunna spela hyfsat avancerade spel även på en Macbook Air, om man ska tro presentationen.

Detta kombineras med acceleratorer för maskininlärning, vilket gör att funktioner som videoanalys, röstigenkänning och bildbehandling kan gå betydligt snabbare än på tidigare Macbook-modeller.

På M1-chipet samsas flera funktionsblock. Foto: Apple

Hur stor är skillnaden mot tidigare Macbooks?

Det är alltid svårt att uttala sig om prestanda och energieffektivitet utan oberoende tester. Tillverkare som Apple har en förmåga att krydda sina siffror när de presenterar nyheter, och bolaget undviker frenetiskt standardiserade benchmarktester i sin kommunikation.

Men om vi ska titta på dem för ett ögonblick verkar M1-chipet kunna ge en betydande skjuts.

På Macbook Air lovar Apple att huvudprocessorns beräkningar ska gå upp till 3,5 gånger snabbare än den Intel Core i7-processor som sitter i den tidigare toppmodellen av datorn. Grafikprestandan ska öka med hela sex gånger och tack vare ai-processorn ska maskininlärningsberäkningar gå upp till 15 gånger snabbare. Samtidigt utlovas uppemot dubbla batteritider, beroende på hur datorn används.

Läs mer: Raspberry Pi 400 – en dator i ett tangentbord

Apple hävdar vidare att M1 är det snabbaste lågförbrukande datorchipet på marknaden, och har det snabbaste integrerade grafikkortet i någon pc. Bolaget går så långt som att hävda att Macbook Air med M1-chip är snabbare än 98 procent av alla pc-laptops på marknaden. Återigen är det svårt att syna detta påstående i nuläget.

På energisidan utlovas rejält utökad batteritid på både Macbook Air och Macbook Pro. Upp till 18 timmars videouppspelning på Air och 20 på Macbook Pro. Det är en ökning med sex respektive tio timmar från tidigare modeller, även om dessa siffror alltid bör tas med en rejäl nypa salt.

M1-chipet kommer att göra debut i Macbook Air, Macbook Pro 13" och Mac Mini. Foto: Apple

Vad är baksidan?

Det uppenbara problemet med att lägga allt på ett chip är att det effektivt dödar möjligheten att uppgradera datorn. Bärbara datorer från båda Apple och andra tillverkare har blivit allt svårare att uppgradera och reparera i takt med att fler komponenter integreras eller sitter monterade så att de inte går att ersätta.

Men med M1-chipet försvinner några av de sista möjligheterna att i efterhand ge datorn ett prestandalyft. Det går inte längre att utöka datorns arbetsminne. De första M1-datorerna är dessutom begränsade till maximalt 16 GB arbetsminne.

Samtidigt slopar Apple stödet för eGPU, möjligheten att ansluta externa grafikkort via Thunderbolt-porten, rapporterar Techcrunch. Något som annars kan användas för att öka prestandan för den som exempelvis jobbar med videoredigering, 3d-renderingar eller vill spela avancerade spel.

På mjukvarusidan finns det generella problemet med att byta processorarkitektur. Utvecklare måste anpassa sina x86-appar för att köras på en Arm-processor, även om Apple underlättar för slutanvändaren genom att inkludera en emulator i operativsystemet.

Å andra sidan får de nya Macarna tillgång till stora delar av apputbudet till IOS och Ipad OS, eftersom de också bygger på Arm-kretsar.

Läs mer: Huawei snart utan mobilchip: ”stor förlust för oss”

Det här vet vi inte

Finns det bara ett M1-chip, eller skiljer sig chipen som sitter i Air, Pro och Mini åt?

Det finns detaljer som talar för det sistnämnda. Apple uppger exempelvis själva att GPU:n som sitter i instegsversionen av Air har sju kärnor, medan den i Pro och Mini uppges ha åtta. Det är möjligt att det finns ytterligare skillnader mellan de olika versionerna.

Uppdatering: En förklaring till att vissa grafikkort har 7 kärnor och andra 8 kärnor kan vara tillverkningsprocessen, skriver 9to5Mac. Kretsar på 5 nanometer är så små att det obönhörligen uppstår fel i vissa av chipen vid tillverkningen. De sjukärniga grafikkorten kan helt enkelt vara sådana där ett fel identifierats i en av kärnorna.

Den som lusläst Apples nyhetsutskick noterar säkert också att Macbook Pro sägs få högre prestanda än Macbook Air, trots att det är samma chip i båda. Det kan delvis handla om att Macbook Pro har aktiv kylning vilket den nya Air-modellen saknar. Därmed går det att pressa processorerna mer utan att riskera att de överhettas.

Apple lovar runt

Apple levererar en imponerande svada av specifikationer, men det krävs oberoende tester för att reda ut exakt hur stor förbättringen är. Men även om prestandan och energieffektiviteten inte ökar fullt så mycket som Apple lovar kan vi nog räkna med betydligt snabbare datorer som dessutom får flera timmars extra batteritid. Utan någon prisökning dessutom.

Gårdagens event var det första steget på en resa mot att fasa ut x86 ur produktkatalogen. Apple bedömer att det kommer att ta cirka två år.

Nu väntar ännu större utmaningar när egna chip ska driva kraftpaket som 16-tumsversionen av Macbook Pro och på sikt de stationära datorerna Imac och Mac Pro. Det får vi kanske se när Apple så småningom presenterar sitt M2-chip.

Simon Campanello

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt