Apple объявила о замене процессоров Intel своими собственными Apple Silicon на протяжении двух ближайших лет. Наверное, эта новость стала главной сенсацией виртуальной конференции WWDC 2020. Срок выставлен весьма амбициозный, тем более что разработчикам придется адаптировать свои программные продукты, пусть даже Apple облегчила им задачу с проектами Universal и Rosetta. Но что все это значит для Intel? И какие последствия мы получим на рынке ПК?
Начнем с причин, которые побудили Apple пойти на такой шаг. Переход с PowerPC на Intel в 2005 году был мотивирован довольно просто: процессоры PowerPC перестали быть перспективными для Apple. Тогда Apple была последним крупным покупателем данных CPU, да и сейчас видно, что Apple сделала подобный шаг на пике прогресса PowerPC.
Злые языки говорят о том, что теперь перспектив нет уже у Intel. В 2005 году у "маленькой" Apple были совсем не те (финансовые) возможности по сравнению с "большой и толстой" Apple в 2020 году. Интересно, что Apple купила компанию P.A. Semi еще в апреле 2008, которая как раз занималась разработкой экономичных вариантов процессоров G5 PowerPC. Они как раз послужили основой чипа A4 в iPhone 4, первой SoC собственной разработки Apple.
Еще в 2008 году Джони Сруджи возглавил разработку собственных SoC Apple, и сейчас как раз Сруджи поведал публике о процессорах Apple Silicon в будущих Mac. Путь, который чипы A Series прошли в iPhone и iPad, теперь должен быть пройден и на Mac. Конечно, вряд ли такой шаг стал бы возможен без полной вертикальной интеграции аппаратного и программного обеспечения. Все производится/разрабатывается одним источником, поэтому можно адаптировать сразу всю экосистему. Сама Apple говорит о полной линейке новых чипов, которые компания будет выпускать. Частично такой подход знаком нам по A-Series SoC, которые Apple немного по-разному компонует для iPhone и iPad.
Интересно, что на пленарном докладе Apple не стала раскрывать архитектуру или конкретные чипы. Даже слово "ARM" так и не прозвучало. И тому есть причина: Apple использует ARM IP (Intellectual Property - интеллектуальную собственность), но адаптирует ее под свои нужды. Вероятно, будет использоваться архитектура ARM следующего поколения ARMv9, нынешние чипы являются производными архитектуры ARMv8. Подобное замалчивание ARM оправдать можно. Только SoC на ядрах Cortex реализуют концепцию ARM почти полностью. Но многие производители, в том числе Ampere с процессорами Altra для дата-центров, Amazon со своими Graviton 2 и Nuvia адаптируют ARM IP под свои нужды, поэтому нет повода называть процессор ARM.
Цели Apple
В ближайшие два с половиной года Apple планирует заменить все процессоры Intel в своих продуктах на собственные Apple Silicon. У SoC в iPhone, iPad, AppleTV, HomePod и специальных чипов Apple Watch или AirPods имеются определенные ограничения, касающиеся энергопотребления и охлаждения. До сих пор Apple удавалось выжимать из SoC максимум производительности в заданном бюджете энергопотребления, что видно по результатам многочисленных тестов.
В случае Mac у Apple буквально развязаны руки по энергопотреблению и охлаждению, что позволяет выжать из чипов намного больше. Конечно, вряд ли новые процессоры станут "прожорливыми", но пространства для маневра просто больше.
По соотношению производительности и энергопотребления Apple ориентируется на современные настольные системы, но энергопотребление вряд ли будет выше процессоров современных ноутбуков - возможно даже ниже. Здесь все зависит от того, как Apple будет использовать ту или иную модель в линейке. Процессор в тонком и легком MacBook будет вести себя совершенно иначе, чем чип в iMac, не говоря уже о Mac Pro.
Сегодня ведутся горячие споры по поводу того, достигнет ли Apple успеха со своими чипами. В случае A-Series SoC политику компании можно считать успешной. На WWDC Apple показывала, что у компании все готово. Все демонстрации macOS Big Sur и других программ запускались на платформе Apple Silicon для разработчиков. Она использует A12Z Bionic, знакомый нам по iPad Pro. Чип A12Z Bionic содержит восемь ядер, из которых четыре входят в высокопроизводительный кластер (64-битные ARMv8.3-A), а оставшиеся четыре - в эффективный. В случае iPad Pro к ядрам CPU добавляются еще восемь ядер GPU. Что касается памяти, Apple для iPad использует 6 GB LPDDR4X. На показанной платформе для разработчиков было установлено 16 Гбайт. Во время презентации Apple несколько раз подчеркивала, насколько плавно работают приложения. Программа Final Cut Pro X без проблем справилась с тремя потоками 4K. По всей видимости, у платформы для разработчиков весьма хорошее охлаждение. И A12Z потреблял значительно больше мощности, чем в планшете iPad.
Поколение A13 в нынешних iPhone должно быть еще чуть быстрее, да и грядущие чипы A14 обещают дальнейшее увеличение производительности. Поэтому "настольная линейка" чипов будет строиться на проверенной временем основе, которая и дальше будет расширяться.
Если взглянуть на результаты производительности процессоров ARM для дата-центров, то у 80-ядерного Ampere Altra с TDP 250 Вт мы получаем 3,125 Вт/ядро. Процессор AMD EPYC 7742 с 64 ядрами потребляет 3,52 Вт/ядро, а Xeon Platinum 8280 - 7,3 Вт/ядро. Решения для рабочих станций довольно похожи на серверные CPU, поэтому Mac Pro на Apple Silicon тоже выглядит весьма реалистичным.
