Чипы Apple M1: Святой Грааль для видения Apple

Яблоко. Вы знаете, что компания «сделала это» и является бегемотом, когда либо название становится глаголом (например, Google), либо когда название компании становится более популярным, чем то, в честь чего она была названа, даже если она была придумана пару тысячелетий спустя. бывший. Это Apple.

При рыночной капитализации, достигающей 2 триллионов долларов, ВВП лишь нескольких стран превышает рыночную капитализацию компании. Если бы Apple была страной, она была бы в первой десятке, если бы ее рыночная капитализация была принята за ВВП. Трудно представить огромные цифры, и оценка Apple является образцом для этого.

Числа, оценка и денежная стоимость никогда не являются самостоятельными атрибутами. Чаще всего это подкрепляется сильным набором вещей, которые создатель денег предоставляет миру, продвигая человечество как гонку вперед к лучшей жизни. И Apple, учитывая, как долго она остается на вершине, не является исключением.

Видение Apple

Это не ежу понятно, что действия говорят громче, чем слова. Давайте подведем итоги ключевых продуктов Apple, которые произвели революцию в компьютерном мире, по одному продукту за раз:

1. iMac (1998 г.): Благодаря своей свежей яйцевидной форме он сделал персональные компьютеры «персональными».
2. iPod (2001 г.): В мире, где кассеты и компакт-диски были единственным способом прослушивания музыки (не считая тщедушных MP3-плееров того времени), появился iPod с обещанием носить «1000 песен в кармане».
3. iPhone (2007 г.): возможно, самый революционный продукт в истории технологий, iPhone объединил «телефон, устройство связи и интернет-браузер» в одном устройстве, которое можно носить в кармане; возглавляет новую технологическую волну смартфонов и карманных компьютеров.
4. MacBook Air (2008 г.): это символизировало желтый конверт, из которого Стив Джобс вынул полный ноутбук, который можно было носить с собой во времена, когда большие металлические ящики назывались ноутбуками.

Здесь не нужно много времени, чтобы понять закономерность, чтобы различить истинную полярную звезду, которую Apple держит в поле зрения при разработке технологий.

Это делается для того, чтобы уменьшить площадь «компьютеров» и сделать их более личными и доступными. Компьютеры могут быть любыми. От машины, которая покрывает всю комнату, той, которая стоит на вашем столе, до той, которая находится в вашем кармане или на вашем запястье.

Вот как они стали количественным бегемотом. Они усовершенствовали свое качественное мастерство; год за годом, продукт за продуктом.

Дизайн CISC и набор инструкций x86

Компьютеры работают с наборами инструкций (думайте об этом как о низкоуровневом коде), которые ЦП выполняет циклами. CISC, который является аббревиатурой от Complex Instruction Set Computer, представляет собой методологию проектирования ЦП, целью которой является объединение нескольких низкоуровневых операций, таких как арифметическая операция, загрузка из памяти и сохранение в памяти; все в одной инструкции, которую ЦП может выполнить за один цикл. x86 — это набор инструкций ЦП, совместимый с процессорами Intel, которые следуют такой конструкции ЦП.

Это дизайн, который очень популярен в мире ноутбуков и настольных компьютеров на протяжении десятилетий, и он по-прежнему набирает силу прямо сейчас, настолько, что у Intel была сильная монополия в индустрии ноутбуков и настольных компьютеров, поставляя чипы почти всем производителям.

Но, как показывает история, изменение является единственной константой, и эта установка, как с технологической точки зрения, так и с точки зрения бизнеса, должна была измениться.

RISC Design и появление чипов ARM

CISC был очень революционным дизайном, но он делает упор на эффективность инструкций для каждой программы. RISC (что означает «Компьютер с сокращенным набором команд»), с другой стороны, делал упор на эффективность в циклах на инструкцию. С точки зрения непрофессионала, CISC добился более быстрых вычислений за счет добавления большего количества транзисторов в аппаратное обеспечение ЦП (для работы которого требовалось больше энергии), а RISC добился этого на основе эффективного программного обеспечения. (например, компиляторы или код). Это определенно требовало меньшего количества транзисторов в оборудовании, которое потребляло меньше энергии для работы.

Вот тут-то и появился дизайн чипов ARM. ARM (аббревиатура от Acorn RISC Machine или позже названная Advanced RISC Machines) разработала чипы, соответствующие дизайну RISC. Они существовали, когда дизайн CISC и чипы Intel x86 считались нормой; но они не могли быть заменой для них. Чипы ARM не имели шансов против чипов x86, какими бы многообещающими они ни были. Один из инженеров проекта, работавший над разработками ARM, однажды заметил, что чипы работают без подключенного источника питания. На самом деле он питался от утечки из шин питания, ведущих к микросхеме ввода-вывода. Это показывает, насколько меньше энергии требовалось для работы этих чипов.

