Первый процессор Apple для компьютеров: анализ характеристик M1 и тестирование производительности A14 Bionic | статьи на docronik

Сразу после вчерашней презентации Apple наши коллеги из AnandTech опубликовали большой обзор, посвященный первому процессору компании для ноутбуков и мини-ПК, M1. Сразу оговорю, что устройства с ним попадут в распоряжение AnandTech лишь через несколько недель. Но поскольку в другом чипе Apple, A14 Bionic, используется такая же архитектура, тестирование последнего дает о M1 вполне релевантное представление.

Для начала напомним предысторию перехода Apple на новую архитектуру. Впервые он состоялся в начале 1990-х, когда Apple отказалась от чипов Motorola в пользу IBM PowerPC. Вторым стал переход на процессоры Intel (x86), объявленный в 2005 году — ноутбукам не подходил ни слабенький PowerPC 7400, ни прожорливый PowerPC 970. В свою очередь нынешний переход обусловлен несколькими причинами.

Во-первых, это многолетнее, с 2015 года, буксование Intel на 14-нм техпроцессе. Впервые 10-нм техпроцесс Intel получил единственный процессор с микроархитектурой Cannon Lake, 2-ядерный Core i3 8121U, выпущенный в ноябре 2018. Он оказался неудачным и год спустя был снят с производства. Не произвела особого впечатления и следующая микроархитектура с 10-нм техпроцессом (Ice Lake), а релиз третьей (Tiger Lake) с по-настоящему перспективной 10-нм технологией SuperFin только состоялся. Согласно Intel, он эквивалентен 7-нм техпроцессу [TSMC] — при этом мобильные чипы Apple с осени этого года выпускаются на базе 5-нм техпроцесса. Так что по части техпроцесса Intel отстает от конкурентов на два года (релиз смартфонов Apple с первым 7-нм чипом A12 Bionic состоялся осенью 2018).

Во-вторых, в однопоточной производительности мобильные процессоры Apple достигли уровня топовых десктопных процессоров Intel, что хорошо иллюстрирует график снизу:

Как видим, если у топовых десктопных процессоров Intel за последние пять лет производительность выросла примерно на 28%, то у мобильных чипов Apple — почти в три раза.

В-третьих, с распространением сотовой связи 5-го поколения большую актуальность приобретает низкое энергопотребление мобильных чипов, работающих в связке с 5G-модемами. В новых продуктах Apple таких модемов нет (выход в Интернет реализуется посредством Wi-Fi 6), но их появление (возможно даже собственной разработки) в ближайшие год-два весьма вероятно.

В-четвертых, процессоры Apple для смартфонов, планшетов и будущих компьютеров имеют одинаковую архитектуру, что позволило сделать macOS Big Sur совместимой с iOS-приложениями. Возможность запускать любое из почти двух миллионов приложений App Store на мини-ПК или ноутбуке значительно повышает их функциональность и привлекательность.

Наконец в-пятых, при таких огромных масштабах производства (количество активных продуктов превышает 1.5 млрд штук) Apple выгоднее тратить деньги на разработку и производство собственных процессоров, чем покупать их у Intel с AMD. Тем более, что в компании этим занимаются не один год — первым чипом с оригинальной архитектурой стал Apple A6, установленный в iPhone 5 (2012).

Прежде чем перейти к результатам тестов, давайте сравним характеристики M1 и его больших ядер (Firestorm) с топовыми моделями Intel, AMD и IBM. Некоторые недостающие данные восполнены за счет A14 Bionic, расширенной версией которого фактически является новый чип Apple.

Apple M1Intel Core i9-10900KAMD Ryzen 9 5950XIBM POWER10 Цена$500$800? Дата релиза4 кв 20202 кв 20204 кв 20204 кв 2020 TDP125 Вт105 Вт Техпроцесс5 нм TSMC14 нм Intel7 нм TSMC7 нм Samsung Площадь кристалла~120 мм²206 мм²?602 мм² Кол-во транзисторов16 млрд??18 млрд Кол-во ядер/потоков ЦПУ4 + 410/2016/3215/60 (SMT8) Тактовая частота3 ГГц + 1.8 ГГц3.7/5.3 ГГц3.4/4.9 ГГц4 ГГц Кэш инструкций(4 x 192 Кб) + (4 x 128 Кб)10 x 32 Кб16 x 32 Кб48 Кб Кэш данных(4 x 128 Кб) + (4 x 64 Кб)10 x 32 Кб16 x 32 Кб32 Кб Задержка загрузки в кэш данных3 такта4 такта4 такта? Кэш L212 Мб + 4 Мб2.5 Мб
8 Мб30 Мб Кэш L3—16 Мб64 Мб120 Мб Ширина декодера инструкций8 операций за такт4 операции за такт5 операций за такт8 операций за такт Буфер очереди декодированных инструкций (кол-во загруженных / размещенных микроопераций)148-154
~106128
7244
64? Буфер переупорядочения (ROB)630 инструкций352 инструкций256 инструкций? Скорость выполнения FADD (кол-во операций за такт)
задержка (кол-во тактов)4
31
?2
6.5? Скорость выполнения FMUL (кол-во операций за такт)
задержка (кол-во тактов)4
41
?2
6.5? ГПУ8 ядер
(128 EU)UHD Graphics 630
(24 EU)——

