Interested Article - Apple M1

Apple M1 — серия систем на кристалле ARM -архитектуры компании Apple из серии Apple silicon , используемая в компьютерах Mac , ноутбуках MacBook и планшетах iPad Pro и iPad Air , производится контрактным производителем TSMC на 5-нанометровом техпроцессе и содержит около 16 миллиардов транзисторов.

Первыми устройствами на M1 стали MacBook Air (Late 2020), MacBook Pro (13 дюймов, Late 2020) и Mac Mini 2020, выпущенные в ноябре 2020 года . В апреле 2021 года был представлен 24-дюймовый iMac и iPad Pro на SoC Apple M1.

8 марта 2022 года был анонсирован iPad Air 5-го поколения на чипе Apple M1 .

Архитектура

Apple M1 имеет четыре высокопроизводительных ядра «Firestorm» и четыре ядра низкого энергопотребления «Icestorm», что обеспечивает конфигурацию, аналогичную ARM big.LITTLE и процессорам Lakefield от Intel . Это сочетание позволяет оптимизировать энергопотребление; эта возможность отсутствует в устройствах архитектуры Apple-Intel. Apple утверждает, что ядра низкого энергопотребления используют одну десятую мощности высокопроизводительных.

Высокопроизводительные ядра имеют 192 КБ кэша команд и 128 КБ кэша данных и совместно используют 12 МБ кэша L2. Аналогичные характеристики ядер низкого энергопотребления таковы: 128 КБ кэша команд, 64 КБ кэша данных и общий 4 МБ кэша L2. Icestorm «E cluster» имеет частоту 0,6-2,064 ГГц и максимальную потребляемую мощность 1,3 Вт, Firestorm «P cluster» — частоту 0,6-3,204 ГГц и максимальную потребляемую мощность 13,8 Вт.

Совместимость с x86

Динамическая технология бинарной трансляции Rosetta 2 позволяет запускать на продуктах, оборудованных М1, программное обеспечение, созданное для процессоров с архитектурой x86 под управлением операционной системы macOS. При этом работа всех программ, разработанных под архитектуру Х86, не гарантируется и работать они будут медленнее.

Память

M1 использует единую конфигурацию памяти LPDDR4X SDRAM 4266 МТ/с (в разных моделях — 8 ГБ и 16 ГБ), разделяемую всеми компонентами процессора. Микросхемы SoC и RAM монтируются совместно в рамках конструкции system-in-package .

M1 Pro имеет 256-битную память LPDDR5 SDRAM 6400 MT/с, а M1 Max - 512-битную память LPDDR5 SDRAM 6400 MT/с. Пропускная способность памяти в M1 составляет 68 ГБ/с, M1 Pro - 204 ГБ/с, а M1 Max - 408 ГБ/с. M1 Pro поддерживает конфигурации памяти 16 или 32 ГБ, а M1 Max - 32 и 64 ГБ . M1 Pro включает медиа-движок кодирования и декодирования ProRes, а M1 Max - два движка .

M1 Ultra удваивает технические характеристики M1 Max за счёт 1024-битной шины памяти с пропускной способностью 816 ГБ/с и поддержки конфигураций с 64 или 128 ГБ.

Графика

Чип включает в себя разработанный Apple 8-ядерный (в некоторых моделях — 7-ядерный) графический процессор (GPU) со 128 исполнительными блоками и 1024 арифметико-логическими блоками, который, по утверждению Apple, может обрабатывать одновременно до 24 576 потоков. Плюс чип ещё содержит 16-ядер встроенного ИИ-ускорителя (NPU), способный выполнять 11 триллионов операций в секунду . Также в M1 интегрированы процессор обработки сигналов изображения (ISP), хранилище NVMe и контроллеры Thunderbolt 4.

Уязвимости

M1RACLES

В мае 2021 года разработчик Asahi Linux Гектор Мартин обнаружил уязвимость, которую он назвал M1RACLES (M1ssing Register Access Controls Leak EL0 State). Мартин предположил, что уязвимость появилась в результате сознательного нарушения Apple спецификаций архитектуры ARM . В результате этой уязвимости любые два приложения могут скрытно обмениваться данными, минуя любые программные средства защиты и изоляции. Разработчик также указал на то, что уязвимость не может быть устранена программными средствами. Несмотря на это, он считает, что уязвимость не может быть использована для нанесения реального вреда .