Учитывая, что ARM предлагает такие преимущества, вполне естественно, что Intel, крупнейший игрок на рынке чипов для ноутбуков и настольных компьютеров, присоединился к побеждающей стороне и использует дизайн ARM для создания своих собственных чипов. Но Intel этого не сделала. Если бы они это сделали, им пришлось бы отдать ARM значительную часть лицензионных отчислений, от которых они не были готовы отказаться. Следовательно, они вложили средства в собственную маломощную микроархитектуру; чипы Атом. Однако, учитывая тот факт, что их линейка Core работала так хорошо, они не хотели отдавать предпочтение линейке Atom над линейкой Core, которая была их дойной коровой, и рисковать убить ее. Таким образом, чипы Atom постепенно ушли в прошлое (что могло бы проложить путь в будущее), а Intel удвоила свою линейку Core. (т.е. сосредоточение внимания на том, что работает в настоящем)

ARM в Apple

Учитывая низкое энергопотребление чипов ARM, это идеально соответствует северной звезде Apple: уменьшить объем вычислений. Если чип потребляет меньше энергии, ему требуется меньше батареи для работы, и он может быть более «карманным». Apple купила PA Semi и вложила значительные средства в дальнейшие исследования, которые год за годом выпускали более быстрые процессоры для архитектуры ARM. Apple начала с использования своего кремния на всех своих маломощных вычислительных устройствах, таких как iPhone, iPod, iPad и Apple Watch. Они сделали это, внедрив конструкции SoC, что означает System on Chip. SoC (на основе архитектуры ARM) объединяет все основные различные компоненты компьютера, такие как ОЗУ, ввод-вывод, беспроводная связь, в один чип, уменьшая узкие места и дорогостоящий обмен информацией за счет соединений между этими компонентами, если бы они не были в одном чипе. . Но с точки зрения производительности он по-прежнему не был альтернативой процессору x86 для настольных ПК, и это было их самой большой проблемой.

Однако с течением времени Apple продолжала совершенствовать свой собственный кремний на базе ARM, и, как показано на графике ниже, их бионический чип A13, который использовался в линейке iPhone 11, фактически стал поворотным моментом, сделав его более мощным, чем самый мощный процессор Intel. ЦП настольного уровня.

Именно здесь выявились узкие места чипов Intel, а не просто прогнозы.

Чип M1 и появление мощных компьютеров ARM

Apple Silicon, который был основан на архитектуре ARM и питался от небольшой батареи, действительно начал обеспечивать более мощные вычисления, чем чип, которому нужен выделенный источник питания высокой мощности и другие системы, такие как вентиляторы или жидкостное охлаждение, для его охлаждения.

Этот беспрецедентный прогресс позволил Apple производить ноутбуки со своими собственными чипами Apple на базе ARM на рынке чипов на базе x86; а в ноябре 2020 года Apple выпустила линейки своих ноутбуков с собственными чипами на базе ARM, которые они назвали Apple M1 Chip.

Однако, поскольку архитектура ARM совершенно отличается от архитектуры x86, программное обеспечение, написанное для машин x86, не будет работать на устройствах на базе ARM. Значит ли это, что Apple разработала ноутбук, который не может работать ни с чем из того, что представлено на рынке? Не совсем. Вот где Rosetta от Apple, их среда перевода вступает в игру. Он действует как посредник между программным обеспечением с кодировкой x86 и чипами M1 на базе ARM.

Последствия этого в реальном мире по меньшей мере ошеломляют. Поскольку чип M1 в основном представляет собой SoC, большинство ключевых компонентов, таких как графический процессор, Neural Engine и даже оперативная память, встроены в чип, что снижает энергопотребление и повышает производительность. С незапамятных времен компании могли улучшить одно, только саботируя другое. Повышенная производительность означала повышенное энергопотребление и меньшее время автономной работы; тогда как увеличение времени автономной работы означало меньшую производительность. M1 разорвал эту петлю, опередив конкурентов.

Льюис Хилсентегер из Unbox Therapy, известного канадского технологического канала на YouTube, продемонстрировал, как он может экспортировать отредактированное видео с нового MacBook Air на базе чипа M1 почти вдвое быстрее, чем это требуется для полнофункционального MacBook Pro на базе процессора Intel. У Air нет даже вентиляторов для охлаждения чипа! Учитывая, что этот тест был проведен на программном обеспечении, которое было создано для машин x86, а не на M1 на базе ARM (спасибо, Rosetta), это абсолютное безумие с точки зрения производительности как чипа M1, так и Rosetta как механизма перевода. Мы можем только представить, какими будут производительность и прирост батареи, когда мы увидим программное обеспечение, написанное для чипов M1 на базе ARM.

Теперь это также приносит небольшую проблему, с которой Apple столкнется при внедрении чипов M1 в будущем. А именно: разработчики на заказ разрабатывают версию своего программного обеспечения специально для M1 на базе ARM. Учитывая громадность Apple, количество пользователей настольных компьютеров и ноутбуков Apple и феноменальную производительность чипов M1, разработчики не заставят себя долго ждать, особенно если учесть тот факт, что это исходит от компании, известной своим лидерством. технологических революций последовательно. Apple утверждает, что переходный период составляет 2 года. До тех пор Rosetta будет посредником между программным обеспечением x86 и M1 на базе ARM, и, глядя на его производительность, я уверен, что никто не будет жаловаться.

Говоря, что чипы M1 станут прорывом для всех производителей ноутбуков и Intel как компании, мы преуменьшаем неизбежное. С двумя ключевыми техническими устройствами, которые в настоящее время почти все носят с собой (а именно, ноутбуками / настольными компьютерами и смартфонами), работающими на одной и той же архитектуре ЦП (ARM), перекрестная совместимость приложений станет реальностью, и это один из них с MacOS Big Sur, где приложения работают на iPad и iPhone также могут работать на MacBook. M1 — это появление больших изменений в направлении портативных и настольных компьютеров, более значительных, чем iPhone. И эта последовательность в инновациях Apple показывает, насколько важно для компании иметь грандиозное видение и оставаться верным ему, чем работать ради краткосрочной денежной выгоды, сосредотачиваясь на том, что продается, а не на инновациях. Intel является образцом для последнего, сосредоточившись на линейках Core, а не на Atom, их маломощной микроархитектуре. Количественные высоты всегда следуют за качественным мастерством, и Apple находится в авангарде этой идеологии.