El Apple M1, el primer chip diseñado por los ingenieros de Apple para su propia línea de computadoras, superó a muchos microprocesadores de la competencia y a casi todos los componentes utilizados en otros dispositivos Apple (especialmente en pruebas de rendimiento de un solo núcleo y pruebas de rendimiento de gráficos).
Apple tuvo la amabilidad de publicar una foto del dado (otro pequeño detalle que acercó a la compañía a AMD e Intel, ya que ahora es una estrategia tradicional para anunciar nuevos procesadores), y fueron rápidamente desarmados por super-geeks como Andrei Frumusanu de Anandtech.
Sabemos por los primeros anuncios que el M1 basado en ARM será una entrada sólida en la categoría SoC.
Probablemente será más fácil para los analistas analizar procesadores ensamblados a partir de chiplets (se espera que dicha arquitectura de CPU elimine la tradicional). Porque cada chiplet es esencialmente una pieza separada de silicio. Entender la arquitectura del SoC requiere un poco (quizás mucho) de mirar.
Asignación en bloque (en un mapa inicialmente no mapeado) Apple M1
Todos estos esfuerzos beneficiarán a los competidores y aquellos interesados en organizar dispositivos de silicio de manera eficiente. Como sabe, la ventaja más popular de una arquitectura de sistema empaquetado que usa chiplets sobre dispositivos monolíticos es que las soluciones SoC se vuelven rápidamente complejas, confusas y costosas. Esto lleva al hecho de que no todas las empresas involucradas en microcircuitos pueden ingresar al mercado de SoC. Comprender el diseño de los mejores productos de su clase e investigar la tecnología de punta es más importante que la experiencia en el diseño de chips de empaque.
Características M1
El M1 tiene una serie de características distintivas.
En primer lugar, se asigna muy poco espacio para la memoria caché en el chip. Los ingenieros de Apple se centraron en la funcionalidad, no en la memoria. La arquitectura UMA utilizada en el M1 libera espacio en la matriz al tiempo que proporciona un acceso rápido a la memoria LPDDR4X. UMA permite compartir componentes de memoria individuales tanto entre los núcleos de la CPU como entre la GPU para optimizar la estructura del chip. Mantener la proximidad física de los módulos de memoria es un concepto tomado de los procesadores móviles, en el que la memoria se coloca encima de los procesadores como en una arquitectura de sistema empaquetado. Esto se ha discutido mucho antes; en resumen, se usa un enfoque similar en las computadoras para mejorar el rendimiento y disipar el calor de manera eficiente, y la arquitectura tomada de los dispositivos móviles garantiza la compacidad y la eficiencia energética.
Una parte importante del chip M1 está dedicada al módulo de gráficos. Puedes decirte a ti mismo que esto no es sorprendente. Y así es. Nadie esperaba que Apple sacrificara el rendimiento de los gráficos. Hasta cierto punto, este enfoque también se toma de la arquitectura móvil.
Otro aspecto importante del diseño del chip M1 es que Apple ha optado por aumentar la cantidad de celdas lógicas (en lugar de núcleos físicos). Esta es la ventaja de desarrollar procesadores para su propio sistema operativo: algunas funciones pueden integrarse en el firmware y descargar la CPU para realizar tareas más complejas. Un buen amigo mío y un gran analista de tecnología, Paul Boldt, ha hablado de esto repetidamente. Uno de sus artículos es una cita de Alan Kay, que insertaré en este texto: "Las personas que realmente se toman en serio el software deberían fabricar su propio hardware".
Steve Jobs cita a Alan Kay
Una oportunidad interesante es la tecnología flip-chip utilizada para ensamblar los microcircuitos más avanzados. Escribí sobre esto en uno de mis textos anteriores: te permite obtener imágenes rápidamente con un dispositivo de chip debido a la transparencia del silicio para la radiación infrarroja. Este enfoque ahorra tiempo y dinero.
La facilidad de acceso del Mac Mini al M1 también permitió monitorear el chip durante las pruebas comparativas.
Con una cámara termográfica, puede rastrear las áreas activas del chip por su temperatura. En la siguiente imagen como ejemplo, hay un punto amarillo brillante: este es un núcleo de alto rendimiento que está activo mientras la computadora está en funcionamiento. Con acceso temprano a puntos de referencia (como Geekbench 5) construido específicamente para el procesador M1, el análisis térmico ha revelado la ubicación de los núcleos Firestorm e Icestorm, GPU y procesadores neuronales, y muchos otros componentes.
El análisis de temperatura ha sido muy útil y ha abierto la puerta a otros métodos de prueba. Sin embargo, otras plataformas informáticas (especialmente las móviles) dificultan el análisis. Pero si hay un deseo, habrá una solución. Más importante aún (y obviamente en el mercado de los semiconductores), si tiene un presupuesto suficiente, tendrá éxito.
Toma de un solo núcleo del M1 con una cámara termográfica (Fuente: MuAnalysis)
Si bien gran parte del enfoque en el M1 tiene que ver con su arquitectura (y debería serlo), no son solo los detalles técnicos los que son interesantes en el diseño y la estructura del procesador. Los sustratos M1 BGA con dos módulos de memoria LPDDR4X uno al lado del otro y paquetes DRAM BGA completamente encapsulados son idénticos (o muy similares) a los procesadores móviles de la serie A utilizados en el iPad: A12X y A12Z.
Probablemente la mejor herramienta para obtener una visión general de la compleja estructura de un dispositivo sin dejar de proporcionar detalles de la imagen es la tomografía computarizada de rayos X. System Plus Consulting publicó una descripción general de los resultados de la tomografía computarizada y analizó la integración de los condensadores de desacoplamiento de silicio integrados en obleas y de superficie en el M1. Esta información de chip es parte de un análisis de costos estándar de System Plus Consulting.
Prospectiva TC de rayos X del paquete M1
System Plus actualizó recientemente sus informes de costos para incluir información que no estaba presente en sus informes anteriores. El CEO de System Plus, Romain Fro, dijo: “El nuevo chip M1 de Apple ha permitido a System Plus aprovechar dos nuevos métodos de análisis. Hemos compilado un informe sobre la arquitectura del chip y analizado su superficie utilizando un microscopio electrónico de transmisión (además de nuestro informe de costos estándar, que analiza el chip y el paquete en sí). La nueva metodología de informes aumentará significativamente el valor de nuestros servicios de evaluación comparativa ".
¿Qué papel jugó el iPad Pro?
Durante varios años, ha habido mucha discusión y especulación sobre el iPad Pro y su valor para Apple. ¿Reemplazará el iPad Pro a una computadora portátil? Esta opinión también provocó una discusión sobre la posible transición del tándem de procesadores móviles e iOS a componentes para computadoras personales.
Sin lugar a dudas, el iPad Pro fue parte del viaje de Apple. La repetición de la arquitectura del chip en iPad, Macbook Air y Pro, así como en Mac mini, ciertamente indica un deseo de generalización.
M1 y A12X son externamente idénticos
El principal parámetro para el análisis comparativo de productos es el costo. Es posible que los equipos de inteligencia competitiva de las empresas de chips no tengan que ir muy lejos para comparar el rendimiento de otros productos con sus propios diseños. Se puede obtener una ventaja competitiva significativa optimizando la estructura de costos en comparación con la competencia. La división de los dispositivos al nivel del troquel desnudo revelará estos aspectos con una granularidad razonable con la experiencia, la comprensión de la industria y la simulación adecuadas.
Lo que hace que este trabajo sea realmente emocionante es la oportunidad de descubrir las innovaciones que están impulsando la industria de los semiconductores y haciendo avanzar este mercado.