Augury

В мае 2022 года исследователи из Тель-Авивского университета , Иллинойского университета в Урбане-Шампейне и Вашингтонского университета обнаружили уязвимость, получившую название "Augury", связанную с префетчером Data-Memory Dependent Prefetcher (DMP) в чипах M1. В то же время она не считалась существенным риском для безопасности .

Pacman

В июне 2022 года исследователи Массачусетского технологического института объявили, что нашли уязвимость спекулятивного выполнения в чипах M1, которую они назвали "Pacman" в честь кодов аутентификации указателей (PAC). Apple заявила, что не считает, что это представляет серьезную угрозу для пользователей .

Производительность и эффективность

M1 показал конкурентоспособную производительность и эффективность в популярных тестах (Geekbench 5, Cinebench R23).

Mac mini 2020 года, оснащенный M1, потребляет 7 Вт в режиме ожидания и 39 Вт при максимальной нагрузке по сравнению с 20 Вт в режиме ожидания и 122 Вт максимальной нагрузкой для 6-ядерного Intel i7 Mac mini 2018 года .

На момент выпуска MacBook Air (M1, 2020) и MacBook Pro (M1, 2020) считались самыми быстрыми ноутбуками семейства MacBook, выпускаемыми компанией Apple , что привело к резкому снижению стоимости ноутбуков MacBook на платформе Intel на вторичном рынке .

Развитие семейства чипов Apple M1

Apple M1 Pro

Apple M1 Pro — 8 или 10-ядерный ARM-процессор, изготовляемый по 5-нанометровому техпроцесс TSMC. Чип содержит 8 или 10 ядер CPU (6 или 8 производительных и 2 энергоэффективных) и 16 графических ядер GPU с 2048 исполнительными блоками, плюс ещё 16-ядер встроенного ИИ-ускорителя. Пропускная способность встроенной объединённой памяти ( ОЗУ + Видеопамять ) составляет 200 Гбайт/с. Процессор содержит 33,7 млрд транзисторов .

Apple M1 Max

Apple M1 Max — 10-ядерный ARM процессор, изготовляемый по 5-нанометровому техпроцесс TSMC. Чип содержит 10 ядер CPU (8 производительных и 2 энергоэффективных), 24 или 32 графических ядра GPU и 16-ядер встроенного ИИ-ускорителя. Пропускная способность встроенной объединённой памяти (ОЗУ + Видеопамять) составляет 400 Гбайт/с. Процессор содержит 57 млрд транзисторов .

Apple M1 Ultra

Apple M1 Ultra — 20-ядерный ARM процессор, используемый в компьютерах Mac Studio с 2022 года, изготовляемый по 5-нанометровому техпроцессу TSMC. Чип содержит 20 ядер CPU (16 производительных и 4 энергоэффективных), 48 или 64 графических ядра GPU и 32-ядра встроенного ИИ-ускорителя. Пропускная способность встроенной объединённой памяти (ОЗУ + Видеопамять) составляет 800 Гбайт/с. Основной особенностью M1 Ultra является архитектура UltraFusion, которая объединяет два чипа M1 Max в один гигантский процессор, содержащий 114 млрд транзисторов .

Применение чипов серии M1

Устройства, использующие Apple M1 :

MacBook Air (M1, 2020) — с ноября 2020 года (базовая модель имеет 7-ядерный GPU );
MacBook Pro (13 дюймов, M1, 2020) — с ноября 2020 по июнь 2022 года;
Mac mini (M1, 2020) — с ноября 2020 года по январь 2023 года;
iMac (24 дюйма, M1, 2021) — с апреля 2021 года по октябрь 2023 года (базовая модель имеет 7-ядерный GPU );
iPad Pro (5-го поколения) — с апреля 2021 года по октябрь 2022 года;
iPad Air (5-го поколения) — с марта 2022 года.

Устройства, использующие Apple M1 Pro :

MacBook Pro (14 и 16 дюймов, 2021) — c октября 2021 года по январь 2023 года.

Устройства, использующие Apple M1 Max :

MacBook Pro (14 и 16 дюймов, 2021) — c октября 2021 года по январь 2023 года;
Mac Studio — c марта 2022 года по июнь 2023 года.

