Всё, что важно знать про чипсет Apple M1: из чего состоит, на что способен, чего не умеет

Первым продуктом, который Apple показала на презентации 10 ноября 2020 года, оказался не полноценный гаджет, но его часть — главная часть. Речь про чип M1, который становится первым в линейке Silicon — на нее компания планирует перевести все свои Mac в ближайшее время. Пора познакомиться с ним поближе.

Предисловие

Впервые про перевод Mac на чипы собственного производства Apple рассказала на WWDC 2020 в начале июня. Компьютеры компании используют решения Intel с 2006 года — переход на них был фантастическим скачком для производителя, но сегодня мы фактически переживаем следующий.

M1 — куда более важный шаг для Apple, потому что именно она целиком и полностью контролирует его производство, а также дальнейшее использование вместе с фирменным программным обеспечением. Для разработчиков же она приготовила массу способов для комфортного «конвертирования» софта.

M1 разработан с учетом 5-нанометрового технологического процесса и использует 16 миллиардов транзисторов. Он создан специально для компьютеров Apple, для которых критически важны минимальные габариты и энергоэффективность — как они смогут показать себя на более серьезных машинах, еще предстоит увидеть.

Структура M1

Конечно, очень здорово, что Apple — одна из немногих компаний, у которой есть возможность создавать не только железо, но и софт. Поэтому заслуга в скорости работы M1, в том числе, лежит на плечах операционной системы macOS 11 Big Sur, которая заточена под работу со всеми компонентами, входящими в его комплект.

Центральный процессор

Основой чипа M1 стал 8-ядерный процессор, изготовленный по 5-нм технологическому процессу, — самый производительный из тех, которые когда-либо делала Apple. Он состоит из четырех быстрых и такого же количества эффективных ядер, которые распределяют нагрузку между собой, чтобы добиться максимальной скорости и рекордной автономности.

На фоне других чипов с низким потреблением энергии ядра, производительности центрального процессора M1 отличаются максимальной скоростью работы. Они предназначены для взаимодействия со сложным программным обеспечением: программирования в Xcode, музыкальной обработки в Logic Pro, монтажа в Final Cut. Энергоэффективные ядра в это же время потребляют до десяти раз меньше энергии, но справляются с повседневными задачами. В их число может входить взаимодействие с мессенджерами и клиентами электронной почты, менеджерами задач и заметочниками, простыми мультимедийными приложениями.

Сравнительные тесты производительности Mac mini с M1 и Mac mini с 4‑ядерным процессором Intel Core i3 3,6 ГГц:

Сравнительные тесты производительности MacBook Air с M1 и MacBook Air с 4‑ядерным процессором Intel Core i7 1,2 ГГц:

Сравнительные тесты производительности MacBook Pro с M1 и MacBook Pro 13 дюймов с 4‑ядерным процессором Intel Core i7 1,7 ГГц:

По данным Apple, чтобы утверждать о максимальной производительности быстрых ядер, она сравнивала MacBook Pro 13″ с чипом M1 и 16 ГБ оперативной памяти с ноутбуками, укомплектованными наиболее производительными процессорами, которые были доступны в продаже на момент тестирования. В Apple ссылаются на то, что проводили измерение пиковой однопоточной производительности рабочих нагрузок с использованием стандартных тестов производительности, платных приложений и приложений с открытым исходным кодом. Все это звучит прекрасно, но не указывает на правдивость заявлений конкретно.

Кстати, в Geekbench 5 уже появились первые тесты нового MacBook Air под управлением чипа M1 — его производительность впечатляет:

В одноядерном тесте MacBook Air на M1 оказался быстрее других ноутбуков.

Графический процессор

Отдельного внимания заслуживает и графический процессор, который является частью M1. В компьютерах Apple, которые уже представлены сегодня, он может быть либо 7-ядерным (базовый MacBook Air), либо 8-ядерным (MacBook Air с накопителем 512 ГБ, MacBook Pro 13″ и Mac mini). Представители компании утверждают, что это — самое быстрое решение, использующееся в ноутбуках сегодня. Конечно, под этими словами они подразумевают интегрированные графические решения, а не дискретные. С подобным уточнением, которое в компании принято писать мелким шрифтом, в реалистичность информации хочется верить.

Сравнительные тесты графической производительности Mac mini с M1 и Mac mini с 4‑ядерным процессором Intel Core i3 3,6 ГГц и графическим процессором Intel Iris UHD Graphics 630:

Сравнительные тесты графической производительности MacBook Air с M1 и MacBook Air с 4‑ядерным процессором Intel Core i7 1,2 ГГц и графическим процессором Intel Iris Plus Graphics:

Сравнительные тесты графической производительности MacBook Pro с M1 и MacBook Pro 13 дюймов с 4‑ядерным процессором Intel Core i7 1,7 ГГц и графическим процессором Intel Iris Plus Graphics 645:

По заверениям Apple, графический процессор M1 способен обеспечивать плавное воспроизведение 8K-видео, он гарантирует просмотр нескольких потоков 4K-видео без потери качества. Его достаточно для создания сложных композиций в Unity — все ядра работают именно на то, чтобы обеспечить скорость работы графики.

Система Neural Engine

Нельзя не отметить и систему Neural Engine, которая входит в состав M1, — она отвечает за взаимодействие с нейронными сетями. Сегодня можно с уверенностью заявить, что она заслуживает отдельного внимания, ведь софт активно обзаводится возможностями, которые связаны с искусственным интеллектом. В системе Neural Engine нового поколения используется 16 выделенных ядер, которые обеспечивают выполнение до 11 триллионов операций в секунду. Благодаря этому, к примеру, в приложении djay Pro Al можно в реальном времени разделить музыкальную композицию на дорожки с вокалом и инструментами.

