Ковыряемся в чипе M1 от Apple

Автор оригинала: Don Scansen
  • Перевод
image

Apple M1, первый чип, созданный инженерами Apple и предназначенный для их собственной линейки компьютеров, превзошел многие конкурирующие микропроцессоры и почти все компоненты, используемые в других устройствах от Apple (особенно в тестах производительности на одно ядро и графических бенчмарках).

Apple была достаточно любезна, чтобы опубликовать фотографию кристалла (это еще одна небольшая деталь, которая приблизила компанию к AMD и Intel, поскольку теперь это традиционная стратегия анонса новых процессоров), и они были быстро разобраны супер-компьютерщиками – такими как Андрей Фрумусану из Anandtech.

Мы знаем из самых ранних анонсов, что M1 на базе ARM будет крепким представителем категории SoC.

Вероятно, аналитикам будет проще анализировать процессоры, собранные из чиплетов (ожидается, что такая архитектура ЦП будет вымещать традиционную). Поскольку каждый чиплет, по сути, является отдельным куском кремния. Чтобы разобраться в архитектуре SoC, нужно немного (возможно, много) присмотреться.

image

Выделение отдельных блоков (на изначально неразмеченной карте) Apple M1

Все эти усилия принесут пользу конкурентам и тем, кто заинтересован в эффективной организации кремниевых устройств. Как известно, самое популярное преимущество архитектуры упакованных систем, в которых используются чиплеты, над монолитными устройствами заключается в том, что SoC-решения быстро становятся сложными, запутанными и дорогими. Это приводит к тому, что на рынок SoC могут выходить далеко не все компании, занимающиеся микросхемами. Понимание устройства лучших продуктов в классе и исследования в области передовых современных технологий более важны, чем опыт разработки упакованных чипов.

Особенности M1


У М1 есть ряд отличительных особенностей.

Во-первых, места под кэш-память на кристалле выделено весьма немного. Инженеры Apple сосредоточились на функциональности, а не на объеме памяти. Архитектура UMA, используемая в M1 освобождает пространство на кристалле, при этом обеспечивает быстрый доступ к LPDDR4X-памяти. UMA позволяет разделять отдельные компоненты памяти как между ядрами ЦП, так и графическим процессором, чтобы оптимизировать структуру чипа. Сохранение физической близости модулей памяти — это концепция, заимствованная у мобильных процессоров, в которых память размещается поверх процессоров как в архитектуре упакованных систем. Об этом много говорили ранее – если вкратце, то подобный подход в компьютерах применяется для повышения производительности и эффективного рассеивания тепла, а архитектура, взятая из мобильных устройств, обеспечивает компактность и энергоэффективность.

Значительная часть чипа M1 выделена под графический модуль. Вы можете себе сказать, что это неудивительно. И это так. Никто и не ожидал, что Apple пожертвует производительностью графики. В какой-то мере, этот подход также взят из мобильной архитектуры.

Еще один важный аспект устройства чипа M1 заключается в том, что Apple предпочла увеличить количество логических ячеек (а не физических ядер). Таково преимущество разработки процессоров под собственную ОС – некоторые функции можно встраивать в прошивку и разгружать ЦП для выполнения более сложных задач. Мой хороший друг и отличный технологический аналитик Пол Болдт неоднократно говорил об этом. В одной из его статей приводится цитата Алана Кея, которую я вставлю и в этот текст: «Люди, которые действительно серьезно занимаются ПО, должны производить и свое железо».

image

Стив Джобс цитирует Алана Кея

Интересную возможность представляет технология flip-chip, используемая для сборки самых передовых микросхем. О ней я писал в одном из своих предыдущих текстов – она позволяет быстро получать изображения с устройством чипа за счет прозрачности кремния для инфракрасного излучения. Такой подход экономит время и деньги.

Простота доступа к M1 в Mac Mini также позволила наблюдать за чипом во время тестирования в бенчмарках.

Используя тепловизор, можно отслеживать активные области чипа по их температуре. На изображении, приведенном ниже в качестве примера, есть ярко-желтое пятно – это высокопроизводительное ядро, активное во время работы компьютера. Благодаря раннему доступу к бенчмаркам (таким как Geekbench 5), созданным специально для процессора M1, температурный анализ позволил выявить расположение ядер Firestorm и Icestorm, графического и нейронного процессоров и многих других компонентов.

Температурный анализ был очень полезен и открыл двери для других методов тестирования. Впрочем, другие вычислительные платформы (особенно мобильные) затрудняют проведение анализа. Но если есть желание, то найдется и решение. Что еще более важно (и очевидно на рынке полупроводников), если есть достаточный бюджет, то все получится.

image

Снимок M1 с тепловизора в режиме работы одного ядра (Источник: MuAnalysis)

Хотя большая часть внимания к M1 связана с его архитектурой (и так и должно быть), в дизайне и структуре процессора интересны не только технические детали. Подложки M1 BGA с двумя установленными бок о бок модулями памяти LPDDR4X и полностью инкапсулированными пакетами BGA DRAM идентичны (или очень похожи) мобильным процессорам серии A, используемыем в iPad – A12X и A12Z.

