Почему миграция Mac на Apple Silicon больше, чем ARM

Некоторые наблюдатели были удивлены тем, что большие новости Apple о переходе Mac с процессоров Intel не относятся к переходу на «ARM». Вместо этого исполнительный директор Apple Тим Кук представил это как переход к Apple Silicon. Вот почему

Apple Silicon на голову выше ARM

Чип A12Z, который Apple в настоящее время использует в своем последнем LiDAR iPad Pro и своем первом переходном наборе для разработчиков Apple Silicon Mac mini, включает в себя ядра процессора ARM. Но тот факт, что процессор ARM Architecture не самая значительная причина, по которой Apple отказывается от чипов Intel на Mac.

Apple сослалась на это, сославшись на свой собственный кремний как «SoC» или «Система на чипе». За последнее десятилетие Apple разработала серию SoC, которые включают в себя практически всю логическую плату микросхем, которая потребуется типичному ПК, в единый чип, который можно массово производить и использовать на нескольких устройствах от iPhone, iPad и Apple. ТВ и даже HomePod.

Основным преимуществом этой интеграции было энергопотребление. ARM поставляла лицензионные ядра эталонного дизайна CPU, которые обеспечивали лучшую вычислительную производительность на ватт, что позволило Apple сделать ARM центральным ядром своих SoC-конструкций. Ядра ARM также являются основой для компонентов Apple серии M, которые отслеживают данные с акселерометра, гироскопа и барометра, чтобы эффективно отслеживать, как устройство движется во времени.

Apple, кремний энергопотребление для чипа производительности

Модемы базовой полосы, поставляемые Qualcomm для обработки подключения к мобильным сетям, также включают в себя процессорное ядро ​​ARM, но большая часть этих чипов основана на общем пакете компонентов и проприетарного программного обеспечения, а не только на стандартном ядре ЦП, работающем в его центре. ,

В некоторых отношениях использование Apple ARM-ядер в своих SoC аналогично использованию Unix в самой ОС. И то, и другое — это эффективные спецификации, которые стандартизируют работу технологических уровней низкого уровня. Так же, как Mac — это больше, чем просто системы Unix, SoC от Apple — это не просто процессоры ARM.

Как и в случае с модемами Qualcomm, настройки, оптимизации и дополнительные уровни проприетарной работы, которые Apple добавляет к своим SoC серии A, дают пакет, значительно более ценный, чем его базовые компоненты.

Эта реальность отражается в том, что пользовательский кремний Apple представляет собой нечто большее, чем просто «чип ARM», и помогает объяснить, почему SoC от Apple все чаще превосходят другие SoC на основе ARM, разработанные Qualcomm, Nvidia, Samsung и другими.

Apple Silicon приносит больше, чем ARM для Mac

Apple выделила ряд функций своих собственных кремниевых SoC, которые улучшат будущие Mac. Простой переход на само ядро ​​процессора ARM даже не было одним из них. Большинство преимуществ, которые Apple подчеркнула при переходе на собственный кремний, связаны с уникальными, специально разработанными функциями ее SoC.

К ним относятся высокоэффективная обработка звука, воспроизведение видео с низким энергопотреблением, расширенное управление питанием, высокопроизводительный контроллер памяти, ускорители машинного обучения, Secure Enclave, контроллер производительности, высококачественный процессор камеры, криптографическое ускорение, Neural Engine, графический процессор Apple и унифицированная архитектура памяти.

Apple особо подчеркнула преимущества использования собственного Apple Silicon с примерами, такими как ускорение задач Final Cut Pro с помощью Neural Engine. Недавно мы представили новый djay Pro AI от Alogoriddim, который также опирается на Neural Engine, чтобы обеспечить совершенно новые виды сложной обработки звука. В будущем разработчики будут все более изощренно использовать пользовательский механизм вывода Apple для решения задач машинного обучения и искусственного интеллекта, которые не являются просто функциями ARM.

