2020. gadā Apple veica drosmīgu soli; viņi atmeta Intel un pārgāja uz savu patentēto silīciju, lai darbinātu savus MacBooks. Lai gan pāreja uz ARM arhitektūru no x86 dizaina valodas radīja vairākas uzacis, Apple pierādīja, ka visi kļūdās, kad Apple silīcija darbinātie MacBooks piedāvāja pārsteidzošu veiktspēju vats.
Pēc vairāku ekspertu domām, pāreja uz ARM arhitektūru bija liels iemesls veiktspējas / vata palielinājumam. Tomēr jaunajai vienotajai atmiņas arhitektūrai arī bija izšķiroša loma jaunās paaudzes MacBooks veiktspējas uzlabošanā.
Tātad, kas ir Apple vienotā atmiņas arhitektūra un kā tā darbojas? Nu, noskaidrosim.
Kāpēc datoram ir nepieciešama atmiņa?
Pirms iedziļināties Apple vienotajā atmiņas arhitektūrā, ir svarīgi saprast, kāpēc ir nepieciešamas primārās atmiņas sistēmas, piemēram, brīvpiekļuves atmiņa (RAM).
Redzi, tradicionālais procesors darbojas ar takts frekvenci 4 GHz laikā a turbo pastiprinājums. Ar šādu takts ātrumu procesors var veikt uzdevumus ceturtdaļā nanosekundes. Tomēr atmiņas diskdziņi, piemēram, SSD un HDD, var piegādāt datus CPU tikai ik pēc desmit milisekundēm — tas ir 10 miljoni nanosekundu. Tas nozīmē, ka laikā, kad centrālais procesors pabeidz apstrādāto datu apstrādi un nākamās informācijas paketes saņemšanu, tas ir dīkstāvē.
Tas skaidri parāda, ka atmiņas diskdziņi nevar sekot procesora ātrumam. Datori atrisina šo problēmu, izmantojot primārās atmiņas sistēmas, piemēram, RAM. Lai gan šī atmiņas sistēma nevar pastāvīgi uzglabāt datus, tā ir daudz ātrāka salīdzinājumā ar SSD — tā var nosūtīt datus pat 8,8 nanosekundēs: bezgalīgi ātrāk nekā šobrīd ātrākie SSD.
Šis zemais piekļuves laiks ļauj centrālajam procesoram ātrāk saņemt datus, ļaujot tam nepārtraukti pārspēt informāciju, nevis gaidīt, kamēr SSD nosūtīs apstrādei citu partiju.
Pateicoties šai dizaina arhitektūrai, programmas atmiņas diskdziņos tiek pārvietotas uz operatīvo atmiņu, un pēc tam CPU tām piekļūst, izmantojot CPU reģistrus. Tāpēc ātrāka primārā krātuves sistēma uzlabo datora veiktspēju, un tieši to Apple dara ar savu vienoto atmiņas arhitektūru.
Izpratne par to, kā darbojas tradicionālās atmiņas sistēmas
Tagad, kad mēs zinām, kāpēc ir nepieciešama RAM, mums ir jāsaprot, kā GPU un CPU to izmanto. Lai gan gan GPU, gan CPU ir paredzēti datu apstrādei, CPU ir paredzēts vispārējas nozīmes aprēķinu veikšanai. Gluži pretēji, GPU ir paredzēts, lai veiktu vienu un to pašu uzdevumu dažādos kodolos. Pateicoties šai dizaina atšķirībai, GPU ir ļoti efektīvs attēlu apstrādē un renderēšanā.
Lai gan CPU un GPU ir atšķirīgas arhitektūras, tie ir atkarīgi no primārajām datu iegūšanas sistēmām. Tradicionālajā sistēmā ar īpašu GPU ir divu veidu brīvpiekļuves atmiņas. Šī ir VRAM un sistēmas RAM. Zināms arī kā video RAM, VRAM ir atbildīga par datu nosūtīšanu uz GPU, un sistēmas RAM pārsūta datus uz centrālo procesoru.
Bet, lai labāk izprastu atmiņas pārvaldības sistēmas, aplūkosim reālu piemēru, kā jūs spēlējat spēli.
Atverot spēli, attēlā parādās centrālais procesors, un spēles programmas dati tiek pārvietoti uz sistēmas RAM. Pēc tam CPU apstrādā datus un nosūta tos uz VRAM. Pēc tam GPU apstrādā šos datus un nosūta tos atpakaļ uz RAM, lai centrālais procesors parādītu informāciju ekrānā. Integrētas GPU sistēmas gadījumā abām skaitļošanas ierīcēm ir viena un tā pati RAM, bet tām ir piekļuve dažādām atmiņas vietām.
Šī tradicionālā pieeja ietver lielu datu kustību, padarot sistēmu neefektīvu. Lai atrisinātu šo problēmu, Apple izmanto vienoto atmiņas arhitektūru.
