През 2020 г. Apple направи смел ход; те зарязаха Intel и се прехвърлиха към техния патентован силикон за захранване на своите MacBook. Въпреки че преминаването към архитектурата ARM от дизайнерския език x86 повдигна няколко вежди, Apple доказа, че всички грешат, когато MacBooks, захранвани от силикон на Apple, предложиха умопомрачителна производителност на ват.
Според няколко експерти преминаването към ARM архитектурата е голяма причина за повишаването на производителността/ват. Въпреки това, новата унифицирана архитектура на паметта също изигра решаваща роля за подобряване на производителността на новото поколение MacBook.
И така, какво представлява унифицираната архитектура на паметта на Apple и как работи? Е, нека разберем.
Защо вашият компютър се нуждае от памет?
Преди да навлезете в унифицираната архитектура на паметта на Apple, важно е да разберете защо на първо място са необходими първични системи за съхранение като памет с произволен достъп (RAM).
Виждате ли, традиционният процесор работи на тактова честота от 4 GHz по време на a
турбо ускорение. При тази тактова честота процесорът може да изпълнява задачи за четвърт наносекунда. Въпреки това, устройствата за съхранение, като SSD и HDD, могат да доставят данни на процесора само на всеки десет милисекунди - това са 10 милиона наносекунди. Това означава, че във времето между процесора, завършващ обработката на данните, върху които работи, и получаването на следващата порция информация, той не работи.Това ясно показва, че устройствата за съхранение не могат да се справят със скоростта на процесора. Компютрите решават този проблем, като използват първични системи за съхранение като RAM. Въпреки че тази система с памет не може да съхранява данни постоянно, тя е много по-бърза в сравнение с SSD дисковете – тя може да изпраща данни само за 8,8 наносекунди: безкрайно по-бързо от най-бързите SSD в момента.
Това ниско време за достъп позволява на процесора да получава данни по-бързо, което му позволява непрекъснато да обработва информация, вместо да чака SSD да изпрати друга партида за обработка.
Благодарение на тази архитектура на дизайна, програмите в устройствата за съхранение се преместват в RAM и след това се осъществяват достъп от процесора чрез регистрите на процесора. Следователно, по-бързата първична система за съхранение подобрява производителността на компютъра и точно това прави Apple със своята унифицирана архитектура на паметта.
Разбиране как работят традиционните системи за памет
Сега, когато знаем защо е необходима RAM, трябва да разберем как GPU и CPU я използват. Въпреки че и GPU, и CPU са предназначени за обработка на данни, CPU е проектиран да извършва изчисления с общо предназначение. Напротив, GPU е проектиран да изпълнява една и съща задача на различни ядра. Поради тази разлика в дизайна, графичният процесор е много ефективен при обработката и изобразяването на изображения.
Въпреки че CPU и GPU имат различни архитектури, те зависят от основните системи за съхранение за получаване на данни. Има два типа памети с произволен достъп в традиционна система със специален GPU. Това е VRAM и системната RAM. Известна още като видео RAM, VRAM е отговорна за изпращането на данни към GPU, а системната RAM прехвърля данни към CPU.
Но за да разберем по-добре системите за управление на паметта, нека да разгледаме пример от реалния живот, в който играете игра.
Когато отворите играта, процесорът се появява в картината и програмните данни за играта се преместват в системната RAM памет. След това процесорът обработва данните и ги изпраща към VRAM. След това GPU обработва тези данни и ги изпраща обратно към RAM, за да може CPU да покаже информацията на екрана. В случаите на интегрирана GPU система и двете изчислителни устройства споделят една и съща RAM, но имат достъп до различни пространства в паметта.
Този традиционен подход включва много движение на данни, което прави системата неефективна. За да разреши този проблем, Apple използва Unified Memory Architecture.
Как работи унифицираната архитектура на паметта на Apple Silicon?
Apple прави няколко неща по различен начин, когато става въпрос за системи с памет.
В случай на общи системи, RAM паметта е свързана към процесора чрез гнездо на дънната платка. Тази връзка пречи на количеството данни, изпращани към процесора.
От друга страна, Ябълков силиций използва един и същ субстрат за монтиране на RAM и SoC. Въпреки че RAM не е част от SoC в такава архитектура, Apple използва междинен субстрат (Fabric), за да свърже RAM към SoC. Интерпозерът не е нищо друго освен слой силиций между SOC и RAM.
В сравнение с традиционните гнезда, които разчитат на кабели за пренос на данни, междинният елемент позволява на RAM да се свърже с чипсета чрез силициеви отвори. Това означава, че захранваните със силиций MacBook на Apple имат своята RAM памет директно в пакета, което прави прехвърлянето на данни между паметта и процесора по-бързо. RAM също е физически по-близо до мястото, където са необходими данните (процесорите), като по този начин позволява на данните да стигнат по-рано там, където са необходими.
Поради тази разлика в свързването на RAM към чипсета, той има достъп до висока честотна лента на данни.
В допълнение към разликата, спомената по-горе, Apple също промени начина, по който CPU и GPU осъществяват достъп до системата с памет.
Както беше обяснено по-рано, GPU и CPU имат различни пулове памет в традиционните настройки. Apple, напротив, позволява на GPU, CPU и Neural Engine да имат достъп до един и същ пул памет. Поради това не е необходимо данните да се прехвърлят от една система с памет към друга, което допълнително подобрява ефективността на системата.
Поради всички тези разлики в архитектурата на паметта, Unified Memory System предлага висока честотна лента на данни към SoC. Всъщност M1 Ultra осигурява честотна лента от 800 GB/s. Тази честотна лента е значително по-голяма в сравнение с високопроизводителни графични процесори като AMD Radeon RX 6800 и 6800XT, които предлагат честотна лента от 512 GB/s.
Тази висока честотна лента позволява на CPU, GPU и Neural Engine да имат достъп до огромни масиви от данни за наносекунди. В допълнение, Apple използва LPDDR5 RAM модули с тактова честота 6400 MHz в серията M2, за да доставя данни с удивителни скорости.
Колко унифицирана памет ви е необходима?
Сега, след като имаме основно разбиране за унифицираната архитектура на паметта, можем да видим колко от нея ви е необходима.
Въпреки че унифицираната архитектура на паметта предлага няколко предимства, тя все още има някои недостатъци. Първо, RAM е свързана към SoC, така че потребителите не могат да надстроят RAM на своята система. Освен това CPU, GPU и Neural Engine имат достъп до един и същи пул памет. Поради това количеството памет, изисквано от системата, се увеличава драстично.
Ето защо, ако сте човек, който сърфира в интернет и използва тон текстови процесори, 8 GB памет ще ви бъдат достатъчни. Но ако често използвате програмите на Adobe Creative Cloud, получаването на 16 GB вариант е по-добър вариант, тъй като ще имате по-плавно изживяване при редактиране на снимки, видеоклипове и графики на вашата машина.
Трябва също така да помислите за M1 Ultra със 128 GB RAM, ако тренирате много модели за задълбочено обучение или работите върху видео графики с много слоеве и 4K кадри.
Обединената архитектура на паметта е за добро?
Унифицираната архитектура на паметта на силикона на Apple прави няколко промени в системите с памет на компютъра. От промяна на начина, по който RAM е свързана с изчислителните единици до предефиниране на архитектурата на паметта, Apple променя начина, по който са проектирани системите с памет, за да подобри ефективността на своите системи.
Въпреки това, новата архитектура създава условия за надпревара между CPU, GPU и Neural Engine, увеличавайки количеството RAM, от което системата се нуждае.