Контроллер машинного обучения устроен таким образом, чтобы максимально правильно разделить нагрузку между центральным и графическим процессорами, а также другими системами, чтобы добиться максимальной производительности. В Neural Engine также входят два ускорителя машинного обучения для умножения матриц.

Кстати, несмотря на то, что в новых MacBook Air и MacBook Pro 13″ используются точно такие же камеры для видеосвязи, сегодня в Apple утверждают, что они должны работать куда лучше. За это, в том числе, отмечает система Neural Engine, которая заметно лучше обрабатывает поток изображения.

Оперативная память

Да, далеко не все понимают, что оперативная память, которой на данном этапе может быть до 16 ГБ, также входит в состав чипа Apple M1. Для чего это нужно? Все просто: чтобы сократить до минимума любые задержки при обращении — центральный и графический процессоры получают мгновенный доступ к ней. Это здорово.

Нельзя не отметить и специальный контроллер, который предназначен для работы с твердотельными накопителями. В Apple обещают до двух раз более быструю работу с SSD. Конечно, в этом еще предстоит убедиться, но уже сегодня понятно, что это должно обеспечить ощутимый прирост в скорости работы.

Сопроцессор Secure Enclave

Он предназначен для аппаратного обеспечения безопасности критически важных функций, в число которых, в том числе, входят сканер отпечатков пальцев Touch ID и работа Apple Pay в целом. Важно также отметить, что за счет чипа M1 эти возможности должны начать работать еще быстрее, чем раньше.

Ранее Apple была вынуждена использовать для этого отдельный чип. Речь про T1 и T2, который отвечал за доступ к особенно важным защищенным данным, сенсору отпечатков пальцев и так далее. M1 развязывает компании руки, и в дальнейшем от нее стоит ждать новых свершений на данном поприще.

Выделенный AES‑модуль

Он нужен для аппаратной защиты и обеспечения безопасности ключей шифрования. С помощью него получится обеспечить максимально эффективную работу хранилища зашифрованных данных и общую защиту информации. Судя по всему, это, в том числе, касается и работы «Связки ключей».

Конечно, как и раньше можно не беспокоиться про загрузку программного обеспечения из App Store от проверенных разработчиков. Более того, если компьютер будет украден, получится защитить свои данные от злоумышленников с помощью блокировки активации даже в этом случае.

Особенности M1

Несмотря на то, что новый чип кажется максимально интересным практически во всех отношениях, вопросы к нему все равно остаются. M1 — первая фирменная система Apple, предназначенная для компьютеров. Несмотря на удачный опыт компании в этом плане в мобильном сегменте, избежать этого было крайне сложно.

🖥 Подключение одного монитора. Mac mini, MacBook Air и MacBook Pro 13″ — все новые компьютеры, сердцем которых стал M1, комплектуются парой портов Thunderbolt/USB 4. Пока сложно сказать почему, но к ним можно подключить только один монитор — да, это может быть 6K-решение, но все же.

Кто-то может парировать утверждением тем, что к Mac mini, согласно утверждениям Apple, можно подключись сразу два монитора. Это правда, но для одного из них придется использовать порт HDMI — он ограничен разрешением 4K. Почему нельзя использовать для данной задачи второй Thunderbolt/USB 4 — вопрос.

💾 Ограничения в объеме памяти. Оперативная память в M1 встроена — ее максимальный объем может достигать 16 ГБ, а стандартный находится на уровне 8 ГБ. Странно, что ни одно из представленных сегодня решений не может комплектоваться увеличенным хотя бы до 32 ГБ объемом ОЗУ.

Это же касается накопителей. Да, в M1 есть отдельный контроллер для работы с твердотельными дисками, но, судя по всему, он не тянет больше 2 ТБ. В MacBook Pro на базе Intel может быть и 4 ТБ в хранилище — быть может, старшие модели пока просто не успели обновить, но опасения остаются.

💽 Программное обеспечение. Важно, в том числе, напомнить и о том, что в основе чипа M1 лежит архитектура ARM. Это говорит о том, что привычный софт не будет работать на нем нативно. Да, его в итоге адаптируют, но определенные нюансы в этом процессе наблюдаться будут точно.

Более того, под большим вопросом до сих пор находится судьба Boot Camp — установки операционной системы Windows в отдельный раздел Mac. На данный момент никаких заявлений по этому поводу нет ни от Apple, ни от Microsoft. На старте с этим точно возникнут проблемы — в этом можно не сомневаться.

🎥 Внешние графические системы. Сложно сказать, что это действительно имеет значение для массового пользователя. Тем не менее, важно также отметить, что для компьютеров Apple на базе чипа M1 на данный момент не заявлена поддержка внешних графических систем, которые подключаются через Thunderbolt.

Пока нельзя сказать, Apple ограничила эту возможность программно, чтобы продвигать M1 в качестве решения с действительно мощной графикой, или она закрыта на аппаратном уровне. В любом случае, если вы пользуетесь чем-то вроде Blackmagic eGPU, то с новыми Mac она может не заработать даже спустя время.

Послесловие

Можно не сомневаться в том, что M1 — лишь первый чип из линейки Apple Silicon. Он разработал для портативных систем, и хочется верить, что серьезные компьютеры компании получат еще более «злое» решение с существенным скачком в производительности не только на каждый Вт, но и в целом.

Есть даже мысль, что буква «M» в названии расшифровывается как «Mobile» — чип для мобильных компьютеров. Быть может, следующим в линейке станет система D1, где «D» — «Desktop». Тем не менее, пока это — лишь мысль, которая появилась в рамках рассуждений на тему M1 во время записи тематического подкаста.