Кроме того, одной из наиболее часто встречающихся проблем на современных компьютерах Mac являются их некачественные веб-камеры, предоставляющие изображения низкого качества. Современные устройства iOS используют сложный процессор обработки изображений Apple для невероятных достижений в вычислительной фотографии, которые в значительной степени основаны на этом обычном кремнии ISP. С помощью того же SoC Apple может принести эти улучшения изображения на Mac.

Уникальный дизайн TBDR Apple GPU также впервые представляет Mac графическую архитектуру с низким объемом памяти, оптимизированную для обеспечения впечатляющей производительности игр для iOS. Это тот же подход с использованием графического процессора, который использовался в Sega Dreamcast и использовался Sony для питания своего портативного PS Vita.

Некоторые сомневаются в том, что «мобильный графический процессор» может конкурировать с существующими графическими процессорами Mac, но широкая графическая архитектура Apple уже почти десять лет обеспечивает дисплеи Retina с высоким разрешением. Оптимизированные для Metal, различные игры Apple Arcade уже впечатляюще работают на устройствах iOS, в то время как высокопроизводительный Intel Mac бьет своих поклонников, пытаясь не отставать. Отчасти это может произойти из-за оптимизации названий для iOS, но это говорит о том, что новые Apple Silicon Mac не будут бороться за графику на Intel Mac.

В том же духе, устройства iOS, работающие на последних SoC от Apple, могут выполнять задачи шифрования и декодирования, которые могут быть крайне медленными на Intel Mac. Apple особо отметила, что ее Mac с современным кремнием обеспечат более высокое качество соединения SideCar с iPad, чем это возможно в настоящее время.

Эти примеры не являются общими функциями, лицензированными Apple для ARM, — они представляют собой пользовательские кремниевые разработки, разработанные в Apple. Другие производители SoC, такие как Qualcomm, разработали свои собственные реализации некоторых из этих функций, но они не являются просто компонентами типовых лицензированных проектов ARM.

Собственные процессоры Intel x86 Core также включают собственные проприетарные версии некоторых из этих функций, включая собственную интегрированную графическую карту и логику обработки мультимедиа. Желание Apple перейти от пакета Intel Core к собственному дизайну SoC указывает на то, что Apple считает, что ее собственный кремний лучше.

Кроме того, многие пользовательские оптимизации программного обеспечения, уже разработанные для iOS, такие как металлическая графика, могут быть перенесены на Mac прямо сейчас, когда оба имеют одинаковый доступ к собственному сложному кремнию Apple. В настоящее время Apple пришлось разработать две версии Metal, одну для iOS и другую для графических процессоров, используемых на Mac.

Таким образом, Apple не просто произвольно переходит от «x86 к ARM», а скорее использует свою индивидуальную работу с кремнием для повышения производительности, функциональности и глубокой интеграции своих компьютеров Mac. Переход на «ARM» является своего рода побочным эффектом желания Apple использовать свой собственный кремний. До этого момента Apple ограничивалась добавлением вспомогательного чипа, такого как T2, к своим Intel Mac для обработки пользовательских функций, таких как Touch ID и Touch Bar.

Xcode готов к использованию на Apple Silicon, и, вероятно, это было в течение некоторого времени

Поэтому говорить о том, что Apple «переходит на ARM», просто неточно и вводит в заблуждение, потому что реальный переход, который делает Apple, переместив Mac на собственные SoC, предполагает использование уже проделанной работы, чтобы сделать свой собственный Apple Silicon лидером отрасли.

Мотивация Apple не похожа на переход Microsoft на ARM

Кроме того, macOS не переходит на ARM в общем смысле, так как он не будет работать на Raspberry Pi или Qualcomm 8cx «всегда на» ПК, предназначенном для работы «Windows 10 на ARM».

Microsoft предприняла множество попыток поставить Windows на ARM, сначала с Windows RT, а затем, совсем недавно, с Windows 10 на ARM. У Apple нет причин связывать свою работу с этими усилиями, отчасти потому, что ее мотивы совершенно иные.

