По информации 9to5Mac, бывший инженер Apple Шак Рон (Shac Ron) рассказал, как 10 лет назад началась разработка технологии, на основе которой был создан Apple Silicon М1 с ARM-архитектурой.
Разработчик ядра Apple Шак Рон рассказал, что компания начала работу над своими обновленными чипами на ARM 10 лет назад. Именно опыт, полученный на протяжении этих лет и дал возможность сделать чип M1 для Mac таким производительным и энергоэффективным.
Рон напомнил, что первый 64-битный чип на ARM от Apple под названием A7 был выпущен в 2013 году, в нем впервые была реализована настраиваемая архитектура набора команд (Instruction Set Architecture, ISA). Это означало, что фактически архитектура ARM64 была рождена в Apple до того, как ARM закончила разработку собственного ядра на AArch64 и подготовила его к продаже по лицензии третьим сторонам.
Рон подчеркнул, что инженеры Apple начали разрабатывать ARM64 еще в 2010 году. К моменту ее запуска в 2013 году новая технология компании действительно застала конкурентов, включая Qualcomm и Samsung, врасплох.
Говоря более подробно о технических деталях, Рон заявил, что ставка Apple на развитие ARM заключалась в том, чтобы «выйти на сверхширокий уровень с низкими тактовыми частотами» и с «высшей степенью OoO» (out-of-order, внеочередность). Это позволило Apple далее использовать все больше ядер в новых чипах, а также начать с более низких тактовых частот, которые с каждым поколением компания увеличивает.
У чипа A7 было 2 ядра с частотой около 1,3 ГГц, а последний A14 имеет 6-ядерный процессор с частотой до 2,99 ГГц, 4-ядерный графический процессор и 16-ядерный нейронный движок. Mac с M1 имеют 8-ядерные процессоры с тактовой частотой 3,2 ГГц (4 высокоэффективных и 4 производительных), 8-ядерный графический процессор и 16-ядерный нейронный движок.
Задействуя суперскалярную архитектуру с высокой степенью OoO, Apple смогла успешно разрабатывать новые чипы с постоянно увеличивающимся числом транзисторов, например, в М1 их 16 миллиардов штук. Использование OoO позволило отделить набор команд внешнего интерфейса от внутреннего (бэкендового) исполнения. И все это стало возможным с помощью специальной ARM ISA, разработанной Apple.
Рон подытожил, что очень хорошая производительность чипа M1 напрямую не связана с ARM ISA, а скорее развитие ARM ISA стала таковой благодаря новаторской работе и планам Apple по улучшению производительности своего ядра, которые компания начала реализовывать в 2010 году.
Примечательно, что в конце ноября 2020 года вице-президент Apple Крейг Федериги (Craig Federighi) рассказал, что одним из ключевых ингредиентов высокой производительности мобильного чипа с относительно низким энергопотреблением стала UMA (unified memory architecture) — унифицированная архитектура памяти. В M1 все компоненты — центральный процессор (CPU), графический процессор (GPU), нейронный процессор (NPU), сигнальный процессор для обработки изображений (ISP) совместно используют один пул очень быстрой памяти, который расположен физически очень близко к чипу M1. Эта архитектура противоречит общей парадигме, применяемой в настольных ПК, где, например, происходит выделение одного пула памяти процессору, а другой — графическому процессору. Полученное в итоге увеличение производительности Mac на M1 как раз связано с отказом от такой неэффективной парадигмы как на аппаратном, так и на программном уровне. Федериги также объяснил, что уже несколько лет графическое Apple Metal API использует «отложенный рендеринг на основе тайлов», который в GPU M1 реализуется в полной мере.
22 июня 2020 года на 31-й конференции для разработчиков WWDC 2020 Тим Кук объявил об историческом событии — Apple будет использовать в Mac процессоры ARM. Это третья смена архитектуры в истории компании.
В конце июня прошлого года бывший инженер Intel Франсуа Пьедноэль (François Piednoël) рассказал, что одной из главных причин перехода Apple на ARM стали большие проблемы с качеством процессоров на микроархитектуре Skylake. Позже его слова подтвердил бывший инженер Intel Чжэн Ли (Zheng Li). Он раскрыл, что Apple начала задумываться о создании собственного процессора после того, как Intel начала продавать конкурентам Apple технологии, реализованные в первом MacBook Air.
10 ноября 2020 года Apple представила MacBook Air, MacBook Pro 13 и Mac mini на новых ARM-процессорах M1.
В конце декабря 2020 года эксперты проанализировали внутренности чипа Apple M1 и сравнили их с системой на кристалле A14 Bionic.
