M1 Pro: zatím nejvýkonnější CPU, jaké Apple vyplodil
Zhruba rok je to, co Apple vydal svůj první ARM procesor pro počítače MacBook/Mac a tak dále nazvaný M1. Nyní firma s novými modely notebooků vypustila další procesor, který posune jejich výkon opět dál. Nejde zdá se o novou generaci, ale o výkonnější derivát M1 – přesněji o dva čipy: M1 Pro a M1 Max, které mají dvojnásobek výkonných jader a silnější výkon pamětí. Ale zejména integrované grafiky, která je na poměry iGPU ohromná.
Už před časem se objevily úniky či údajné informace o tom, že Apple chystá pro výkonnější počítače procesor, který by měl deset jader, z toho osm „velkých“ a dvě „malá“ úsporná, plus samozřejmě GPU. Tehdy se zdálo, že by mohlo jít o čiplet, z nějž by Apple vyráběl spojením další výkonnější verze s 20 nebo dokonce 40 jádry (a stejně násobeným počtem výpočetních jednotek v GPU). Částečně se to asi potvrzuje, částečně možná ne. Apple teď odhalil dva zvlášť vyvinuté modely procesoru, již zmíněný M1 Pro a M1 Max, kde ale každý používá zvláštní křemík a jde v obou případech o monolitické procesory. Oba jsou určené pro notebooky MacBook Pro, modely s nimi nyní Apple představil.
Levnější z obou nových SoC se jmenuje M1 Pro (značení zřejmě kopíruje schéma jmen od telefonů Applu). Je to docela velký čip s plochou okolo 245 mm² (dle odhadu AnandTechu), což je třeba vztáhnout k tomu, že používá 5nm proces, zatímco konkurence od AMD a Intelu je dnes jen 10nm/7nm. Čip díky tomu na této ploše dle Apple obsahuje celých 33,7 miliardy tranzistorů.
Procesorová část M1 Pro odpovídá tomu, o čem dřívější úniky mluvily – CPU má osm velkých jader, přičemž možná jde o zrcadlově obrácené zdvojení čtyřjádrového bloku z čipu M1 – je možné, že jde o dva bloky čtyř jader, kde každá čtveřice má vlastní blok L2 cache, nesdílený s druhou polovinou. Apple uvádí, že celkově má osm velkých jader 24 MB L2 cache, ale mohlo by tedy možná jít i o 2×12 MB, to zatím není jasné.
Dále má procesor už jen dvě malá efektivní jádra, pro něž je poskytnuta 4MB L2 cache. Apple tedy zdá se nesleduje stejnou koncepci jako Intel, dle nějž je pro navyšování mnohovláknového výkonu výhodnější používat více efektivních/úsporných jader. Úlohou jen dvou „E-Core“ je asi čistě jen snížení spotřeby při nečinnosti, kdy systémové služby a další „pozadí“ může běžet s nižší spotřebou. Rozdíl v politice Intelu a Applu ale může být daný tím, že Apple si může dovolit víc „rozhazovat“ v počtu tranzistorů, zatímco Intel, podobně jako výrobci ARM čipů pro telefony s Androidem, se musí více ohlížet na cenu procesoru.
Kromě zmíněných L2 cache má celý procesor ještě tzv. System Level Cache (SLC) s podobnou rolí jako má L3 Cache, ovšem s tím rozdílem, že do ní mají přístup i další jednotky jako iGPU nebo akcelerátor AI – ten je zdá se 16jádrový, jako v M1 (výkon je 11 TOPS, což je zcela stejné jako hodnota uváděná pro M1). Apple kapacitu SLC neuvádí, ale na snímcích vypadá větší než než u M1, takže například AnandTech hádá, že by mohla být 32MB.
Architektura a IPC beze změny?
Architektura jader nebyla zmíněná. Ale protože je použito označení M1, je buď stejná jako v loňském procesoru (tedy velká jádra Firestorm, malá jádra Ice Storm), nebo by asi maximálně mohlo jít o velmi podobnou architekturu z čipu A15. Tam jsou velká jádra Avalanche (malá jádra jsou Blizzard), jejichž IPC je ale zdá se prakticky stejné jako u M1, takže při stejné frekvenci a stejně velkých cache by výkon jádra byl asi cca stejný.
Podle slajdů mají jádra stejné paměti cache jako loňské architektury: velké jádro má 192KB L1 pro instrukce a 128KB pro data, malé jádro 128KB pro instrukce a 64KB pro data. Každopádně se zdá, že tyto procesory stejně jako M1 ještě nepodporují SVE/SVE2 a nejsou ARMv9 kompatibilní.
Čtyřkanálové paměti v noteboocích
Procesor M1 Pro má pouzdro BGA pájené rovnou na desku. Stejně jako u M1 je u něj použitá ta specialita, že RAM je osazená přímo na procesor. To ani tak nezvyšuje výkon, jak se občas mylně komentátoři domnívají, ale umožňuje to tyto paměti a jejich řadič provozovat s nižší spotřebou, protože signál běží na kratší vzdálenost. Jinak jde ale o standardní paměti typu LPDDR běžně používané v noteboocích a mobilech.
