Apple M1-chip versus Intel x86-processors: wat is het verschil?

22 juni^nd, Was 2020 een zeer belangrijke mijlpaal voor Apple met de aankondiging van een gloednieuwe reeks aangepaste desktop- en mobiele CPU's onder de merknaam "Apple Silicon". Tot dat moment en zelfs op het moment van schrijven, werkte Apple samen met Intel voor de levering van CPU's voor zijn laptop- en desktopproducten zoals de MacBook Pro en de Mac Pro. Met de aankondiging van deze nieuwe line-up van op maat gemaakt silicium, is Apple van plan over te stappen van de CPU's van Intel naar processors die het onafhankelijk wil ontwikkelen en produceren.

Apple heeft al met enorm succes zijn eigen aangepaste microprocessors voor zijn iPhones ontwikkeld en geproduceerd, en het is geen verrassing dat het die toejuiching nu wil versterken door zich te richten op de markt voor mobiele en desktop-CPU's. Deze stap wordt verder gerechtvaardigd door Intel's complete gebrek aan innovatie en vooruitgang de laatste tijd, niet alleen in de desktop-CPU-line-ups, maar ook in de laptop-CPU-markt waar parameters zoals efficiëntie de boventoon voeren. Intel heeft goed gedocumenteerde problemen gehad met de gerichte overstap naar het 10nm-productieproces, dus ze zitten voorlopig nog steeds vast op 14nm voor de meeste van hun producten. Dit maakt de overgang van Intel naar Apple's eigen Silicon des te belangrijker voor een bedrijf met een reputatie als die van Apple.

Apple Silicium

We hebben de basisprincipes van al behandeld Apple Silicon en wat het betekent voor Intel in dit artikel, maar in het inhoudsstuk van vandaag hebben we een hele reeks nieuwe informatie over Apple Silicon, waaronder het eerste product dat Apple officieel heeft geproduceerd onder de Apple Silicon-merknaam. Apple Silicon is eigenlijk bedoeld als een reeks processors waarover Apple de volledige controle heeft, of het nu gaat om ontwerp, fabricage, productie, prestaties, optimalisatie of wat dan ook. Apple streeft ernaar de gebruikerservaring en prestaties van zijn laptop- en desktopproducten exponentieel te verbeteren met deze reeks CPU's, aangezien die producten enigszins zijn gestagneerd vanwege het gebrek aan aanzienlijke prestatieverbeteringen van de kant van Intel.

Apple Silicon hanteert ook een heel andere benadering bij de fabricage van de processors zelf in vergelijking met Intel. In tegenstelling tot Intel's processors die zijn gebaseerd op de x86-architectuur, baseert Apple zijn aangepaste CPU's op de ARM-architectuur, die zijn eigen voor- en nadelen heeft, zoals later in het artikel wordt besproken. Door de ARM-architectuur te combineren met het 5nm-productieproces van Apple, streeft Apple ernaar om aangepaste microprocessors te produceren die het aanbod van Intel overtreffen, niet alleen qua prestaties, maar ook qua efficiëntie, wat een grote zorg is voor laptopproducten zoals de MacBook-serie.

Apple M1-chip

Het eerste product van Apple onder de merknaam Apple Silicon kwam op 10 november uit^th, 2020 genaamd Apple M1. Dit is een aangepaste chip die is ontwikkeld door Apple op basis van de ARM-architectuur en gefabriceerd op het 5nm-procesknooppunt. Apple M1 belooft toonaangevende prestaties, krachtige functies en ongelooflijke efficiëntie aan de gebruikers van laptops en desktops die de kracht van deze chip benutten. Als een systeem op een chip (SoC) combineert de M1 een aantal krachtige technologieën tot een enkele chip in een echt interessant en innovatief ontwerp dat nog niet eerder is gezien bij Intel of AMD. Om nog maar te zwijgen, M1 is de eerste personal computerchip die is gebouwd met behulp van het 5-nm-procesknooppunt.

Apple heeft een groot aantal gewaagde beweringen gedaan over de verwachte prestaties en efficiëntie van de Apple M1-chip. Volgens Apple heeft de M1 's werelds snelste CPU-kern in low-power silicium, 's werelds beste prestaties per watt, 's werelds snelste geïntegreerde grafische kaart in een personal computer, baanbrekende machine learning-prestaties met de Apple Neural Engine. Apple beweert dat de M1 de grootste sprong ooit voor de Mac betekent.