Вероятно, лучший инструмент для получения общего представления о сложной структуре устройства, при этом обеспечивающий детальность изображения — это рентгеновская компьютерная томография. Компания System Plus Consulting опубликовала обзор результатов компьютерной томографии и проанализировала интеграцию как поверхностных, так и встроенных в подложку кремниевых развязывающих конденсаторов в M1. Эта информация о чипе является частью стандартного анализа затрат от System Plus Consulting.

image

Перспективный рентгеновский снимок КТ пакета M1

System Plus недавно обновила свои доклады о затратах включив туда сведения, отсутствующие в их предыдущих отчетах. По словам генерального директора System Plus Ромена Фро, «Новый чип M1 от Apple позволил System Plus воспользоваться двумя новыми методами анализа. Мы составили отчет об архитектуре чипа и провели анализ его поверхности с помощью просвечивающего электронного микроскопа (в дополнение к нашему стандартному отчету о стоимости, в котором анализируются сами кристалл и корпус). Новая методика формирования отчетов значительно повысит ценность наших услуг в области сравнительного анализа».

Какую роль сыграл iPad Pro?


В течение нескольких лет вокруг iPad Pro и его значения для Apple, было много дискуссий и предположений. Будет ли iPad Pro заменой ноутбуку? Это мнение также вызвало обсуждение возможного перехода тандема мобильных процессоров и iOS на компоненты для персональных компьютеров.

Несомненно, iPad Pro был частью этого пути Apple. Повторение архитектуры чипа на iPad, Macbook Air и Pro, а также на Mac mini, безусловно, указывает на стремление к обобщению.

image

M1 и A12X внешне идентичны

Основным параметром сравнительного анализа продуктов является стоимость. Группам конкурентной разведки, работающим в компаниях-производителях микросхем, вероятно, не придется далеко ходить, чтобы сравнить характеристики других продуктов со своими собственными разработками. Заметное конкурентное преимущество может быть получено за счет оптимизации структуры затрат по сравнению с конкурентами. Разделение устройств на уровне «голых» кристаллов позволит раскрыть эти аспекты с разумной степенью детализации с учетом правильного опыта, понимания отрасли и моделирования.

Что делает эту работу действительно увлекательной, так это возможность раскрыть инновации, которые помогают отрасли полупроводников развиваться и двигают этот рынок вперед.




image

Вакансии
НПП ИТЭЛМА всегда рада молодым специалистам, выпускникам автомобильных, технических вузов, а также физико-математических факультетов любых других высших учебных заведений.

У вас будет возможность разрабатывать софт разного уровня, тестировать, запускать в производство и видеть в действии готовые автомобильные изделия, к созданию которых вы приложили руку.

В компании организован специальный испытательный центр, дающий возможность проводить исследования в области управления ДВС, в том числе и в составе автомобиля. Испытательная лаборатория включает моторные боксы, барабанные стенды, температурную и климатическую установки, вибрационный стенд, камеру соляного тумана, рентгеновскую установку и другое специализированное оборудование.

Если вам интересно попробовать свои силы в решении тех задач, которые у нас есть, пишите в личку.



О компании ИТЭЛМА
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.

НПП ИТЭЛМА
Компоненты для роботизированного транспорта

Комментарии 22

    +13
    Очень корявый перевод, причём местами с очень грубыми ошибками:
    Кому-то может показаться, что это неудивительно, хотя на самом деле это не так. Никто не ожидал, что Apple пожертвует производительностью графики, уменьшив пространство, отведенное под встроенный графический процессор.

    В оригинале — полностью наоборот: «Вы можете себе сказать, что это неудивительно. И это так. Никто и не ожидал, что Apple пожертвует производительностью графики».
      +1
      Внесли вашу правку, спасибо!
      +3
      температурный анализ позволил выявить расположение ядер Firestorm и Icestorm, графического и нейронного процессоров и многих других компонентов.

      Расположение основных блоков понятно из дайшота, который Apple показала на презентации.
      А вот блоки вроде видеодекодера или ISP уже имеет смысл определять тепловизором.
        +4
        A12X действительно был важным шагом на пути к M1, в планшет воткнули чип который уделал большинство ноутбуков.

        Жалко в iPadOS еще маловато софта для полноценного использования в качестве ноута.
        Но я думаю, в следующей версии когда перекомпилят софт под арм, iPadOS будет очень сильно унифицирована с macOS.

