Apple анонсировала M1 Pro и M1 Max: гигантские новые SoC на архитектуре ARM с полной производительностью

Сегодняшний основной доклад Apple Mac был очень насыщенным — компания анонсировала новую линейку устройств MacBook Pro на базе двух различных новых SoC в линейке Apple Silicon: M1 Pro и M1 Max.

M1 Pro и Max представляют собой продолжение прошлогоднего M1, процессора Mac первого поколения Apple, который стал первым этапом для Apple в реализации планов по замене процессоров на архитектуре x86 чипами собственного дизайна. M1 был успешным для Apple, продемонстрировав фантастическую производительность при невиданной доселе энергоэффективности на рынке ноутбуков. Хотя M1 достаточно быстрый, это все еще был небольшой SoC. Он предназначался, в первую очередь, для таких устройств, как iPad Pro. Соответственно, у него более низкий TDP, уступающий более производительным и мощным чипам от конкурентов.

Сегодняшние два новых чипа стремятся изменить эту ситуацию. При этом Apple делает все возможное для повышения производительности, увеличивая количество ядер процессора и графического процессора, плюс инвестируя в разработку электронных компонентов. Компания вкладывает в это направление весьма немалые средства.

M1 Pro: 10-ядерный процессор, 16-ядерный графический процессор, 33,7 млрд транзисторов в 245 мм²

Первым из двух чипов, которые были анонсированы, был M1 Pro. Он стал основой для того, что Apple называет бескомпромиссными SoC для ноутбуков.

Apple начала презентацию с показа упаковки SoC, M1 Pro сохраняет собственный дизайн упаковки. Apple упаковывает чип SoC вместе с чипами памяти на одной органической печатной плате, что контрастирует с другими традиционными чипами, такими как AMD или Intel, где используются отдельные модули для DRAM. Подход Apple, вероятно, значительно повышает энергоэффективность и компактность.

Компания рассказала о том, что она удвоила пропускную способность шины памяти для M1 Pro по сравнению с M1. Тем самым завершен переход от 128-битного интерфейса LPDDR4X к новому 256-битному интерфейсу LPDDR5, с заявленной пропускной способностью памяти до 200 ГБ/с. Мы не знаем, является ли эта цифра точной или приблизительной, но стандарт LPDDR5-6400 как раз соответствует 204,8 ГБ/с.

В презентации Apple продемонстрировала снимки как M1 Pro, так и M1 Max, чтобы мы увидели макет чипа и деление на блоки. Начнем с контроллеров памяти, которые теперь в углах SoC, а не по краям, как на M1. Из-за увеличенной ширины интерфейса контроллеры памяти стали занимать довольно большую часть SoC. Еще более интересным является тот факт, что Apple теперь, по-видимому, использует два блока кэша системного уровня (SLC) непосредственно за контроллерами памяти.

Блоки кэша на системном уровне Apple отличаются тем, что обслуживают весь SoC, и способны увеличить пропускную способность, уменьшить задержку или просто сэкономить электроэнергию, избегая транзакций с памятью вне кристалла, что значительно повышает общую энергоэффективность. Этот блок SLC нового поколения выглядит совсем иначе, чем у M1. Ячеек SRAM больше, чем в M1, поэтому, хотя мы не можем точно подтвердить это прямо сейчас, это может означать, что в каждом блоке SLC 16 МБ кэша — для M1 Pro это будет 32 МБ общего кэша SLC.

Что касается процессора, Apple сократила количество энергоэффективных ядер с 4 до 2. Мы не знаем, будут ли эти ядра похожи на ядра M1 по эффективности или Apple приняла IP нового поколения от A15 SoC — но ясно, что новый iPhone SoC имеет некоторые более крупные микроархитектурные изменения.

Что касается производительных ядер, Apple удвоила их количество до 8. Производительные ядра Apple были чрезвычайно впечатляющими на M1, однако отставали от других 8-ядерных SoC с точки зрения общей многопоточной производительности. Удвоение ядер должно продемонстрировать огромное повышение производительности в многопотоке.

На снимке мы видим, что Apple зеркалирует два 4-ядерных блока, кэши L2 также зеркалируются. Хотя Apple пишет 24 МБ L2, я думаю, что это скорее конфигурация 2x12 МБ аналогично конфигурациям AMD. В таком случае синхронизация двух кластеров производительных ядер будет проходить через внутреннюю шину и SLC. Здесь можно лишь предполагать, но это предположение имеет смысл, учитывая показанный макет.

Что касается производительности процессора, Apple провела некоторые сравнения с конкурентами. В частности, сравниваемые здесь SKU Core i7-1185G7 от Intel и Core i7-11800H, 4-ядерные и 8-ядерные варианты новейших процессоров Intel Tiger Lake по техпроцессу 10nm 'SuperFin'.

Apple утверждает, что в многопоточной производительности новые чипы значительно превосходят любые конкурентные чипы от Intel, причем при более низком энергопотреблении. Представленные кривые производительности и мощности показывают: при равном энергопотреблении в 30 Вт новые M1 Pro и Max в 1,7 раза быстрее по пропускной способности процессора, чем 11800H, кривая мощности которого чрезвычайно крутая. В то же время при равных уровнях производительности — пиковой у 11800H — новый M1 Pro/Max достигает тех же показателей при энергопотреблении ниже на 70%. Эти результаты на голову выше того, что есть у Intel.

