Apple Silicon M1 prestazioni, architettura e benchmark : tutto quello che devi sapere

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Silicon M1 SoC di Apple è una soluzione potente per computer Mac e MacBook. Ecco uno sguardo più attento a ciò che l’M1 offre e a ciò che lo rende così potente.

Il chip M1 ad alte prestazioni di Apple è il primo di una famiglia di processori che l’azienda utilizzerà nella sua linea di Mac. Finora, il MacBook Air da 13 pollici, il MacBook Pro da 13 pollici e il Mac mini sono stati aggiornati con l’M1. Entro due anni, Apple ha promesso di passare ogni modello di Mac ad Apple Silicon. Ciò significa che il MacBook Pro più grande, l’iMac e l’iMac Pro, e anche il Mac Pro top di gamma, funzionerà con chip simili all’M1. Molti avrebbero potuto pensare in precedenza che sarebbe stato impossibile ottenere prestazioni sufficienti per competere con le migliori CPU Intel e AMD, ma Apple sembra averlo fatto.

Apple ha proposto i suoi processori della serie A come competitivi rispetto a quelli che si trovano nei PC portatili per diversi anni. Il primo vero suggerimento che il gigante della tecnologia passasse effettivamente da Intel ai propri chip è arrivato durante la Worldwide Developers Conference del 2020, generando molte speculazioni sulla possibilità che Apple Silicon potesse effettivamente competere a quel livello. Molti sostengono di essere passati dal lavoro su un computer a quello su un iPad Pro, ma la maggioranza sceglie ancora un laptop o un desktop per uso professionale. Con la presentazione dell’M1, il confronto un po’ ipotetico di un iPad che sostituisce un computer è diventato improvvisamente una vera e propria sfida per i produttori di chip per PC, e se Apple Silicon può davvero superare le prestazioni delle CPU dei PC, le vendite dei Mac potrebbero vedere una rapida accelerazione.

L’M1 di Apple è un sistema a basso consumo su chip (SoC) e si adatta perfettamente a un laptop o a un piccolo desktop a involucro. Comprende una CPU a otto core con quattro core focalizzati sull’efficienza energetica e quattro progettati per la velocità, che secondo Apple fornisce le migliori prestazioni al mondo per watt. Si dice che i core di efficienza utilizzino un decimo della potenza dei core di prestazione, ma ciascuno di essi corrisponde al MacBook della generazione precedente con un Intel Core i3. Tutti i core possono essere utilizzati insieme per compiti intensivi e Apple sostiene che le prestazioni sono triplicate rispetto al MacBook con un Intel Core i7. Allo stesso tempo, la durata della batteria è aumentata notevolmente. Ci sono otto core di GPU, che si dice abbiano sei volte le prestazioni della grafica integrata di Intel. Il SoC ha un sacco di silicio personalizzato, contenente un motore neurale a 16 core, un processore di segnali immagine per migliorare la qualità video, Secure Enclave per prevenire l’accesso non autorizzato, un controller di archiviazione per la crittografia dei file basati su hardware, motori di codifica/decodifica video e un controller Thunderbolt che supporta USB 4.

È una lunga lista di componenti da impacchettare su un solo chip. La cache di memoria a bordo è accessibile da tutti i componenti del chip, il che elimina il tempo e le risorse necessarie per copiare i dati. L’unico limite finora individuato è il tappo di 16 gigabyte di memoria che, pur essendo generoso rispetto ai dispositivi iPhone e iPad, manca rispetto ai precedenti MacBook Pro e Mac mini con un massimo rispettivamente di 32 e 64 gigabyte.

Il vantaggio di Apple e il futuro del SoC

Il chip Apple Silicon M1 è il risultato di oltre un decennio di perfezionamento. Nel corso degli anni, il design basato su ARM di Apple è stato migliorato con sempre più silicio personalizzato che offre prestazioni single-core molto più elevate rispetto ai chip ARM di Samsung o Qualcomm. Apple ha il vantaggio di un controllo completo del design con i suoi tablet e smartphone e questo permette l’ottimizzazione di ogni componente hardware, del sistema operativo (OS) e di un’ampia varietà di applicazioni. Apple ha un grado di intuizione e di controllo che pochi, se non nessuno, può vantare un grado così elevato. I miglioramenti dei componenti di un chip sono intesi in modo olistico, tenendo conto di come possono essere implementati nel sistema operativo e nel software per migliorare le prestazioni. Quando nuovi componenti vengono aggiunti come silicio personalizzato in una generazione futura, gli aggiornamenti del sistema operativo vengono eseguiti simultaneamente per sfruttare immediatamente al meglio i miglioramenti. È un vantaggio significativo avere questo controllo dall’alto verso il basso piuttosto che offrire un miglioramento del chip che si spera possa essere preso in considerazione in futuro dagli sviluppatori del sistema operativo e delle applicazioni.