        И да у меня iPad Pro.
          +2
          Мне кажется, что на iPad может появиться два варианта работы OS — планшетный (с оболочкой как сейчас) и в виде замены ПК — с загрузкой OS X.

          Второй вариант мог бы быть доступен только на Pro линейке планшетов при подключении клавиатуры и мыши/тачпада. Это была бы отличный аналог Dex от Samsung.

          PS использую тоже iPad в сочетании с клавиатурой чехлом, это действительно очень часто заменяет ноутбук в работе.
            0
            Мне кажется, что на iPad может появиться два варианта работы OS — планшетный (с оболочкой как сейчас) и в виде замены ПК — с загрузкой OS X.
            чтобы apple повторила ошибки microsoft с их windows 8? Сомневаюсь. Основная проблема была в том, что для некоторых юзкейсов приходилось постоянно прыгать между планшетным и десктопным режимами работы
              0
              А зачем может понадобиться прыгать?
                0
                ну мне в своё время приходилось прыгать между планшетным скайпом (десктопный по непонятной причине вообще не работал) и десктопным браузером. Каждый переход в этом чудном интерфейсе в несколько нажатий.
            +1

            Зато раньше они говорили — "мы никогда не пойдём на унификацию iOS с MacOS, каждому устройству свой UI и приложения с индивидуальным типом управления".
            А вообще, адаптивная поддержка iOS/macOS в софте зависит от того, насколько будет просто собрать это всё в едином приложении, а это зависит от тулкитов, библиотек, фреймворков, а не от того что в мак зафигачили ARM-процессор. iOS-приложения всё равно будут выглядить инородно и неюзабельно на macOS, как и наоборот (вспоминаем Windows 8 с плиточными приложениями). Привлечь разработчиков и подтолкнуть их писать такие приложения может только инфраструктура для создания именно адаптивных UI, адаптивных для каждого класса устройств, с разным управлением и размерами экранов (телефон/планшет/декстоп), и чтобы это не было столь сложно, чтобы забить на эту идею и писать исключительно для iOS/macOS. У эпл на этот счёт карт-бланш, так как они работают в собственной экосистеме и могут подгонять её под свои нужды, но насколько хорошо это будет реализовано (а значит и экономически выгодно для обычного разработчика) — пока под вопросом.

              0
              flutter решает проблему разработки на разные архитектуры, включая разный UI
                +1

                Flutter решает более глобальную проблему различных ОС, в первую очередь. У apple задача несколько проще, как минимум за счёт того что они используют одни и те же компоненты в своей экосистеме. Почему бы apple не иметь нативное решение, а полагаться на гугловский flutter?

                0
                Кто на айпаде, инстаграм уже запилили или он до сих пор в режиме совместимости с айфона работает?
              +1
              «вымещать» — это гибрид вытеснения и замещения?
                –2
                Интересно, а Эппл начнет указывать производительность своего нового процессора? А то если для телефонов и планшетов это не особо важно, то для настольных компьютеров неплохо было-бы иметь сравнение с существующими процессорами. Раньше можно было отталкиваться от спецификаций самих процессоров, от количества ядер и частоты, то как быть с новым процессором?
                  +1

                  А производительность процессора это что и как указывается?


                  от количества ядер и частоты

                  Вы же наверняка знаете частоту M1. И знаете что они при 3.2 ГГц рвут в клочья 5-гигагерцовых конкурентов. Много вам о производительности M1 сказала их частота?

                    0
                    Интересно, а Эппл начнет указывать производительность своего нового процессора?

                    «В Х раз быстрее старого», как всегда.
                    0
                    Конечно конкурент х86 и особенно интела нужен, но пока, я думаю, переходить на армы ещё рано. Всё пока сыро, с драйверами (особенно под линуксом) множество проблем, и хвалённая экономичность при появление всё более мощных арм-процессоров становится всё менее очевидно. Лично я буду сидеть на своем core 2 duo до скончание времён.
                      –2
                      Спасибо, было интересно почитать про М1.

                      Но непонятно, какое отношение эта статья — да ещё и переводная — имеет отношение к вашей компании, работающей в сфере автоиндустрии? Другие ваши статьи полностью отвечают автомобильной тематике.

                      Напрашивается желание лишний раз прорекламировать компанию и вакансии…
                      К слову, работать жестко с 9 до 17:30 — прошлый век. Вы не находите?
                        +1
                        Попробую предположить, что сейчас автоиндустрия — это на 50-70% электроника, процессоры и софт.
                          –4
                          Пусть даже на 80%. Процессор Apple M1 не имеет прямого отношения к автоэлектронике.
                            0
                            Скоро будет иметь.
                              –2
                              Вот тогда статья об этом чипе от НПП ИТЭЛМА и будет кстати.

                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                      Самое читаемое