Producten

Op het moment van schrijven heeft Apple de M1-chip uitgebracht op 3 van zijn reguliere consumentenproducten. De Apple Mac Mini, de MacBook Air en de MacBook Pro 13 '' bieden nu een configuratie met de Apple M1-chip in plaats van Intel's x86 CPU-aanbod dat eerder in deze producten gangbaar was. In feite verwijdert Apple de Intel-gebaseerde MacBooks en Mac-producten niet abrupt, maar het is de bedoeling dat deze producten minstens twee jaar naast elkaar bestaan in dezelfde opstelling. Apple heeft een overgangsperiode gepland voor zijn productlijnen, die momenteel naar verwachting ongeveer 2 jaar zal duren. Tegen het einde van die overgangsperiode zouden alle Apple-apparaten worden aangedreven door Apple Silicon-processors in plaats van Intel's x86-processors.

De met Apple M1 uitgeruste Mac Mini is verkrijgbaar vanaf $ 699, de MacBook Air vanaf $ 999 en de MacBook Pro vanaf $ 1299.

Kernarchitectuur en ontwerp

Tot nu toe had een Mac- of MacBook-product meerdere chips nodig om alle functies te kunnen leveren. Meerdere componenten zoals CPU, geheugen, GPU, I / O en beveiligingscomponenten moesten in het product worden geassembleerd en aan elkaar worden gekoppeld om de maximale prestaties te leveren die het product beweerde. De Apple M1-chip is een enkel systeem-op-een-chip (SoC) dat een aantal belangrijke componenten combineert in een enkel klein pakket en een hoog niveau van integratie levert, wat essentieel is voor verhoogde efficiëntie en prestaties. De M1-chip heeft maar liefst 16 miljard transistors, het hoogste aantal transistors dat Apple ooit in een enkele chip heeft gestopt.

De M1 vormt de kern, een 8-core CPU die is ontworpen om zowel prestaties als efficiëntie te maximaliseren. Om deze reden heeft het vier krachtige kernen en vier zeer efficiënte kernen waarmee de M1-chip prestaties kan ruilen voor efficiëntie wanneer dat nodig is. Apple beweert dat zijn krachtige kern de snelste CPU-kern ter wereld is als het gaat om laagvermogen silicium, dus multithreaded workloads zouden een fluitje van een cent moeten zijn voor deze kernen. De zeer efficiënte cores gebruiken een tiende van de kracht van de snellere cores, terwijl ze toch een prestatieniveau behouden. Deze kernen voeren lichtgewicht taken en achtergrondtoepassingen uit, terwijl de krachtige kernen de meest veeleisende werklasten aankunnen.

Het is niet verrassend dat Apple de GPU ook in de M1-chip heeft geïntegreerd, wat nog meer gewicht geeft aan Apples bewering dat de M1 een compleet "System on a Chip" is. De geïntegreerde GPU van de M1 is bedoeld om een balans te vinden tussen prestaties en efficiëntie, wat essentieel is in mobiele producten zoals de MacBook. De GPU is ook samengesteld uit 8 cores en kan volgens Apple bijna 25.000 threads tegelijk uitvoeren. Apple beweert ook dat dit de meest geavanceerde grafische processor is die ze ooit hebben gebouwd.

De M1 heeft ook een 16-core neurale engine die in het kernontwerp van de processor is ingebouwd. De Neural Engine is blijkbaar in staat om maar liefst 11 biljoen bewerkingen per seconde uit te voeren, wat een enorme hulp kan zijn bij machine learning-toepassingen en AI. Deze Neural Engine, gecombineerd met de uitstekende geïntegreerde GPU van de M1, maakt het een uitstekende kandidaat voor bewerken en renderen in apps zoals Final Cut Pro. De nieuwe Neural Engine biedt tot 15x snellere machine learning-prestaties dan eerdere Mac-producten.