Il chip Apple Silicon M1 è in realtà un sistema su un chip (SoC), quindi sono inclusi la CPU, la GPU, il Neural Engine, la cache di memoria veloce, i controller per l’ingresso e l’uscita esterna, la memoria e lo storage, oltre a diversi componenti specifici per il compito. Questo non è una novità per i processori mobili. Ogni processore per iPhone, Apple Watch e iPad è anche un SoC. Infatti la maggior parte dei processori mobili utilizza un SoC per una maggiore efficienza. Lo Snapdragon 8cx di Qualcomm ha preso un percorso simile a quello di Apple, passando da un chip mobile a un chip per computer portatile. Il nuovo SoC Lakefield di Intel combina aspetti del suo inefficace processore Atom con la sua CPU Core di grande successo per competere con questi nuovi progetti. Tuttavia, i chip a più alte prestazioni di Intel e AMD utilizzano componenti discreti, il che significa che sono separati dalla CPU. Resta da vedere se Apple Silicon sarà in grado di competere al massimo livello mentre utilizza il design SoC, ma Apple si è impegnata ad una transizione completa entro due anni. Entro il 2022, il primo Mac Pro che utilizza Apple Silicon dovrebbe essere sul mercato, se non prima. Al momento, Apple trasuda una fiducia suprema, suggerendo che nel 2021 e oltre arriveranno annunci di chip ancora più impressionanti.

CPU Apple Silicon M1 : caratteristiche tecniche e benchmark

La scheda grafica integrata nell’M1 offre 8 core (7 core nell’ingresso MacBook Air) e una prestazione di picco di 2,6 teraflop. Apple sostiene di essere più veloce di qualsiasi altra iGPU al momento dell’annuncio.

Inoltre, il SoC integra un veloce motore neurale a 16 core con una prestazione di picco di 11 TOPS (per l’accelerazione hardware AI), un enclave sicuro (ad esempio, per la crittografia), un’architettura di memoria unificata, un controller Thunderbolt / USB 4, un ISP e media de- e encoder.

L’Apple M1 comprende 16 miliardi di transistor (rispetto ai 10 miliardi dell’A12Z Bionic e quindi il doppio di un chip Tiger Lake-U come l’i7-1185G7) ed è prodotto in 5nm al TSMC.

Series Apple Apple M-Series
Clock Rate <=3200 MHz
Level 1 Cache 2 MB
Level 2 Cache 16 MB
Number of Cores / Threads 8 / 8
Transistor Count 16000 Million
Manufacturing Technology 5 nm
Features ARMv8 Instruction Set
GPU Apple M1 8-Core GPU
64 Bit 64 Bit support
Architecture ARM
Announcement Date 11/10/2020 = 20 days old

 

I benchmark

 

Il chip Apple M1 ha totalizzato 1498 punti nel benchmark a singolo nucleo Cinebench R23. I chip x86 di AMD, che sono 1 nodo dietro e non puntano a orologi molto aggressivi su core singoli (preferendo un multicore più alto), segnano fino a 1284 punti. D’altra parte, l’Apple M1 è facilmente battuto da una variante Intel a 4 core su 10 nm: l’Intel Core i7 1185G7, che è circa 1 nodo dietro il processore a 5 nm di TSMC. Ma naturalmente, i benchmark a singolo core sono puramente estetici, poiché la maggior parte delle applicazioni utilizza il multithreading.

Come possiamo chiaramente vedere con questi benchmark, l’Apple M1 non è il chip di mobilità più veloce in circolazione – di gran lunga il più veloce. Ma voglio sottolineare che il passaggio all’M1 ha perfettamente senso per Apple. Grazie al suo contratto di esclusività con TSMC, ha accesso ai nodi prima di chiunque altro e può utilizzare questo vantaggio dei nodi e combinarlo con la sua architettura ARM per aumentare significativamente i suoi margini di profitto senza dare troppe prestazioni. Infatti, per il codice nativo e per il fattore di forma mobile, le differenze di performance sono sostanzialmente trascurabili e non faranno alcuna differenza.

Le alte prestazioni, invece, sono un’altra storia. Non ho deliberatamente aggiunto alcun processore desktop a questi benchmark, ma è inutile dire che – anche i chip desktop da 14 nm di Intel distruggono l’M1. Il problema è che l’architettura ARM non ha un clock molto alto e ha perdite elevate a livelli di potenza elevati (anche questo è vero, al contrario, l’x86 non è molto buono in scenari a bassa potenza). Questo significa che i segmenti del mercato x86 sono al sicuro dall’influenza ARM di Apple – a meno che aziende come NUVIA non abbiano qualcosa da dire anche su questo.

Apple Silicon M1 vs Intel – Geekbench

La prima fase di test è stata eseguita utilizzando Geekbench 5, uno strumento di benchmarking multipiattaforma che funziona su diversi tipi di processore. Lo stesso strumento può essere utilizzato per effettuare il benchmarking sia dei processori di classe desktop che dei chip mobili, il che lo rende uno strumento ideale per esaminare l’M1 basato su ARM rispetto all’architettura x86 degli altri chip Intel.

Per questa sezione utilizziamo i test single-core e multi-core di Geekbench, come test di base di come ogni tipo di carico di lavoro viene gestito dai processori.

In termini di prestazioni single-core, l’M1 MacBook Pro supera tutti i Mac in prova, con un punteggio nettamente superiore del 54% rispetto al suo rivale più vicino, il MacBook Pro da 16 pollici. Questo lo rende più veloce di un Intel Core i9 relativamente recente, e anche lo Xeon del Mac Pro, una famiglia di chip generalmente considerata un cavallo di battaglia dell’elaborazione.

13-inch MacBook Pro
(M1)
13-inch MacBook Pro
(M1, Rosetta 2)
Mac mini
(Core i3, 2018)
Mac mini
(Core i7, 2018)
15-inch MacBook Pro
(Core i7, 2018)
15-inch MacBook Pro
(Core i9, 2018)
16-inch MacBook Pro
(Core i9, 2019)
Mac Pro
(2019)
Single-core 1705 1210 878 1103 1012 1086 1104 1022
Multi-core 7395 5416 3135 5397 5092 5707 7067 8632

 


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