Skip to main content

Унифицированная архитектура памяти Apple впервые привнесла изменения в Mac с чипами Apple Silicon M1. У аппаратного обеспечения есть явные архитектурные преимущества, и это одновременно и хорошо, и плохо для потребителей. Вот почему.

В июне было объявлено об унифицированной архитектуре памяти Apple (UMA). 2020 вместе с новыми процессорами Apple Silicon. UMA имеет ряд преимуществ по сравнению с более традиционными подходами к памяти и представляет собой революцию как в производительности, так и в размере.

В традиционном дизайне настольных и портативных компьютеров основная системная память, известная как ОЗУ, находится на системной шине, которая отделена от ЦП и ГП.

Обычно требуется контроллер шины, который использует прерывания, когда ЦП требуются данные из основной системной памяти. Прерывания — это аппаратные сигналы, которые различные части компьютера используют для приостановки работы других частей системы во время выполнения задачи.

Прерывания вызывают задержки в обработке системы.

Так, например, каждый раз, когда ЦП требуется доступ к данным в памяти или каждый раз, когда необходимо обновить экран, генерируется прерывание, система приостанавливается и задача завершается. Когда задача выполнена, система возобновляет общую обработку.

Прямой доступ к памяти (DMA) был введен позже, но из-за размера материнской платы и расстояния доступ к ОЗУ все еще может быть медленным. DMA — это концепция, согласно которой некоторые компьютерные подсистемы могут обращаться к памяти независимо от центрального процессора.

В DMA ЦП инициирует передачу памяти, а затем выполняет другую работу. Когда операция прямого доступа к памяти завершена, контроллер памяти генерирует прерывание, сигнализирующее центральному процессору, что данные готовы.

Доступ к ОЗУ — это всего лишь один из типов прерываний в традиционной компьютерной архитектуре. В целом, чем больше шин и прерываний, тем больше узких мест в производительности компьютера.

Система на чипе

Графические процессоры (GPU) и игровые консоли уже давно решили эту проблему, интегрируя компоненты в отдельные микросхемы, что устраняет шины и прерывания. Например, графические процессоры обычно имеют собственную оперативную память, прикрепленную к чипу, что ускоряет обработку и обеспечивает более быструю графику.

Эта система на кристалле (SoC) является новой тенденцией в разработке систем и ЦП, поскольку она увеличивает скорость и уменьшает количество компонентов, что снижает общую стоимость продуктов.

Это также позволяет системам быть меньше. Смартфоны уже давно используют конструкции SoC для уменьшения размера и экономии энергии, например, с собственной SoC Apple для iPhone ARM.

PlayStation 2 от Sony была первой потребительской игровой консолью, поставляемой со встроенной SoC под названием Emotion Engine, которая объединила более дюжины традиционных компонентов и подсистем на одном кристалле.

Чипы Apple M1 и M2 на базе ARM похожи. По сути, они представляют собой конструкцию SoC, которая объединяет процессоры, графические процессоры, основную оперативную память и другие компоненты в один чип.

В этой конструкции вместо того, чтобы ЦП имел доступ к содержимому ОЗУ через шину памяти, ОЗУ подключается непосредственно к ЦП. Когда ЦП необходимо сохранить или получить данные в ОЗУ, он просто обращается непосредственно к микросхемам ОЗУ.

С этим изменением больше не будет прерываний шины.

Интегрированная архитектура Apple M1.

Эта конструкция устраняет узкие места в шине оперативной памяти, что значительно повышает производительность. M1 Max, например, обеспечивает пропускную способность памяти 400 ГБ/с, что приближается к пропускной способности современных игровых консолей, таких как Sony PlayStation 5.

Интеграция SoC — одна из основных причин, по которой процессоры серий M1 и M2 такие быстрые, и почему современная графика уровня консольных игр, наконец, приходит на Mac.

Вот почему macOS, наконец, стала быстрой и отзывчивой после того, как десятилетиями казалась слегка резиновой.

SoC также значительно снижают энергопотребление и тепловыделение, что делает их идеальными для ноутбуков, телефонов, планшетов и других портативных устройств. Меньший нагрев также означает, что компоненты служат дольше и меньше подвержены разрушению материала с течением времени.

Тепло влияет на производительность системы с течением времени, так как оно медленно ухудшает свойства материалов, содержащихся в компонентах, что приводит к незначительному снижению производительности. Это одна из причин, по которой очень старые компьютеры со временем «тормозят», и основная причина сбоев.

«Тепло — враг электроники», как говорят в мире ЭЭ.

Процессор Apple M1 со встроенной оперативной памятью.

Процессор Apple M1 со встроенной оперативной памятью.

Недостатки встроенной памяти в Apple Silicon

Хотя дизайн SoC от Apple оказался значительным улучшением по сравнению с его традиционным дизайном, у него есть некоторые недостатки.

Первый и наиболее очевидный из них — это апгрейды: поскольку системная оперативная память содержится в самом ЦП, нет возможности впоследствии обновить оперативную память, кроме как заменить ЦП, что с современной технологией пайки устройств поверхностного монтажа (SMD) вероятно, не хотел бы делать.

Более ранние модели Mac имели блоки RAM DIMM (двухрядные модули памяти) или «флешки» памяти, которые можно было вставлять и вынимать для увеличения размера для увеличения объема памяти.

С Apple Silicon этот вариант исчезает, поскольку сами чипы оперативной памяти встраиваются в ЦП. Когда вы покупаете Apple Silicon Mac, вы застряли с тем размером оперативной памяти, который вы изначально заказали.

Другим недостатком является то, что если ОЗУ или ЦП выходят из строя, все это выходит из строя. Невозможно заменить только одну часть, вы должны сделать все сразу.

Современные материнские платы Mac настолько крошечные, что содержат в основном компоненты SMD. В большинстве случаев дешевле и быстрее просто заменить все это или просто купить новый Mac.

Другим и столь же очевидным недостатком SoC является то, что использование встроенных графических процессоров означает, что нет возможности позже обновить графическую карту вашего Mac для более быстрой или большей версии. А поскольку Apple отказывается от поддержки внешних блоков расширения графического процессора Thunderbolt в Apple Silicon, даже внешнее расширение графического процессора больше не является вариантом.

Все это, конечно же, означает, что современные компьютеры Mac все больше и больше становятся похожими на «приборы», а не на компьютеры, как мы о них традиционно думали.

В целом, это хорошо.

Это означает, что вы захотите покупать новый Mac каждые несколько лет, но улучшения производительности оправдывают этот путь обновления. По сравнению со старой традиционной архитектурой Apple на базе Intel, Apple Silicon представляет собой полную революцию с точки зрения производительности.

По мере того, как системы становятся все меньше и меньше, устройства тоже будут уменьшаться. Ноутбуки станут тоньше и легче, а время автономной работы будет увеличиваться, даже если производительность со временем будет улучшаться.

Нет сомнений, что через несколько лет Apple продвинет Apple Silicon настолько далеко, что новый Mac оправдает затраты. Время — деньги, и объем работы, которую вы можете выполнить на современных компьютерах Mac с помощью Apple Silicon, намного превышает стоимость обновления.

Вы можете прочитать больше о технических деталях Apple Silicon на веб-сайте Apple для разработчиков.