С настольными процессорами провести подобное сравнение сложнее, поскольку здесь опыта с дизайнами ARM нет. Но потенциал имеется. Apple воспользуется своим преимуществом по интеграции программного и аппаратного обеспечения, что позволяет проецировать результаты производительности iPhone и iPad на компьютеры.
Apple опирается на гибридный дизайн
Одно понятно: Apple для Apple Silicon будет использовать гибридный дизайн. Поэтому чипы будут содержать, как минимум, два разных кластера CPU. Apple называет такой подход Asymmetric Multiprocessing (AMP). В отличие от традиционных систем SMP (Symmetric Multiprocessing), которые используют любое количество идентичных ядер, системы Apple опираются на разные ядра.
Собственные чипы Apple по принципу AMP в Mac будут содержать производительные ядра (P-cores) и эффективные ядра (E-Cores). Хотя ядра E-Cores и оптимизированы под максимальную эффективность, они все равно обеспечат приличную вычислительную производительность.
Сравнение с Intel Lakefield
Intel тоже недавно представила подобный процессор, который предназначен для легких и компактных ноутбуков. Речь и идет о чипах Lakefield, которые содержат производительное ядро (Sunny Cove) и четыре эффективных ядра (Tremont). Для настольных ПК первыми гибридными чипами станут Alder Lake-S от Intel. Что касается мобильных чипов, то концепция BIG.little хорошо зарекомендовала себя, на Apple Silicon мы увидим подобную настольную реализацию.
Один из интересных моментов процессоров Lakefield связан с работой под Windows 10. Intel использует дизайн 1+4, который не является симметричным. Производительное ядро должно получать соответствующие потоки от операционной системы, а в концепции BIG.little всегда имеется, по меньше мере, пара производительных или эффективных ядер.
Схожие проблемы наблюдаются с Developer Transition Kit (DTK) и A12Z Bionic, который используется в комплекте для разработчиков. Похожий дизайн наверняка будет использоваться в первых чипах, хотя рано или поздно мы получим процессоры с более чем четырьмя высокопроизводительными ядрами. И скорее раньше, чем позже, если вообще не с самого начала. В любом случае, парадигма должна хорошо масштабироваться, и Asymmetric Multiprocessing дает достаточно пространства для маневра. Вполне можно будет увидеть процессор Apple в Mac Pro с десятками ядер.
GPU и I/O процессора Apple Silicon
A-Series SoC используют интегрированный GPU, полностью разработанный Apple. Пока не совсем понятно, в какой степени он базируется на дизайне Imagination PowerVR. Демонстрации на WWDC показывают, что и с играми проблем не будет, хотя Mac здесь вряд ли догонит ПК.
Для MacBook производительности встроенной графики наверняка будет достаточно. Но в случае моделей Pro ситуация иная, даже сегодня здесь используются дискретные GPU. Но у процессоров Apple Silicon наверняка будет интерфейс PCI Express, через который можно подключать дискретную видеокарту/GPU. Apple уже использует соответствующие интерфейсы и драйверы.
На WWDC Apple показала различные функции A-Series SoC, которые можно назвать полезными для настольных систем. Среди них - выделенный движок Neural Engine, на котором работают приложения/сервисы машинного обучения в фоне. С его помощью Apple ускоряет различные приложения на iPhone и iPad, поэтому то же самое можно ожидать и от Apple Silicon.
Конечно, у Apple есть весьма немалый набранный опыт по A-Series SoC. Но есть и сферы, где придется начинать с нуля, и где придется стартовать с эталонных спецификаций Intel. Одна из таких сфер - интерфейс Thunderbolt, который ранее не использовался в iPhone и iPad. И у той же системы Developer Transition Kit интерфейса Thunderbolt нет.
Интеграция USB и других интерфейсов, подобных WLAN и Ethernet, вряд ли станет проблемой для Apple, поскольку все это есть на мобильных устройствах.
Процессор A12Z Bionic (и ранние модели) уже поддерживают LPDDR4X, так что соответствующий контроллер памяти имеется. Для настольных чипов наверняка будет использоваться память DDR4. Производительность интегрированной графики в определенной степени зависит от скоростной памяти. Возможно, для наиболее производительных iGPU будет реализована концепция Unified Memory.
Пожелаем успеха
Apple за последние годы усиленно готовила свою экосистему к грядущему переходу. За производство чипов отвечает TSMC, и в будущем Apple наверняка останется одним из крупнейших клиентов тайваньского производителя. Теперь у Apple достаточно компетенции, чтобы разрабатывать собственные процессоры, да и все необходимые лицензии и патенты имеются.
Теперь необходимо все прилаживать друг к другу. Начиная с собственных операционных систем и программ (базой станет macOS Big Sur) и заканчивая внешними разработчиками приложений. Будь то гиганты Microsoft и Adobe или множество мелких разработчиков, благодаря которым App Store значительно вырос за последние годы. Конечно, Mac App Store по количеству приложений заметно уступает, но в будущем все должно измениться. В том числе и по причине того, что приложения iPhone и iPad будут работать на настольных чипах Apple в родном режиме.
Первые Mac с процессорами Apple Silicon должны появиться на рынке в конце 2020 года. Ближе к дате выхода мы узнаем, как будет выглядеть линейка процессоров Apple. Intel, конечно, почувствует перемены. Все же Apple является одним из самых крупных покупателей настольных процессоров Intel. Процессоры Xeon для iMac Pro и Mac Pro, с другой стороны, вряд ли составляют для Intel существенную долю. Но вполне вероятны и другие возможные последствия. Кроме того, Intel сама переходит на асимметричный дизайн во многих областях.
Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).