В 2020 году Apple сделала смелый шаг; они отказались от Intel и перешли на собственный кремний для питания своих MacBook. Хотя переход на архитектуру ARM с языка дизайна x86 вызвал некоторое недоумение, Apple доказали, что все были неправы, когда MacBook на базе кремния Apple предлагали умопомрачительную производительность в расчете на ватт.
По мнению нескольких экспертов, переход на архитектуру ARM стал серьезной причиной увеличения соотношения производительность/ватт. Однако новая унифицированная архитектура памяти также сыграла решающую роль в повышении производительности MacBook нового поколения.
Итак, что такое унифицированная архитектура памяти Apple и как она работает? Что ж, давайте узнаем.
Зачем вашему компьютеру нужна память?
Прежде чем перейти к унифицированной архитектуре памяти Apple, важно понять, почему в первую очередь необходимы первичные системы хранения, такие как оперативная память (ОЗУ).
Видите ли, традиционный процессор работает на тактовой частоте 4 ГГц в течение Турбо ускорение
. На этой тактовой частоте процессор может выполнять задачи за четверть наносекунды. Однако накопители, такие как твердотельные накопители и жесткие диски, могут передавать данные в ЦП только каждые десять миллисекунд — это 10 миллионов наносекунд. Это означает, что в то время, когда ЦП завершает обработку данных, над которыми он работает, и получает следующий пакет информации, он простаивает.Это ясно показывает, что накопители не могут угнаться за скоростью процессора. Компьютеры решают эту проблему, используя первичные системы хранения, такие как ОЗУ. Хотя эта система памяти не может хранить данные постоянно, она намного быстрее по сравнению с твердотельными накопителями — она может отправлять данные всего за 8,8 наносекунды: бесконечно быстрее, чем самые быстрые твердотельные накопители на данный момент.
Это малое время доступа позволяет ЦП быстрее получать данные, что позволяет ему непрерывно обрабатывать информацию, а не ждать, пока твердотельный накопитель отправит еще один пакет для обработки.
Благодаря такой архитектуре программы, хранящиеся в накопителях, перемещаются в ОЗУ, а затем ЦП обращается к ним через регистры ЦП. Следовательно, более быстрая первичная система хранения повышает производительность компьютера, и именно это Apple делает со своей унифицированной архитектурой памяти.
Понимание того, как работают традиционные системы памяти
Теперь, когда мы знаем, зачем нужна оперативная память, нам нужно понять, как ее используют GPU и CPU. Хотя и GPU, и CPU предназначены для обработки данных, CPU предназначен для выполнения вычислений общего назначения. Напротив, GPU предназначен для выполнения одной и той же задачи на разных ядрах. Из-за этой разницы в конструкции GPU очень эффективен при обработке и рендеринге изображений.
Хотя ЦП и ГП имеют разные архитектуры, они зависят от основных систем хранения для получения данных. В традиционной системе с выделенным графическим процессором существует два типа памяти с произвольным доступом. Это VRAM и системная RAM. Видеопамять, также известная как видеопамять, отвечает за отправку данных в графический процессор, а системная оперативная память передает данные в центральный процессор.
Но чтобы лучше понять системы управления памятью, давайте рассмотрим реальный пример того, как вы играете в игру.
Когда вы открываете игру, в дело вступает центральный процессор, а программные данные для игры перемещаются в системную оперативную память. После этого CPU обрабатывает данные и отправляет их в VRAM. Затем графический процессор обрабатывает эти данные и отправляет их обратно в ОЗУ, чтобы ЦП отображал информацию на экране. В случае системы с интегрированным графическим процессором оба вычислительных устройства совместно используют одну и ту же оперативную память, но имеют доступ к разным местам в памяти.
Этот традиционный подход предполагает перемещение большого количества данных, что делает систему неэффективной. Чтобы решить эту проблему, Apple использует унифицированную архитектуру памяти.
Как работает унифицированная архитектура памяти на Apple Silicon?
