Der Apple M1, der erste Chip, der von Apple-Ingenieuren für ihre eigene Computerreihe entwickelt wurde, übertraf viele konkurrierende Mikroprozessoren und nahezu alle Komponenten, die in anderen Apple-Geräten verwendet wurden (insbesondere bei Single-Core-Leistungstests und Grafik-Benchmarks).
Apple war so freundlich, ein Foto des Stempels zu veröffentlichen (ein weiteres kleines Detail, das das Unternehmen AMD und Intel näher brachte, da es heute eine traditionelle Strategie für die Ankündigung neuer Prozessoren ist), und sie wurden schnell von Superfreaks wie Andrei Frumusanu von Anandtech auseinander genommen.
Wir wissen aus frühesten Ankündigungen, dass der ARM-basierte M1 ein solider Eintrag in der SoC-Kategorie sein wird.
Für Analysten wird es wahrscheinlich einfacher sein, Prozessoren zu analysieren, die aus Chiplets zusammengesetzt sind (es wird erwartet, dass eine solche CPU-Architektur die herkömmliche aus dem Weg räumt). Denn jedes Chiplet ist im Wesentlichen ein separates Stück Silizium. Um die Architektur des SoC zu verstehen, muss man ein wenig (vielleicht viel) suchen.
Blockzuweisung (auf einer zunächst nicht zugeordneten Karte) Apple M1
All diese Bemühungen kommen Wettbewerbern und denjenigen zugute, die daran interessiert sind, Siliziumgeräte effizient zu organisieren. Wie Sie wissen, besteht der beliebteste Vorteil einer gepackten Systemarchitektur, die Chiplets gegenüber monolithischen Geräten verwendet, darin, dass SoC-Lösungen schnell komplex, verwirrend und teuer werden. Dies führt dazu, dass nicht alle an Mikroschaltungen beteiligten Unternehmen in den SoC-Markt eintreten können. Das Verständnis des Designs erstklassiger Produkte und die Erforschung der neuesten Technologie sind wichtiger als die Erfahrung im Design von Verpackungschips.
M1-Funktionen
Der M1 weist eine Reihe von Besonderheiten auf.
Erstens wird sehr wenig Speicherplatz für den On-Chip-Cache-Speicher zugewiesen. Die Ingenieure von Apple konzentrierten sich auf Funktionalität und nicht auf Speicher. Die im M1 verwendete UMA-Architektur schafft Speicherplatz auf dem Chip und bietet schnellen Zugriff auf den LPDDR4X-Speicher. Mit UMA können einzelne Speicherkomponenten sowohl zwischen den CPU-Kernen als auch der GPU gemeinsam genutzt werden, um die Chipstruktur zu optimieren. Das Aufrechterhalten der physischen Nähe von Speichermodulen ist ein Konzept, das von mobilen Prozessoren entlehnt wurde, bei dem Speicher wie in einer gepackten Systemarchitektur auf den Prozessoren platziert wird. Darüber wurde bereits viel früher gesprochen - kurz gesagt, ein ähnlicher Ansatz wird bei Computern verwendet, um die Leistung und die effiziente Wärmeableitung zu verbessern, und die Architektur mobiler Geräte gewährleistet Kompaktheit und Energieeffizienz.
Ein wesentlicher Teil des M1-Chips ist dem Grafikmodul gewidmet. Sie können sich sagen, dass dies nicht überraschend ist. Und so ist es. Niemand erwartete, dass Apple die Grafikleistung opfern würde. In gewissem Maße wird dieser Ansatz auch von der mobilen Architektur übernommen.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des M1-Chip-Designs ist, dass Apple die Anzahl der logischen Zellen (anstelle von physischen Kernen) erhöht hat. Dies ist der Vorteil der Entwicklung von Prozessoren für Ihr eigenes Betriebssystem. Einige Funktionen können in die Firmware integriert werden und die CPU entladen, um komplexere Aufgaben auszuführen. Ein guter Freund von mir und ein großartiger Technologieanalyst, Paul Boldt, hat wiederholt darüber gesprochen. Einer seiner Artikel ist ein Zitat von Alan Kay, das ich in diesen Text einfügen werde: "Leute, die Software wirklich ernst nehmen, sollten ihre eigene Hardware herstellen."
Steve Jobs zitiert Alan Kay
Ein interessantes Merkmal ist die Flip-Chip-Technologie, mit der die fortschrittlichsten Mikroschaltungen zusammengebaut werden. Ich habe darüber in einem meiner vorherigen Texte geschrieben - dank der Transparenz von Silizium für Infrarotstrahlung können Sie mit einem Chip-Gerät schnell Bilder erhalten. Dieser Ansatz spart Zeit und Geld.
