2020 m. „Apple“ padarė drąsų žingsnį; jie atsisakė „Intel“ ir perėjo prie savo patentuoto silicio savo „MacBook“ maitinimui. Nors perėjimas prie ARM architektūros iš x86 dizaino kalbos sukėlė kelis antakius, Apple įrodė, kad visi klysta, kai „Apple“ silicio varomi „MacBook“ kompiuteriai pasiūlė neįtikėtiną našumą vatų.
Pasak kelių ekspertų, perėjimas prie ARM architektūros buvo didelė našumo / vatų padidėjimo priežastis. Tačiau naujoji Unified Memory Architecture taip pat suvaidino lemiamą vaidmenį gerinant naujos kartos „MacBook“ našumą.
Taigi, kas yra „Apple“ vieningoji atminties architektūra ir kaip ji veikia? Na, išsiaiškinkime.
Kodėl jūsų kompiuteriui reikia atminties?
Prieš įsigilinant į „Apple“ vieningą atminties architektūrą, būtina suprasti, kodėl pirmiausia reikalingos pagrindinės saugojimo sistemos, tokios kaip laisvosios prieigos atmintis (RAM).
Matote, tradicinis procesorius per a veikia 4 GHz taktiniu dažniu turbo boost. Esant tokiam laikrodžio greičiui, procesorius užduotis gali atlikti per ketvirtadalį nanosekundės. Tačiau saugojimo įrenginiai, tokie kaip SSD ir HDD, gali pateikti duomenis į centrinį procesorių tik kas dešimt milisekundžių – tai yra 10 milijonų nanosekundžių. Tai reiškia, kad nuo tada, kai procesorius baigia apdoroti duomenis, su kuriais jis dirba, ir gauna kitą informacijos paketą, jis neveikia.
Tai aiškiai rodo, kad saugojimo įrenginiai negali neatsilikti nuo procesoriaus greičio. Kompiuteriai išsprendžia šią problemą naudodami pirmines saugojimo sistemas, tokias kaip RAM. Nors ši atminties sistema negali nuolat saugoti duomenų, ji yra daug greitesnė, palyginti su SSD – ji gali siųsti duomenis vos per 8,8 nanosekundės: be galo greičiau nei šiuo metu greičiausi SSD.
Šis trumpas prieigos laikas leidžia CPU greičiau gauti duomenis, todėl jis nuolat gali peržiūrėti informaciją, o ne laukti, kol SSD atsiųs kitą paketą apdoroti.
Dėl šios konstrukcijos architektūros atminties diskų programos perkeliamos į RAM, o tada CPU pasiekiamos per procesoriaus registrus. Todėl greitesnė pirminė saugojimo sistema pagerina kompiuterio našumą, ir būtent tai Apple daro su savo Unified Memory Architecture.
Supratimas, kaip veikia tradicinės atminties sistemos
Dabar, kai žinome, kodėl reikia RAM, turime suprasti, kaip GPU ir CPU ją naudoja. Nors ir GPU, ir CPU yra skirti duomenims apdoroti, CPU yra skirtas atlikti bendrosios paskirties skaičiavimus. Priešingai, GPU sukurtas atlikti tą pačią užduotį skirtinguose branduoliuose. Dėl šio dizaino skirtumo GPU labai efektyviai apdoroja ir atvaizduoja vaizdus.
Nors CPU ir GPU turi skirtingą architektūrą, jie priklauso nuo pirminių duomenų saugojimo sistemų. Tradicinėje sistemoje su specialiu GPU yra dviejų tipų laisvosios prieigos atmintis. Tai yra VRAM ir sistemos RAM. Taip pat žinomas kaip vaizdo RAM, VRAM yra atsakinga už duomenų siuntimą į GPU, o sistemos RAM perduoda duomenis į centrinį procesorių.
Tačiau norėdami geriau suprasti atminties valdymo sistemas, pažvelkime į realų žaidimo pavyzdį.
Kai atidarote žaidimą, CPU pasirodo paveikslėlyje, o žaidimo programos duomenys perkeliami į sistemos RAM. Po to CPU apdoroja duomenis ir siunčia juos į VRAM. Tada GPU apdoroja šiuos duomenis ir siunčia juos atgal į RAM, kad CPU ekrane parodytų informaciją. Integruotos GPU sistemos atvejais abu skaičiavimo įrenginiai turi tą pačią RAM, bet pasiekia skirtingas atminties vietas.
Šis tradicinis metodas apima daug duomenų judėjimo, todėl sistema tampa neveiksminga. Norėdami išspręsti šią problemą, „Apple“ naudoja vieningos atminties architektūrą.