Apple is ook doorgegaan en het systeemgeheugen verenigd met de rest van de chipcomponenten in de M1. Het RAM-geheugen van de Mac Mini of MacBook wordt nu rechtstreeks in de chip zelf geïntegreerd, dus het heeft een directe link naar de CPU en andere componenten in de SoC. De UMA beweert het geheugen met hoge bandbreedte en lage latentie te verenigen in een enkele pool binnen een aangepast pakket, zodat alle componenten van de SoC toegang hebben tot dezelfde gegevens zonder deze tussen meerdere geheugenpools te kopiëren. Geïntegreerd RAM heeft echter een groot nadeel, aangezien het RAM nu niet kan worden geüpgraded of verwisseld door de gebruiker.

Verbeteringen ten opzichte van x86 Intel-processors

Apple's beslissing om over te stappen van Intel naar zijn eigen ARM-gebaseerde reeks CPU's werd voornamelijk gedicteerd door drie belangrijke factoren.

Efficiëntie

Gebaseerd op het verouderende 14nm-proces, zijn de Intel-CPU's in de huidige MacBooks en Mac-producten zeer inefficiënt, wat leidt tot een hoog stroomverbruik en problemen met thermische throttling, vooral in de laptops. Deze problemen hebben de potentiële prestaties van de MacBook- en Mac-producten belemmerd en Apple was zeker niet blij met Intel's gebrek aan innovatie hier.

Met de introductie van de M1-chip claimt Apple maar liefst 3x hogere prestaties per watt in vergelijking met de laatste generatie CPU's. Hierdoor kan de SoC in de MacBooks koeler werken en veel minder stroom verbruiken in vergelijking met Intel's x86-gebaseerde CPU's. Door eventuele thermische beperkingen op te heffen, kan de M1-chip zijn maximale prestatiepotentieel bereiken, zelfs zonder actieve koeling, zoals te zien is in de Mac Mini en de MacBook Air.

Nog indrukwekkender is de nu enorm verbeterde batterijduur van de nieuwe op M1 gebaseerde MacBooks. Apple claimt tot 17 uur draadloos surfen op het web en 20 uur filmweergave in de 13 ”MacBook Pro. Dit zijn belachelijke cijfers die nauwkeurig lijken te zijn wat de eerste tests betreft. Deze verbazingwekkende batterijduur is een direct gevolg van de verbeterde efficiëntie van de Apple M1-chip.

Snelheid

De M1-chip is niet alleen een kampioen als het gaat om efficiëntie, maar ook voor pure prestaties. De hechte structuur van de SoC in combinatie met het ontwerp van krachtige en zeer efficiënte kernen zorgt voor tot 2x snellere CPU-prestaties in vergelijking met het Intel-equivalent van de vorige generatie. Nog indrukwekkender is het feit dat het dit doet met slechts 25% van het vermogen dat de pc-chip in hetzelfde scenario gebruikte. Dit spreekt boekdelen over de prestaties en efficiëntie van de M1-chip, niet alleen vandaag, maar ook in de toekomst.

Apple heeft ook beweerd dat de geïntegreerde GPU in de M1 aanzienlijk hogere grafische prestaties levert dan de allernieuwste pc-laptopchip voor tot 2x de grafische snelheid. Het verslaat of evenaart niet alleen die pc-tegenhanger, maar het doet dit ook terwijl het slechts 33% van het vermogen gebruikt dat de pc-chip in hetzelfde scenario gebruikte. Met een doorvoersnelheid van 2,6 teraflops beweert Apple dat de M1 's werelds snelste geïntegreerde grafische kaart in een personal computer heeft. Zulke efficiëntie en prestaties, gecombineerd met het uitgebreide optimalisatiewerk waar Apple om bekend staat, kunnen ervoor zorgen dat de M1 en toekomstige Apple Silicon-producten extreem moeilijk te concurreren zijn voor de pc-concurrenten.

Volgens Apple levert de M1 als resultaat van al deze verbeteringen tot 3,5x snellere CPU-prestaties, tot 6x snellere GPU-prestaties en tot 15x snellere machine learning, terwijl de batterij tot 2x langer meegaat dan de vorige generatie. Macs.

