Az M1 Ultra: az Apple nagy előrelépése a chiptervezésben

Az Apple a Peek Performance rendezvényén bemutatta az M1 család "utolsó chipjének" nevezett M1 Ultra-t. Kicsit mélyebben is megnéztem, hogy ez mit is jelent.

A lehetetlent megvalósítani - ez egy napi munka. A chipet Johny Srouji, az Apple hardvertechnológiákért felelős vezető alelnöke mutatta be. Ismertette az M1 Maxnál nagyobb chipek létrehozásának fizikai korlátait, elmagyarázta, hogy az iparág általában a kettős chipek alkalmazását választja, de leírta, hogy ez a megközelítés milyen hatékonyságveszteséggel jár.

Az Apple ezért döntött úgy, hogy két M1 Mac chipet egyesít az M1 Ultra-ban. "Az M1 Ultra egy újabb játékváltó az Apple szilícium számára, amely ismét sokkolni fogja a PC-ipart" - mondta Srouji. "Két M1 Max lapka összekapcsolásával és az UltraFusion csomagolási architektúránkkal soha nem látott új magasságokba tudjuk skálázni az Apple szilíciumot."

Azt is mondta, hogy az M1 Ultra "teljessé teszi a Mac processzorok családját" - legalábbis egyelőre. Srouji továbbment, hogy elmagyarázza, hogyan sikerült a vállalatnak két M1 Max chipet egyetlen M1 Ultra-ban egyesítenie. Rámutatott egy die-to-die összekapcsolási technológiára, amely mindig is az M1 Maxon volt, amiről az Apple korábban nem beszélt. (Úgy emlékszem, hogy ezt mások is kiszúrták valamikor, de nem találok hivatkozást).

Mi az UltraFusion?

Ez az összeköttetés egy saját csomagolási architektúrát használ, amelyet az Apple UltraFusionnek nevez. Az Apple ezt az iparágat "messze megelőzve" írja le, és azt állítja, hogy 2,5 terabájt/másodperc alacsony késleltetésű, processzorok közötti sávszélességgel képes az adatokat a chipen körbejárni, ami gyors. Ehhez az UltraFusion egy olyan szilícium interposert használ, amely kétszer akkora csatlakozási sűrűséggel rendelkezik, "mint bármely más elérhető technológia" - mondta Srouji.

A szilícium interposer alapvetően egy csomagoláson belüli összeköttetés, amely áthidalja az M1 Ultra-ban használt két síkot. (Gondolom, az Apple a TSMC 3DFabric technológiáját használhatta az UltraFusion eléréséhez.) Az Apple 2021 márciusában nyerte el az első kapcsolódónak tűnő tervezési szabadalmat, bár a munka már korábban elkezdődött. A megközelítése nem egyedülálló; az AMD és mások is kifejlesztettek szilícium interposer összekapcsolási technológiát a PC chipjeikhez. De az Apple állítása, miszerint jobb megoldást ért el, visszhangra talál.

Az Apple szerint technológiája 4x nagyobb sávszélességet biztosít, mint a konkurens interposer technológiák. Az Apple találmányának másik fontos eleme, hogy a fejlesztőknek nem kell átírniuk a kódjukat, hogy ezt a teljesítményt kihasználhassák; az UltraFusion azt jelenti, hogy rendszerszinten a Mac egyetlen processzorként tekint a chipre, nem pedig kettőként. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy az alkalmazások kétszer annyi tranzisztort és kétszer annyi teljesítményt, hatékonyságot és GPU-magot érhetnek el - kódmódosítások nélkül.

Ismerd meg az M családot

Az Apple processzorcsaládja mostantól négy változatot kínál, amelyek a következőképpen vannak felszerelve.

Az M1

A kritikusok által is elismert M1 processzor szállítja:

16 milliárd tranzisztort és 119 mm négyzetméteres chipméretet.

4 teljesítményű mag, 12 MB L2 gyorsítótár.