Как видим, по этим показателям (за исключением количества ядер и тактовой частоты) мобильный Apple M1 превосходит самые топовые процессоры Intel, AMD и IBM. По некоторым параметрам (в частности, размеру кэша 1-го уровня) разница просто огромная, Очевидно это и сыграло ключевую роль в высоких результатах одноядерной (Firestorm) производительности, достигнутых чипом A14 Bionic в бенчмарках SPEC2006 и GeekBench 5. Касательно критического отношения к последнему наши коллеги из AnandTech отмечают, что от SPEC2006 (особенно в операциях с плавающей точкой) он отличается меньшим требованиями к объему оперативной памяти, поэтому претензии к этому бенчмарку не вполне обоснованы. Правда, в прежних обзорах редакторы AnandTech отзывались о GeekBench 5 с несколько бо́льшим скепсисом, отдавая предпочтение SPEC2006 как более десктопному, т.е. работающему с более крупными и сложными данными.

Итак, вот как выглядят результаты тестов:

Qualcomm Snapdragon 865+ Apple A13 BionicApple A14 BionicIntel Core i9-10900KAMD Ryzen 9 5950X SPEC2006 — целочисленные вычисления36.15
(53%)52.82
(77%)63.34
(92%)58.58
(85%)68.53 SPEC2006 — вычисления с плавающей точкой49.36
(52%)70.28
(75%)88.64
(94%)75.11
(80%)94.08 GeekBench 5983
(59%)1,339
(81%)1,603
(97%)1,467
(89%)1,655

Здесь мы видим, что большое ядро A14 Bionic демонстрирует быстродействие почти на уровне самого производительного в этих двух бенчмарках процессора, Ryzen 9 5950X. При том, что без оперативной памяти топовый десктопный процессор AMD потребляет электроэнергии почти в 10 раз больше, чем мобильный процессор смартфона iPhone 12 вместе с оперативной памятью (49 Вт vs 5 Вт). Максимальное энергопотребление M1 по сравнению с A14 очевидно больше (судя по графику на презентации Apple — около 18 Вт), но у него и результат будет лучше (хотя конечно далеко не пропорционально росту потребления электроэнергии). Во всяком случае на презентации M1 компания заявила, что большое ядро этого процессора — самое производительное в мире.

Таким образом, переход Apple на собственные чипы представляется своевременным — с релизом A14 и M1 они достигли, если не превзошли, уровень топовых десктопных процессоров в одноядерной производительности. Полностью завершить этот переход планируется в течение ближайших двух лет, т.е. к концу 2023 года. Насколько своевременно и полно будет реализован такой план зависит от разработчиков, которым предстоит адаптировать свои приложения для новой платформы, а также от графической производительности компьютеров Apple. У Mac Pro требования к ним намного выше, чем у ноутбуков, поэтому встроенного ГПУ будет недостаточно. Компании предстоит либо реализовать возможность использования дискретных видеокарт AMD и Nvidia, либо разработать собственные видеокарты, либо просто отказаться от производства Mac Pro.

В любом случае наступает эпоха массовых компьютеров c архитектурой ARM — спустя полтора десятка лет тотального господства x86. И это безусловно историческое событие. Но едва ли в мире найдется кто-нибудь, кто в ближайшие годы рискнет реализовать нечто подобное. Apple единственная корпорация в мире, которая самостоятельно занимается разработкой как операционных систем, так и процессоров (для массового рынка). Когда-то она начиналась как производитель компьютеров, а спустя годы после релиза iPhone смартфоны стали её основным бизнесом. Который, в свою очередь, задал новый тренд в разработке теперь уже будущих компьютеров.

Источник: gadgets-news.ru