Optimalisatie

Apple is een bedrijf dat graag alle facetten van het productieproces in eigen handen neemt. Aangezien Apple al een eigen besturingssysteem heeft, zal het produceren van aangepaste CPU's en andere componenten die speciaal voor dat besturingssysteem zijn gemaakt, Apple in staat stellen de ervaring van de eindgebruiker enorm te optimaliseren. Apple kan de prestaties van de M1-chip afstemmen op de eisen en verwachtingen van het besturingssysteem en zijn apps, terwijl het besturingssysteem veel gemakkelijker zal praten met de M1-chip en zijn verschillende componenten. Dit zal een veel hoger niveau van granulariteit en controle mogelijk maken, wat kan leiden tot een veel betere ervaring dan voorheen mogelijk was met Intel CPU's.

Bovendien is de macOS Big Sur ontworpen om volledig te profiteren van alle mogelijkheden en kracht van de M1-chip, aangezien Apple beweert dat dit hun krachtigste software is die ooit op hun meest geavanceerde hardware tot nu toe draait. M1 en Big Sur beloven niet alleen razendsnelle prestaties en functies zoals Instant Wake, maar brengen ook een hoog beveiligingsniveau voor het apparaat door alles in het Apple-ecosysteem te vergrendelen.

Door het volledige productie- en ontwikkelingsproces onder controle te krijgen, heeft Apple een groot aantal aangepaste technologieën in de Apple M1-chip kunnen introduceren, waaronder:

De nieuwste beeldsignaalprocessor (ISP) van Apple voor video van hogere kwaliteit met betere ruisonderdrukking, groter dynamisch bereik en verbeterde automatische witbalans.
De nieuwste Secure Enclave voor de beste beveiliging in zijn klasse.
Een krachtige opslagcontroller met AES-coderingshardware voor snellere en veiligere SSD-prestaties.
Energiezuinige, zeer efficiënte coderings- en decoderingsengines voor media voor geweldige prestaties en een langere levensduur van de batterij.
Een door Apple ontworpen Thunderbolt-controller met ondersteuning voor USB 4, overdrachtssnelheden tot 40 Gbps en compatibiliteit met meer randapparatuur dan ooit.

Deze aangepaste technologieën dragen bij aan een veelbelovende lijst met aangepaste functies die Apple in zijn Apple Silicon-processors inbouwt.

Overgang

Het onmiddellijke plan van Apple na deze aankondiging is om deze overgang zo soepel en probleemloos mogelijk te maken voor zowel de ontwikkelaars als de eindgebruikers. Met dit in gedachten heeft Apple ervoor gekozen om de Macs op basis van Intel CPU's nog steeds op de markt te houden en tegelijkertijd nieuwe Macs op basis van Apple Silicon te introduceren. Dit naast elkaar bestaan zal een drijvende kracht blijken te zijn achter de naadloze overgang die Apple heeft gepland. Tegen het einde van dit jaar kunnen we verwachten dat Macs op basis van Apple Silicon op de markt komen, terwijl de op Intel gebaseerde Macs voorlopig ook de marktruimte zullen delen. De volledige transitie duurt ongeveer twee jaar als alles volgens plan verloopt.

Apple heeft passende maatregelen genomen bij het overzetten van zijn bestaande applicaties naar het nieuwe ecosysteem dat wordt aangedreven door het nieuwe silicium. Met macOS Big Sur heeft Apple ontwikkelaars XCode 12 gegeven, die ingebouwde tools heeft zoals native compilers, editors en debugging-tools. Apple beweert dat met deze suite de meeste ontwikkelaars hun applicaties binnen een paar dagen kunnen overzetten naar Apple Silicon-Macs. Apple heeft ook binaire bestanden voor Universal 2-toepassingen gelanceerd, waarmee ontwikkelaars een enkele app kunnen maken die compatibel is met zowel de nieuwere Apple Silicon-gebaseerde Macs als de oudere Intel-gebaseerde Macs. Met de overgangstechnologie van Rosetta 2 kunnen gebruikers de bestaande apps gebruiken die niet zijn bijgewerkt. Met deze programma's kan de overgang van Intel naar de eigen CPU's van Apple zo naadloos mogelijk verlopen.

Toekomst

Hoewel niemand met zekerheid kan zeggen wat de toekomst zal brengen voor Apple Silicon-producten, lijkt het zeker de goede kant op te gaan als het begin iets is om voorbij te gaan. Apple heeft met de M1 een extreem sterke positie verworven in de CPU-ruimte en hoewel het misschien geen directe concurrent is van de krachtigste desktop-CPU's tot nu toe, zijn de prestaties en efficiëntie die het momenteel biedt ongeëvenaard in de huidige laptopproducten. Dit, gecombineerd met de uitgebreide optimalisatie waartoe Apple in staat is, maakt de M1 op het moment van schrijven een sterke keuze voor potentiële kopers.