Устройства, использующие Apple M1 Ultra :

Mac Studio — с марта 2022 года по июнь 2023 года.

Варианты

В таблице ниже представлены различные SoC на базе микроархитектур "Firestorm" и "Icestorm".


Вариант	Количество ядер CPU (П+Э)	Количество ядер GPU	Количество исполнительных блоков GPU	Количество арифметических логических блоков GPU	Поддерживаемое количество объединённой памяти	Количество транзисторов
A14 Bionic	6 (2+4)	4	64	512	4/6 ГБ	11,8 млрд
M1	8 (4+4)	7	112	896	8/16 ГБ	16 млрд
M1	8 (4+4)	8	128	1024	8/16 ГБ	16 млрд
M1 Pro	8 (6+2)	14	224	1792	16/32 ГБ	34 млрд
M1 Pro	10 (8+2)	14	224	1792		34 млрд
M1 Pro	10 (8+2)	16	256	2048		34 млрд
M1 Max	10 (8+2)	24	384	3072	32/64 ГБ	57 млрд
M1 Max	10 (8+2)	32	512	4096	32/64 ГБ	57 млрд
M1 Ultra	20 (16+4)	48	768	6144	64/128 ГБ	114 млрд
M1 Ultra	20 (16+4)	64	1024	8192	64/128 ГБ	114 млрд

См. также

Переход Mac на Apple silicon

Примечания

(амер. англ.) . GSMArena.com . Дата обращения: 25 ноября 2020. 25 января 2021 года.
Apple. . apple.com (20 апреля 2021). Дата обращения: 25 апреля 2021. 28 апреля 2021 года.
Apple. (англ.) . apple.com . Дата обращения: 4 июня 2022. 29 августа 2021 года.
. Время электроники (10 ноября 2020). Дата обращения: 25 ноября 2020.
. Apple (Россия) . Дата обращения: 25 апреля 2021. 25 апреля 2021 года.
. Apple (Россия) . Дата обращения: 25 апреля 2021. 28 апреля 2021 года.
(амер. англ.) . Apple Newsroom . Дата обращения: 12 марта 2022. 11 марта 2022 года.
(англ.) . Apple . Дата обращения: 25 ноября 2020. 10 ноября 2020 года.
(англ.) . iFixit (12 июня 2022). Дата обращения: 12 июня 2022. 11 июня 2022 года.
(англ.) . AppleInsider . Дата обращения: 12 июня 2022. 9 июня 2022 года.
. 3DNews . (10 ноября 2020). Дата обращения: 8 марта 2022. 9 марта 2022 года.
. iXBT.com . Дата обращения: 28 мая 2021. 27 мая 2021 года.
(англ.) . m1racles.com . Дата обращения: 28 мая 2021. 27 мая 2021 года.
(англ.) . Macworld (3 мая 2022). Дата обращения: 12 июня 2022. 11 июня 2022 года.
(англ.) . TechCrunch (10 июня 2022). Дата обращения: 12 июня 2022.
(англ.) . Apple Support . Дата обращения: 8 августа 2021. 21 октября 2017 года.
Lovejoy, Ben . 9To5Mac (28 января 2021). Дата обращения: 14 мая 2021. 17 декабря 2021 года.
Cunningham, Andrew (англ.) . The New York Times (18 декабря 2020). Дата обращения: 6 января 2021. 21 января 2021 года.
(англ.) . ZDNet (25 февраля 2021). Дата обращения: 1 марта 2021. 1 марта 2021 года.
↑ . 3DNews . (18 октября 2021). Дата обращения: 8 марта 2022. 9 марта 2022 года.
. 3DNews . (8 марта 2022). Дата обращения: 8 марта 2022. 8 марта 2022 года.
. iXBT.com (9 марта 2022). Дата обращения: 11 марта 2022. 12 марта 2022 года.
. iXBT.com (9 марта 2022). Дата обращения: 11 марта 2022. 12 марта 2022 года.
. support.apple.com . Дата обращения: 12 июня 2022. 11 ноября 2020 года.
(англ.) . Apple Newsroom (20 апреля 2021). Дата обращения: 12 июня 2022. 20 апреля 2021 года.