4 hatékonysági mag 4MB L2 gyorsítótárral.

8 GPU-mag.

16 GB DDR4x memória 68 GB/s sebességgel.

Az M1 Pro

Az M1 Pro még magasabb szintre emeli ezt a szintet, a következőkkel:

33,7 milliárd tranzisztor egy 240 mm-es négyzetméteres lapkán.

8 teljesítménymag, 24 MB L2 gyorsítótár.

2 hatékonysági mag 4MB L2 gyorsítótárral.

16 GPU-mag.

32 GB DDR5 memória 200 GB/s sebességgel.

Az M1 Max

Az M1 Max a következőket nyújtja:

57 milliárd tranzisztort egy 420 mm négyzetméteres lapkán.

8 teljesítményű mag, 24 MB L2 gyorsítótár.

2 hatékonysági mag 4MB L2 gyorsítótárral.

32 GPU-mag.

64 GB DDR5 memória 400 GB/s sebességgel.

És az új M1 Ultra

Az M1 Ultra elhozza neked:

114 milliárd tranzisztort egy 840 mm négyzetméteres lapkán.

16 teljesítményű mag, 48 MB L2 gyorsítótár.

4 hatékonysági mag 4MB L2 gyorsítótárral.

64 GPU magot.

Akár 128 GB DDR5 memória 800 GB/s sebességgel.

Mit jelent mindez

Mivel az M1 Ultra kétszer annyi maggal rendelkezik, a legösszetettebb számítási feladatokkal is megbirkózik. Sőt, mivel az M1 Pro már most is azt nyújtja, amire a legtöbb Mac-felhasználónak szüksége van, ez a chip elkerülhetetlenül megnyitja az utat az új, rendkívül intenzív élmények előtt. Elvégre a 3D-s tervezési, video- és hangalkalmazásokban kihasználható teljesítmény és erő a játékoknak is kedvezni fog.

Az, hogy az M1 Ultra 64 grafikus magot is kínál, figyelemre méltó. A technológiáknak ez a kombinációja együttesen azt jelenti, hogy az Apple olyan chipet tudott építeni, amely 1,9-szer olyan erős, mint a legújabb, 12. generációs Intel Core i9-12900K CPU, amikor mindkettő 60 wattos teljesítményen fut. Más szóval, nagyobb nyers CPU-teljesítményt érhetsz el az energiaköltségek töredéke mellett. Ez egy egyéni felhasználó számára szép, de a csúcskategóriás gépeket üzemeltető vállalatok számára az energiafogyasztás csökkentése jelentős előnyökkel jár az üzleti költségek szempontjából.

Egy alkalmazás futtatásakor a hatalmas, 128 GB-os egységesített memóriát is megszólíthatja. Tekintettel arra, hogy a profi videós stúdiók számításigényes műveleteket végző Mac-ekből álló bankokat üzemeltetnek, ez jelentős költségvetési megtakarítást jelent. Az, hogy ráadásul sokkal gyorsabban teljesítenek, azt jelenti, hogy az ilyen gépekbe való beruházás néhány profi üzlet számára alig lesz több, mint "kerekítési hiba", ahogy azt Ben Wood, a CCS elemzője megjegyezte.

Eközben a való világban

Azt még nem tudhatjuk, hogy a valós világban milyen hatása lesz ennek a teljesítménynek, de az első Geekbench-eredmények szerint egy M1 Ultra-t futtató Mac Studio egymagvú teljesítménye 1793, többmagvú teljesítménye pedig 24 055 pontot ér el. Ezzel szemben a csúcskategóriás Xeon W Mac Pro ugyanezekben a tesztekben 1 152 és 19 951 pontot ér el, míg az AMD sokat emlegetett Threadripper 3990X csak kevéssel gyorsabb, 25 133 többmagos és mindössze 1 213 egymagos pontszámmal.