Dit hele Apple Silicon-ecosysteem staat echter nog in de kinderschoenen en maakt een overgangsperiode door. Potentiële kopers willen misschien een stap terug doen en de situatie een beetje analyseren voordat ze een beslissing nemen. De eerste poging van Apple om hun eigen aangepaste silicium te gebruiken, heeft ons exponentiële verbeteringen opgeleverd in prestaties, efficiëntie en batterijduur in vergelijking met de laatste generatie Intel-tegenhangers, dus het is veilig om aan te nemen dat toekomstige iteraties van de M1 of andere Apple Silicon-producten zelfs grotere sprongen, en misschien zelfs tegen lagere kosten. Om nog maar te zwijgen van het feit dat het hele overgangssysteem nog steeds perfect moet worden gladgestreken, aangezien gebruikers een paar vroege bugs hebben gemeld met verschillende professionele en consumententoepassingen. Als professional moet je zeker de komende twee jaar vermijden om voor deze nieuwe technologie te kiezen, totdat de hele transitie is voltooid.

Apple is blijkbaar al van plan om de M1X-chip aan te kondigen, een verbeterde versie met een hoog aantal kernen van de Apple M1 voor de 16-inch MacBook Pro. Verwacht wordt dat later meer CPU's met een hoger aantal cores worden aangekondigd voor de Desktop iMacs en Mac Pro's, dus het zal vrij snel behoorlijk druk worden in de line-up. Daarom is het een goed idee om de eerste golf van Apple Silicon-producten af te wachten en later te wachten op meer volwassen CPU-releases die perfect aan uw behoeften voldoen.

Laatste woorden

Apple is zeker op een zeer sterke manier de desktop-CPU-markt betreden, door zijn enorme technische ervaring van de iPhones over te brengen naar de op ARM gebaseerde Apple Silicon-producten. Deze CPU's beloven enorme verbeteringen te leveren ten opzichte van de laatste generatie Mac-producten, niet alleen in prestaties maar ook in efficiëntie om functies zoals batterijduur te maximaliseren. Met een volledig op maat gemaakt ontwerp lijkt Apple precies dat te hebben gedaan met de M1, de eerste consumentenchip die is uitgebracht onder de merknaam Apple Silicon.

De M1 is een op maat gemaakte SoC ontwikkeld en vervaardigd door Apple die de CPU, de GPU, het geheugen en de neurale motor combineert in één klein pakket om de communicatie te vereenvoudigen en de latentie tussen de verschillende componenten te verminderen. Het SoC-ontwerp op basis van het 5nm-proces levert enorme verbeteringen in efficiëntie en prestaties als gevolg van verschillende factoren die bijdragen in vergelijking met zijn Intel-tegenhangers.

Apple heeft een overgangsperiode van twee jaar uitgestippeld voor al zijn Mac-producten om volledig over te stappen van Intel-CPU's naar hun eigen Apple Silicon-CPU's. Terwijl Apple binnen die periode zowel de Intel-versie als de Apple-versie van de Macs en MacBooks wil ondersteunen, zou de verlengde ondersteunings- en optimalisatieperiode voor de Apple Silicon-gebaseerde Macs langer moeten zijn. Apple heeft ook geweldig werk geleverd met app-optimalisatie, niet alleen voor ontwikkelaars, maar ook voor algemene consumenten met programma's zoals Rosetta 2.

Toch is het belangrijk op te merken dat de hele transitie zich nog in de beginfase bevindt. Er zijn nog steeds veel knikken die in dit hele proces moeten worden gladgestreken, en springen op de eerste paar op Apple Silicon gebaseerde CPU's is gewoon hetzelfde als jezelf in de strijd werpen voor "het spijt van de koper". Daarom is het, in ieder geval voor professionals die hun Apple-machines voor hun werk gebruiken, aan te raden om te wachten op meer volwassen Apple-CPU's met een hoger aantal kernen en verbeterde productieprocessen voordat ze de overstap maken. Het Apple Silicon-programma is blijvend en lijkt vanaf nu de beste keuze voor alle Apple-producten.