Похоже, что Microsoft добавила поддержку ARM в Windows, в первую очередь, для того, чтобы извлечь выгоду из маломощных мобильных чипов ARM, а также мобильных модемов для передачи данных, интегрированных в процессоры Qualcomm Snapdragon. Обратите внимание, что Microsoft не отходит от Intel; это добавляет поддержку для оборудования ARM.

Таким образом, в отличие от консолидации Apple на собственном Apple Silicon, которая дает ему возможность повторно использовать существующий код и запускать приложения iOS на новых компьютерах Mac, Microsoft преследует совсем другую цель, которая увеличивает усилия по разработке, а не объединяет их.

Использование лучших партнеров для экономии на масштабе

Переход Apple на Intel Mac в 2006 году был попыткой использовать эффект масштаба в индустрии ПК, которая отдает предпочтение Windows и Intel, а не гораздо меньшей экосистеме, разрабатывающей новые чипы PowerPC. Практически вся экономическая деятельность, связанная с ПК, стимулировала инновации и инвестиции в чипы Intel. Но продажи ПК с тех пор резко упали, и не ожидается никакого роста, способствующего быстрым инвестициям и развитию процессоров x86. Одной из причин этого является переход к мобильным технологиям в смартфонах и планшетах, причем большая часть сдвига стоимости обусловлена ​​Apple.

Параллельно разработка Apple крупной мобильной платформы для пользователей iOS и iPad привела к экономии на масштабе, отдавая предпочтение собственным пользовательским SoC Apple. Доходы Apple от мобильных устройств не только помогли финансировать сложные достижения в области пользовательского кремния, но и быстро развивали операционные системы Apple, инструменты разработки, ее собственные приложения и его стороннюю экосистему App Store.

Кроме того, есть еще одно важное событие, которое предпочитает Apple Silicon, а не Intel — передовое изготовление чипов в TSMC. В то время как Intel изо всех сил пыталась значительно улучшить дизайн своих процессоров и процесс производства чипов, партнер компании Apple по производству чипов TSMC добился последовательных успехов в обеспечении значительных и сложных достижений в производстве чипов.

Результатом является то, что конструкции Apple SoC выигрывают от эффективности производства, которая делает их меньше, быстрее, эффективнее и дешевле в производстве. Это также улучшило Apple Silicon способами, которые на самом деле не связаны с ARM.

Производство микросхем TSMC настолько сложное — отчасти из-за его собственной работы и частично приписывается американским партнерам, которые помогают ему в разработке усовершенствованного кремния, — что США усилили свою зависимость от американских производителей инструментов для проектирования микросхем, чтобы запретить TSMC выпускать микросхемы для Huawei, в соответствии с логикой, что оно получает слишком большую поддержку со стороны китайского правительства со слишком малой прозрачностью относительно того, насколько независимым является Huawei от КНР.

Независимо от достоинств этой политики, у TSMC возникла внезапная необходимость в расширении клиентской базы, чтобы компенсировать потерю бизнеса Huawei. Это удачный поворот событий для Apple, поскольку он обеспечивает большую гибкость при обработке больших или более разнообразных заказов на заказ кремния.

Тим Кук, на WWDC 2020, с кремниевой пластиной Apple

В то же время сама ARM сталкивается с аналогичными проблемами, поскольку в настоящее время она принадлежит мажоритарным акционерам Китая. По этой причине Apple также необходимо искать альтернативы интеллектуальной собственности ARM. Apple, вероятно, будет придерживаться той же дистанционной независимости от эталонных дизайнов ARM, что продемонстрировала Imagination Technologies. Apple закончила разработку собственного GPU с уменьшенной лицензионной зависимостью от Imagination. Если он сделает то же самое в отношении ARM, мы можем в конечном итоге увидеть в будущем Apple Silicon новый «процессор Apple».

Все это способствует тому, что Apple называет переход от Intel переходом на собственную технологию, а не Microsoft-подобным шагом в партнерстве с ARM для хеджирования своих ставок.