Természetesen a szintetikus pontszámok nem sokat jelentenek, ha valós használatról van szó. Bár ez igaz, azt mondhatom, hogy amit eddig láttam az M-sorozatú chipekről, az erősen azt sugallja, hogy ezek a tesztek a valós alkalmazások sebességének növekedését fogják jelenteni. Mivel az M1-re való áttérés nagyjából megduplázta az Adobe alkalmazások teljesítményét a Mac-en, nagyon kíváncsi leszek, mit mond az Adobe az M1 Ultra-ról a jövőben.

Maga az Apple azt állítja, hogy a processzor 3,8x nagyobb CPU-teljesítményt, 4,5x nagyobb GPU-teljesítményt és 3x gyorsabb gépi tanulást biztosít a szintén kiváló M1 Mac és Intel iMac rendszerekhez képest.

Mi történik ezután?

A bemutató végén az Apple elmondta, hogy még egy Mac-et szeretne bemutatni, de erre egy másik alkalommal kerül sor. Sokan feltételezik, hogy ez a Mac Pro lesz, de nem lehetünk biztosak abban, hogy a vállalat ebben a számítógépben kívánja-e használni az M1 Ultrát, vagy más tervei vannak. Valószínűnek tartom, hogy az Apple tovább fogja optimalizálni az M1 Ultra kialakítását és feljebb fogja órajelezni a sebességet, hogy kihasználja a Mac Próban rendelkezésre álló további hőkezelést.

Az Apple vezető szilíciummérnöke a prezentációja során utalt a tervezési fejlesztésekre, és az egész iparágban elismerik, hogy a processzortechnológia véges korlátaihoz közeledünk. Ez azt jelenti, hogy a jövőbeni fejlesztések egyre inkább a lapkák tervezését, a csomagolást és az architektúrát érintik majd - és valószínűleg ez a másik ok, amiért az Apple kifejlesztette az UltraFusiont: ez egy utat jelent a további chiptervezési innovációhoz.

Az egységesített memória és a SoC-re helyezett dolgok folyamatos bővítése (például az Apple saját 5G-s modemtervezésének hozzáadása) további fejlődést szabadít fel, akárcsak a GPU beépítése ugyanabba a processzorba. Az Apple-nek emellett abban a helyzetben kell lennie, hogy 3 nm-es tervezési eljárásokra épülő M-szériás processzorokat vezessen be, amint 2023-24-ben megkezdődik a 3 nm-es gyártásra való áttérés. Ez elkerülhetetlenül lehetővé teszi majd, hogy még több teljesítmény-, teljesítmény- és hatékonyságnövelést vezessen be, még akkor is, amikor az iparág többi része az 5 nm-es chipek felé kúszik.

Mit gondol az üzleti élet

Rámutatva, hogy az M1 Ultra 7x gyorsabb, mint az M1, a Wedbush elemzője, Daniel Ives azt mondta az ügyfeleknek, hogy ez "elképesztő technológiai teljesítményt jelent, amely egy újabb lövés az olyan chip-sztárcsapatokra, mint az Intel, mivel az Apple a chipgyártó cégeket a saját játékukkal veri az asztali számítógépek frontján". "Az Apple már az M1 Max-szal is meglehetősen magasra tette a lécet, és most az M1 Ultrával igyekszik azt túlszárnyalni.

És ha sikerül teljesíteniük ezeket a célokat, akkor mindössze 6 hónap alatt kétszer is új csúcsot állítanak fel a SoC tervezés terén. Ezek valóban izgalmas idők" - írta az Anandtech. Egy nagy kérdés azonban továbbra is megválaszolatlan: miért nyom 2 kilóval többet az M1 Ultrával szerelt Mac Studio, mint az M1 Max-szal szerelt? A válasz a jelek szerint az, hogy mindkettőben ugyanaz a beépített 370 wattos tápegység van. A többletsúly azt tükrözi, hogy az M1 Ultra modell egy nagyobb réz hőmodulnak ad otthont az M1 Max Mac Studio-hoz képest, amely alumínium hűtőbordát használ.