Flashback: как Apple M1 развился из чипсетов Apple для iPad

Первый пользовательский чипсет Apple, Apple A4, был выпущен в 2010 году вместе с оригинальным iPad, а несколько месяцев спустя он также был представлен в iPhone 4. A4 был произведен Samsung и использовал улучшенное ядро ​​​​процессора Cortex-A8, получившее название «Колибри».

Hummingbird был совместно разработан Samsung и Intrinsity и в 2009 году был объявлен «самым быстрым в мире процессором ARM Cortex-A8». Чтобы ядро ​​достигло своей цели в 1 ГГц, пришлось выполнить несколько настроек. Apple приобрела Intrinsity всего через несколько месяцев после того, как представила iPad. А за пару лет до этого приобрела PA Semi.

После этих ключевых приобретений Apple приступила к разработке собственных чипсетов для использования в своих портативных устройствах. Сегодняшняя история начинается в 2012 году, поскольку мы сосредоточимся на усовершенствованных чипах серии X, которые являются предшественниками новаторского Apple M1. Чипы AX используются в основном в iPad, но иногда они появляются и в Apple TV.

iPad второго поколения представил миру Apple A5 в 2011 году. В нем по-прежнему использовались стандартные компоненты, ядра ЦП Cortex-A9 от ARM и ядра графического процессора PowerVR SGX543 от Imagination. Год спустя появился iPad третьего поколения с усовершенствованной версией этого чипа, получившего название Apple A5X, который запустил игру.

A5X удвоил количество ядер графического процессора (от MP2 до MP4), а также получил новый четырехканальный контроллер памяти, обеспечивающий скорость передачи данных до 12,8 ГБ/с, что примерно в три раза превышает пропускную способность A5.

Будущие чипсеты AX будут следовать тому же плану игры — использовать то же оборудование, только больше. Планшеты больше, чем телефоны, а это означает, что они имеют большие батареи и большую площадь поверхности для рассеивания тепла, поэтому они могут работать с более мощными чипсетами.

Apple A6 примечателен тем, что представляет первое собственное ядро ​​ЦП, разработанное Apple, под названием «Swift». GPU по-прежнему исходил от Imagination. A6X немного разочаровал тем, что добавил только дополнительное ядро ​​графического процессора.

Пару лет спустя появился Apple A8X, первый в серии, в котором было расширено аппаратное обеспечение ЦП, а также GPU. Он добавил дополнительное ядро ​​Typhoon, всего три, а количество ядер графического процессора было удвоено до восьми. A9X вернулся к тому же процессору, что и обычный A9, но это было в последний раз — с тех пор все чипсеты AX будут иметь более крупные процессоры.

Чипсет Apple A10 2016 года стал первым чипсетом компании, использующим архитектуру big.LITTLE. У него было два больших ядра Hurricane и два маленьких ядра Zephyr. Год спустя у A10X было по три таких процессора, а также удвоилось количество ядер графического процессора.

Маленькие ядра отлично подходят для повышения эффективности, но наличие нескольких ядер не увеличивает производительность. Вот почему чипсет Apple A12X 2018 года только удвоил количество больших ядер ЦП (до четырех) при использовании того же количества малых ядер (тоже четырех). Графический процессор был модернизирован до 7-ядерного дизайна, 8-ядерная версия появится в 2020 году как Apple A12Z.

Давайте перенесемся в 2020 год — после нескольких лет использования процессоров Intel Apple попрощалась с ними и анонсировала первую партию компьютеров Mac на базе Apple M1. Это также ознаменовало переход от x86 к ARM, тому же набору инструкций ARM, который использовался в его iPhone и iPad.

И это не случайно, Apple M1 использовал слегка модифицированные версии компонентов A14 (чип внутри iPhone 12 и iPad Air 4-го поколения) — большие ядра Firestorm и маленькие ядра Icestorm, а также ту же архитектуру графического процессора.

Но, как мы уже видели, чтобы сделать чипсет быстрее, нужно добавить больше ядер. M1 удвоил количество больших ядер ЦП и удвоил количество графических процессоров (хотя в качестве меры экономии предлагались чипы с 7-ядерными графическими процессорами). Как и в случае с 12X, небольшие ядра процессора остались нетронутыми. Помогло то, что разработки Apple уже лидировали как по производительности, так и по эффективности (отчасти в этом заслуга TSMC), поэтому M1 с легкостью справлялся с настольными задачами, даже при пассивном охлаждении.

Чипсет Apple M2, анонсированный ранее в этом месяце, следует той же схеме, хотя на этот раз он основан на чипсете A15 (iPhone 13). У M1 были варианты Pro, Max и Ultra, у M2 наверняка тоже будут.

Они просто используют разные множители, например, M1 Pro имеет на 50% или 100% больше больших ядер ЦП, чем базовый M1, и вдвое больше ядер графического процессора. Pro сократил количество маленьких ядер до двух, но, как уже говорилось, необходимы лишь некоторые из них. Max использует ту же формулу ЦП, но предлагает в 3-4 раза больше ядер графического процессора, чем базовый M1. Ultra удваивает ресурсы процессора и графического процессора (на самом деле он состоит из двух чипов Pro).