Durch den einfachen Zugang des Mac Mini zum M1 konnte der Chip auch während der Benchmark-Tests überwacht werden.
Mit einer Wärmebildkamera können Sie die aktiven Bereiche des Chips anhand ihrer Temperatur verfolgen. In der Abbildung unten als Beispiel gibt es einen hellgelben Fleck - dies ist ein Hochleistungskern, der aktiv ist, während der Computer ausgeführt wird. Durch den frühzeitigen Zugriff auf Benchmarks (wie Geekbench 5), die speziell für den M1-Prozessor entwickelt wurden, hat die thermische Analyse den Standort der Firestorm- und Icestorm-Kerne, der GPU und der neuronalen Prozessoren sowie vieler anderer Komponenten ermittelt.
Die Temperaturanalyse war sehr hilfreich und hat die Tür zu anderen Testmethoden geöffnet. Andere Computerplattformen (insbesondere mobile) erschweren jedoch die Analyse. Aber wenn es einen Wunsch gibt, dann wird es eine Lösung geben. Noch wichtiger ist (und natürlich auf dem Halbleitermarkt), dass Sie Erfolg haben, wenn Sie über ein ausreichendes Budget verfügen.
Single-Core-Aufnahme des M1 mit einer Wärmebildkamera (Quelle: MuAnalysis)
Während ein Großteil des Fokus auf den M1 mit seiner Architektur zu tun hat (und sollte), sind nicht nur die technischen Details für das Design und die Struktur des Prozessors interessant. M1-BGA-Substrate mit zwei nebeneinander angeordneten LPDDR4X-Speichermodulen und vollständig gekapselten BGA-DRAM-Paketen sind identisch (oder sehr ähnlich) mit den im iPad verwendeten mobilen Prozessoren der A-Serie - A12X und A12Z.
Die Röntgencomputertomographie ist wahrscheinlich das beste Werkzeug, um ein allgemeines Verständnis der komplexen Struktur eines Geräts zu erlangen und gleichzeitig Bilddetails bereitzustellen. System Plus Consulting veröffentlichte einen Überblick über die CT-Scan-Ergebnisse und analysierte die Integration von Oberflächen- und Wafer-eingebetteten Silizium-Entkopplungskondensatoren in den M1. Diese Chipinformationen sind Teil einer Standardkostenanalyse von System Plus Consulting.
Prospektive Röntgen-CT des M1-Pakets
System Plus hat kürzlich seine Kostenberichte aktualisiert, um Informationen aufzunehmen, die in den vorherigen Berichten nicht enthalten waren. Romain Fro, CEO von System Plus, sagte: „Mit dem neuen M1-Chip von Apple konnte System Plus zwei neue Analysemethoden nutzen. Wir haben einen Bericht über die Architektur des Chips erstellt und seine Oberfläche mit einem Transmissionselektronenmikroskop analysiert (zusätzlich zu unserem Standardkostenbericht, der den Chip und das Paket selbst analysiert). Die neue Berichtsmethode wird den Wert unserer Benchmarking-Dienstleistungen erheblich steigern. “
Welche Rolle spielte das iPad Pro?
Seit einigen Jahren wird viel über das iPad Pro und seinen Wert für Apple diskutiert und spekuliert. Wird das iPad Pro einen Laptop ersetzen? Diese Stellungnahme löste auch eine Diskussion über den möglichen Übergang des Tandems von mobilen Prozessoren und iOS zu Komponenten für PCs aus.
Zweifellos war das iPad Pro Teil von Apples Reise. Die Wiederholung der Chip-Architektur auf dem iPad, Macbook Air und Pro sowie auf dem Mac mini weist zweifellos auf einen Wunsch nach Verallgemeinerung hin.
M1 und A12X sind äußerlich identisch
Der Hauptparameter für die vergleichende Analyse von Produkten sind die Kosten. Competitive Intelligence-Teams bei Chip-Unternehmen müssen möglicherweise nicht weit gehen, um die Leistung anderer Produkte mit ihren eigenen Designs zu vergleichen. Ein erheblicher Wettbewerbsvorteil kann durch die Optimierung der Kostenstruktur im Vergleich zu Wettbewerbern erzielt werden. Wenn Sie die Geräte auf der Ebene der Bare-Die teilen, können Sie diese Aspekte in angemessener Granularität mit der richtigen Erfahrung, Branchenkenntnis und Simulation darstellen.
Was diesen Job wirklich spannend macht, ist die Möglichkeit, die Innovationen aufzudecken, die die Halbleiterindustrie antreiben und diesen Markt vorantreiben.