Nové je u M1 Pro to, že Apple již přešel z LPDDR4X na novou generaci LPDDR5, zřejmě LPDDR5-6400. To by samo dávalo dobrou paměťovou propustnost, ale zároveň je také rozšířena šířka sběrnice na celkem 256 bitů, jde tedy o ekvivalent čtyřkanálového paměťového řadiče v desktopu (kde má jeden kanál 64 bitů, zde ale půjde o víc 32bitových nebo 16bitovýh kanálů). Navíc je to ale s vysokou frekvencí zatím možnou jen u LPDDR (nová DDR5 ale už brzo deficit stáhne). Paměť by údajně měla poskytovat teoretickou propustnost 200 GB/s.
Kapacita je 32 GB (na prodej ale bude i zredukovaná 16GB varianta). Je to osazeno ve dvou zřejmě vrstvených vícečipových pouzdrech po stranách samotného procesoru, jak můžete vidět na ilustračním obrázku.
Podle marketingových slajdů Applu (jako vždycky je třeba upozornit, že ty mohou být ošidné, takže s hodnocením čekejte až na nezávislé recenze) by snad spotřeba CPU měla být typicky okolo 30 W – nebo aspoň v benchmarcích, které Apple pro srovnání použil. Už M1 se čtyřmi velkými jádry se totiž dalo v některém softwaru dostat ke spotřebě 20 W nebo víc, takže je pravděpodobné, reálné TDP čipu – které si Apple nechává pro sebe – je určitě vyšší a CPU část by asi mohla být schopná i 35–40 W. Ne-li víc.
Podle Applu je výkon v jeho oficiálním srovnání při 30 W až 1,7× lepší, než co při stejných 30 W dosahuje procesor Intel Core i7-11800H (osmijádrové Tiger Lake-H od Intelu, které ovšem není nejvyšším modelem v nabídce). Opět je asi lepší počkat na oficiální testy.
Grafika s 2048 shadery
Vysoká propustnost 256bitových pamětí by asi mohla mít zajímavé dopady i na některé úlohy běžící na procesoru, ale Apple ji nejspíš implementoval hlavně s ohledem na výkon integrovaného GPU, které má stejně jako paměti dvojnásobnou „šířku“, Apple uvádí 16 jader, zatímco M1 mělo 7 nebo 8 jader dle konfigurace. Jedno jádro by mělo odpovídat 128 shaderům (podobně jako jeden blok SM u architektury Nvidia Ampere), architektura je asi zase stejná jako v M1.
16 jader by tedy mělo znamenat, že integrovaná grafika má 2048 shaderů (Apple jim říká „výpočetní jednotky“), suverénně nejvíc, co nějaké integrované grafické jádro dnes má – tedy pokud ponecháme stranou APU pro herní konzole Sony PlayStation 5 a Microsoft Xbox Series X. Vedle verze s 2048 shadery bude Apple v počítačích MacBook Pro nabízet i levnější verzi s GPU osekaným na 14 „jader“ (1792 shaderů). Podporované jsou dva externí displeje (a k tomu současně asi interní LCD notebooku). Apple neuvádí takt, ale vypadá to, že by měl být někde okolo 1,27 GHz. (Aktualizováno: takt GPU je 1296 MHz, drobně víc než u M1).
Výkon verze s 2048 shadery ve výpočtech FP32 je přímo podle Apple 5,2 TFLOPS. Pro srovnání: Radeon RX 6600M má uvedených 8,77 TFLOPS, integrované GPU Intel Iris Xe procesorů Tiger Lake-U se 768 shadery má uváděných jen 1,69 TFLOPS.
Dle marketingu Applu má iGPU procesoru M1 Pro dosahovat výkon podobný jako 100W samostatná Nvidia GeForce RTX 3050 Ti pro notebooky (ta má 2560 shaderů architektury Ampere), ale s výrazně nižší spotřebou, jen asi 30 W.
Je třeba mít na paměti, že Apple jednak má benefit pamětí LPDDR5 s výrazně menším příkonem než GDDR6, vedle toho výhodu integrovaného řešení, ale zejména pak největší bonus v tom, že jeho čip používá 5nm proces TSMC. Ten umožňuje výrazně lepší energetickou efektivitu sám o sobě – proti 8nm procesu Samsungu použitém v GPU Nvidie to zřejmě je rozdíl dvou generací výrobního procesu. Inzerovaná o 70 % lepší spotřeba tedy není úplně div. Nicméně je také dobré říct, že jde jen o oficiální srovnání. Není moc jasné, jak moc tento marketing Applu vůbec odpovídá situaci v nějakých reálných GPU úlohách, ať už ve hrách, nebo ve výpočetních aplikacích.
Na další straně: Highendová varianta M1 Max s masivním integrovaným GPU.
⠀
- Contents
- M1 Pro: zatím nejvýkonnější CPU, jaké Apple vyplodil
- M1 Max: GPU vyzývající na souboj vyšší samostatné grafiky
- Výsledek v Geekbench: stejné frekvence a stejný jednojádrový výkon jako M1?
- Na řadě jsou desktopové čipy pro Mac Pro: 20, nebo 40 jader?