Наряду с мощными процессорными блоками Apple также радикально масштабирует свою кастомную архитектуру GPU. M1 Pro теперь оснащен 16-ядерным графическим процессором с заявленной вычислительной способностью 5,2 терафлопс. Он идет в паре с гораздо более широкой шиной памяти и, предположительно, 32 МБ SLC. Это аналогично подходу AMD с их GPU Infinite Cache.

Производительность графического процессора Apple, как утверждается, значительно превосходит производительность интегрированной графики конкурентов предыдущего поколения. По этой причине компания решила провести прямые сравнения с дискретной графикой ноутбуков среднего класса — GeForce RTX 3050 Ti 4 ГБ. По результатам тестов чип от Apple показал аналогичную производительность, используя на 70% меньшую мощность. Правда, неясно что такое 30 Вт — является ли это общей мощностью SoC или системы. Возможно, Apple просто сравнивает сам блок графического процессора.

Наряду с GPU и CPU, Apple также отметила значительно улучшенный медиадвижок, который теперь может аппаратно ускорять декодирование и кодирование ProRes и ProRes RAW, что пригодится создателям контента и профессиональным видеографам. Apple Mac традиционно хороши для работы с видео, но аппаратно ускоренные движки для форматов RAW были бы киллер-фичей, которая станет решающей для этой аудитории.

M1 Max: 32-ядерное GPU чудовище на 57 миллиардов транзисторов и 432 мм².

Кроме M1 Pro, Apple также рассказала о «большем брате» — M1 Max. В то время как M1 Pro догоняет и опережает конкурентные ноутбуки с точки зрения производительности, M1 Max предоставляет то, чего раньше еще не было: графический процессор «‎с турбонаддувом» на 32 ядра. По сути, это больше не SoC со встроенным графическим процессором, а GPU с встроенным SoC.

Упаковка для M1 Max тоже отличается — чипы DRAM увеличились с 2 до 4, что соответствует увеличению ширины интерфейса памяти с 256-бит до 512-бит. Apple рассказывает о впечатляющей пропускной способности в 400 ГБ/с. Если это LPDDR5-6400, было бы более точным указать 409,6 ГБ/с. Такая пропускная способность неслыханна в SoC, но является нормой для производительных графических чипов.

M1 Max выглядит довольно своеобразно — во-первых, вся верхняя часть чипа над графическим процессором очень похожа на M1 Pro, указывая на то, что Apple повторно используют большую часть дизайна, и что вариант Max просто растет вниз.

Добавлены два 128-битных блока LPDDR5, причем количество блоков SLC растет вместе с ними. Если бы было 16 МБ на блок, то это представляло бы собой 64 МБ общего кэша для всего SoC. Помимо очевидного использования в GPU, мне интересно, чего могут достичь процессоры с помощью такой гигантской пропускной способности памяти.

M1 Max впечатляет количеством транзисторов. Так, Apple сообщила, что у M1 Pro их количество достигает 33,7 млрд, в то время как M1 Max включает уже около 57 млрд транзисторов. AMD, в то же время, с гордостью рассказывает о 26,8 млрд транзисторов в 7-нм графическом чипе Navi 21 на 520 мм². У Apple здесь в два раза больше транзисторов при меньшем размере чипа благодаря использованию передового 5-нм техпроцесса от TSMC. Даже по сравнению с самым большим 7-нанометровым чипом NVIDIA с 54 млрд транзисторов в серверных GA100 — M1 Max имеет большее количество транзисторов.

Что касается размеров чипов, Apple разместила на одном из слайдов M1, M1 Pro и M1 Max рядом друг с другом, и они, похоже, имеют масштаб 1:1. В этом случае M1, который мы уже знаем, составляет 120 мм², соответственно M1 Pro 245 мм², а M1 Max около 432 мм².

Большая часть чипа занята 32-ядерным графическим процессором, для которого Apple заявляет производительность в 10,4 терафлопс. Похоже, что Apple зеркалировала их 16-ядерный GPU. Первое, что приходит на ум — это 2 графических процессора, работающих в унисон, и какая-то общая логика между двумя половинами графического процессора. Мы сможем рассказать больше, как только проверим поведение системы на программном уровне.

С точки зрения производительности Apple успешно может конкурировать с лучшими предложениями на рынке, сравнивая производительность M1 Max с производительностью мобильного GeForce RTX 3080 при меньшей мощности на 100 Вт (60 Вт против 160 Вт). M1 Max и тут превосходит дискретный GPU NVIDIA, при этом потребляя на 40% меньше энергии.

Презентация нового поколения Apple Silicon стала тем, чего мы ждали больше года. Я думаю, что Apple удалось не только оправдать ожидания, но и значительно превзойти их. Как M1 Pro, так и M1 Max кардинально отличаются от всего, что мы когда-либо видели в области ноутбуков. Если M1 был неким признаком успеха Apple в их кремниевых начинаниях, то два новых чипа превосходят любые варианты, что мы видели у конкурирующих компаний.