Kaip veikia „Apple Silicon“ vieninga atminties architektūra?
„Apple“ keletą dalykų daro skirtingai, kai kalbama apie atminties sistemas.
Bendrųjų sistemų atveju RAM prijungiama prie procesoriaus naudojant pagrindinės plokštės lizdą. Šis ryšys sumažina duomenų kiekį, siunčiamą į CPU.
Iš kitos pusės, Apple silicis RAM ir SoC montuoti naudoja tą patį pagrindą. Nors tokioje architektūroje operatyvioji atmintis nėra SoC dalis, „Apple“ naudoja tarpinį substratą (audinį), kad prijungtų RAM prie SoC. Interposer yra ne kas kita, kaip silicio sluoksnis tarp SOC ir RAM.
Palyginti su tradiciniais lizdais, kurie duomenims perduoti priklauso nuo laidų, tarpinis įrenginys leidžia RAM prisijungti prie mikroschemų rinkinio naudojant silicio jungtis. Tai reiškia, kad „Apple“ silicio varomų „MacBook“ operatyvioji atmintis yra tiesiogiai įdėta į pakuotę, todėl duomenų perkėlimas tarp atminties ir procesoriaus yra greitesnis. RAM taip pat yra fiziškai arčiau tos vietos, kur reikia duomenų (procesorių), todėl duomenys greičiau patenka ten, kur reikia.
Dėl šio skirtumo prijungiant RAM prie mikroschemų rinkinio, jis gali pasiekti didelį duomenų pralaidumą.
Be pirmiau minėto skirtumo, „Apple“ taip pat pakeitė procesoriaus ir grafikos procesoriaus prieigą prie atminties sistemos.
Kaip paaiškinta anksčiau, tradiciniuose nustatymuose GPU ir CPU turi skirtingus atminties telkinius. „Apple“, priešingai, leidžia GPU, CPU ir Neural Engine pasiekti tą patį atminties telkinį. Dėl šios priežasties duomenų nereikia perkelti iš vienos atminties sistemos į kitą, o tai dar labiau padidina sistemos efektyvumą.
Dėl visų šių atminties architektūros skirtumų Unified Memory System siūlo didelį duomenų pralaidumą SoC. Tiesą sakant, „M1 Ultra“ užtikrina 800 GB/s pralaidumą. Šis pralaidumas yra daug didesnis, palyginti su didelio našumo GPU, tokiais kaip AMD Radeon RX 6800 ir 6800XT, kurios siūlo 512 GB/s pralaidumą.
Šis didelis pralaidumas leidžia CPU, GPU ir neuroniniam varikliui pasiekti didelius duomenų telkinius per nanosekundes. Be to, „Apple“ naudoja LPDDR5 RAM modulius, kurių taktinis dažnis yra 6400 MHz M2 serijoje, kad pateiktų duomenis stulbinančiu greičiu.
Kiek vieningos atminties jums reikia?
Dabar, kai turime pagrindinį supratimą apie vieningos atminties architektūrą, galime pažvelgti, kiek jos jums reikia.
Nors Unified Memory Architecture turi keletą privalumų, ji vis tiek turi tam tikrų trūkumų. Pirma, RAM yra prijungta prie SoC, todėl vartotojai negali atnaujinti savo sistemos RAM. Be to, CPU, GPU ir Neural Engine pasiekia tą patį atminties telkinį. Dėl šios priežasties sistemai reikalingas atminties kiekis smarkiai padidėja.
Todėl, jei naršote internete ir naudojate daugybę tekstų rengyklės, jums užtektų 8 GB atminties. Tačiau jei dažnai naudojate „Adobe Creative Cloud“ programas, 16 GB variantas yra geresnis pasirinkimas, nes galėsite sklandžiau redaguoti nuotraukas, vaizdo įrašus ir grafiką savo kompiuteryje.
Taip pat turėtumėte apsvarstyti M1 Ultra su 128 GB RAM, jei treniruojate daug gilaus mokymosi modelių arba dirbate su vaizdo įrašų laiko juostomis su daugybe sluoksnių ir 4K filmuotos medžiagos.
Ar vieninga atminties architektūra yra gera?
„Apple“ silicio vieninga atminties architektūra atlieka keletą kompiuterio atminties sistemų pakeitimų. Nuo RAM prijungimo prie skaičiavimo vienetų keitimo iki atminties architektūros iš naujo apibrėžimo, „Apple“ keičia atminties sistemų kūrimą, kad pagerintų jų sistemų efektyvumą.
Be to, naujoji architektūra sukuria lenktynių sąlygas tarp procesoriaus, GPU ir neuroninio variklio, padidindama sistemai reikalingą RAM kiekį.