Apple делает несколько вещей по-другому, когда дело доходит до систем памяти.
В случае общих систем оперативная память подключается к ЦП с помощью разъема на материнской плате. Это соединение ограничивает объем данных, отправляемых на ЦП.
С другой стороны, Яблочный кремний использует одну и ту же подложку для монтажа оперативной памяти и SoC. Хотя ОЗУ не является частью SoC в такой архитектуре, Apple использует промежуточную подложку (Fabric) для подключения ОЗУ к SoC. Промежуточный элемент — это не что иное, как слой кремния между SOC и оперативной памятью.
По сравнению с традиционными сокетами, которые используют провода для передачи данных, интерпозер позволяет ОЗУ подключаться к набору микросхем с помощью кремниевых переходных отверстий. Это означает, что оперативная память MacBook с кремниевым процессором Apple встроена непосредственно в корпус, что ускоряет передачу данных между памятью и процессором. Оперативная память также физически находится ближе к тому месту, где нужны данные (процессорам), что позволяет данным быстрее доставляться туда, где они нужны.
Из-за этой разницы в подключении ОЗУ к набору микросхем он может получить доступ к высокой пропускной способности данных.
В дополнение к упомянутой выше разнице Apple также изменила способ доступа ЦП и ГП к системе памяти.
Как объяснялось ранее, GPU и CPU имеют разные пулы памяти в традиционных настройках. Apple, напротив, разрешает GPU, CPU и Neural Engine обращаться к одному и тому же пулу памяти. Благодаря этому данные не нужно переносить из одной системы памяти в другую, что еще больше повышает эффективность системы.
Из-за всех этих различий в архитектуре памяти унифицированная система памяти предлагает SoC высокую пропускную способность. На самом деле M1 Ultra обеспечивает пропускную способность 800 ГБ/с. Эта пропускная способность значительно больше по сравнению с высокопроизводительными графическими процессорами, такими как AMD Radeon RX 6800 и 6800XT, которые обеспечивают пропускную способность 512 ГБ/с.
Эта высокая пропускная способность позволяет процессору, графическому процессору и нейронному движку получать доступ к обширным пулам данных за наносекунды. Кроме того, Apple использует модули оперативной памяти LPDDR5 с тактовой частотой 6400 МГц в серии M2 для передачи данных с поразительной скоростью.
Сколько единой памяти вам нужно?
Теперь, когда у нас есть общее представление об унифицированной архитектуре памяти, мы можем посмотреть, сколько ее вам нужно.
Хотя унифицированная архитектура памяти предлагает несколько преимуществ, она все же имеет некоторые недостатки. Во-первых, оперативная память подключена к SoC, поэтому пользователи не могут обновить оперативную память в своей системе. Кроме того, ЦП, ГП и нейронный движок имеют доступ к одному и тому же пулу памяти. Из-за этого резко возрастает объем памяти, необходимой системе.
Поэтому, если вы сидите в Интернете и используете множество текстовых процессоров, вам будет достаточно 8 ГБ памяти. Но если вы часто используете программы Adobe Creative Cloud, лучшим вариантом будет вариант с 16 ГБ, так как вам будет проще редактировать фотографии, видео и графику на своем компьютере.
Вам также следует рассмотреть M1 Ultra со 128 ГБ ОЗУ, если вы тренируете множество моделей глубокого обучения или работаете с временными шкалами видео с множеством слоев и кадрами 4K.
Во благо ли унифицированная архитектура памяти?
Унифицированная архитектура памяти на кремнии Apple вносит несколько изменений в системы памяти на компьютере. От изменения способа подключения ОЗУ к вычислительным блокам до переопределения архитектуры памяти — Apple меняет конструкцию систем памяти, чтобы повысить эффективность своих систем.
Тем не менее, новая архитектура создает условия гонки между процессором, графическим процессором и нейронным двигателем, увеличивая объем оперативной памяти, необходимой системе.