Kā darbojas Apple Silicon vienotā atmiņas arhitektūra?
Apple dara vairākas lietas atšķirīgi, kad runa ir par atmiņas sistēmām.
Vispārēju sistēmu gadījumā RAM ir savienota ar centrālo procesoru, izmantojot mātesplates ligzdu. Šis savienojums samazina uz centrālo procesoru nosūtīto datu apjomu.
No otras puses, Apple silīcijs izmanto vienu un to pašu substrātu RAM un SoC uzstādīšanai. Lai gan šādā arhitektūrā operatīvā atmiņa nav daļa no SoC, Apple izmanto starpposma substrātu (audumu), lai savienotu RAM ar SoC. Interposer nav nekas cits kā silīcija slānis starp SOC un RAM.
Salīdzinājumā ar tradicionālajām ligzdām, kas paļaujas uz vadiem datu pārsūtīšanai, starpnieks ļauj RAM izveidot savienojumu ar mikroshēmojumu, izmantojot silīcija caurumus. Tas nozīmē, ka ar Apple silīcija darbināmiem MacBook datoriem RAM ir tieši ievietota iepakojumā, padarot datu pārsūtīšanu starp atmiņu un procesoru ātrāku. RAM ir arī fiziski tuvāk vietai, kur dati ir nepieciešami (procesoriem), tādējādi ļaujot datiem ātrāk nokļūt tur, kur tie ir nepieciešami.
Sakarā ar šo atšķirību, savienojot RAM ar mikroshēmojumu, tā var piekļūt lieliem datu joslas platumiem.
Papildus iepriekš minētajai atšķirībai Apple mainīja arī to, kā CPU un GPU piekļūst atmiņas sistēmai.
Kā paskaidrots iepriekš, GPU un CPU tradicionālajos iestatījumos ir dažādi atmiņas baseini. Apple, gluži pretēji, ļauj GPU, CPU un Neural Engine piekļūt vienam un tam pašam atmiņas baseinam. Pateicoties tam, dati nav jāpārsūta no vienas atmiņas sistēmas uz citu, tādējādi vēl vairāk uzlabojot sistēmas efektivitāti.
Visu šo atmiņas arhitektūras atšķirību dēļ vienotā atmiņas sistēma piedāvā lielu datu joslas platumu SoC. Faktiski M1 Ultra nodrošina 800 GB/s joslas platumu. Šis joslas platums ir ievērojami lielāks, salīdzinot ar augstas veiktspējas GPU, piemēram, AMD Radeon RX 6800 un 6800XT, kas piedāvā joslas platumu 512 GB/s.
Šis lielais joslas platums ļauj CPU, GPU un neironu dzinējam nanosekundēs piekļūt lielam datu kopumam. Turklāt Apple izmanto LPDDR5 RAM moduļus ar takts frekvenci 6400 MHz M2 sērijā, lai sniegtu datus pārsteidzošā ātrumā.
Cik daudz vienotas atmiņas jums ir nepieciešams?
Tagad, kad mums ir pamatzināšanas par vienoto atmiņas arhitektūru, mēs varam noskaidrot, cik daudz tās jums ir nepieciešams.
Lai gan vienotā atmiņas arhitektūra piedāvā vairākas priekšrocības, tai joprojām ir daži trūkumi. Pirmkārt, operatīvā atmiņa ir savienota ar SoC, tāpēc lietotāji nevar jaunināt RAM savā sistēmā. Turklāt CPU, GPU un neironu dzinējs piekļūst vienam un tam pašam atmiņas kopumam. Pateicoties tam, sistēmai nepieciešamās atmiņas apjoms krasi palielinās.
Tāpēc, ja jūs sērfojat internetā un lietojat daudz tekstapstrādes programmu, jums pietiktu ar 8 GB atmiņu. Taču, ja bieži izmantojat Adobe Creative Cloud programmas, 16 GB variants ir labāks risinājums, jo jums būs vienmērīgāka fotoattēlu, videoklipu un grafikas rediģēšanas pieredze savā datorā.
Apsveriet arī M1 Ultra ar 128 GB operatīvo atmiņu, ja trenējat daudzus dziļas apmācības modeļus vai strādājat pie video laika skalām ar daudzām slāņu un 4K materiāla formām.
Vai vienotā atmiņas arhitektūra ir laba?
Apple silīcija vienotā atmiņas arhitektūra veic vairākas izmaiņas datora atmiņas sistēmās. Sākot no RAM savienojuma ar skaitļošanas vienībām maiņas līdz atmiņas arhitektūras pārdefinēšanai, Apple maina to, kā atmiņas sistēmas ir izstrādātas, lai uzlabotu savu sistēmu efektivitāti.
Tomēr jaunā arhitektūra rada sacīkšu nosacījumus starp CPU, GPU un neironu dzinēju, palielinot sistēmai nepieciešamo RAM.