2020. aastal tegi Apple julge sammu; nad loobusid Intelist ja läksid oma MacBookide toiteks oma patenteeritud ränile. Kuigi üleminek x86 disainikeelelt ARM-arhitektuurile kergitas mitu kulmu, Apple tõestas, et kõik eksivad, kui Apple'i räni toiteallikaga MacBookid pakkusid hämmastavat jõudlust vatti.
Mitmete ekspertide sõnul oli jõudluse/vati suurenemise suur põhjus üleminek ARM-arhitektuurile. Uuel ühtlustatud mäluarhitektuuril oli aga otsustav roll ka uue põlvkonna MacBookide jõudluse parandamisel.
Niisiis, mis on Apple'i ühtne mäluarhitektuur ja kuidas see töötab? Noh, uurime välja.
Miks teie arvuti vajab mälu?
Enne Apple'i ühtse mäluarhitektuuriga tutvumist on oluline mõista, miks on esmaseid salvestussüsteeme, nagu muutmälu (RAM) vaja.
Näete, traditsiooniline protsessor töötab a ajal 4 GHz taktsagedusega turbo võimendus. Sellise taktsageduse juures suudab protsessor ülesandeid täita veerandi nanosekundi jooksul. Mälukettad, nagu SSD-d ja HDD-d, suudavad aga protsessorile andmeid edastada vaid iga kümne millisekundi järel – see on 10 miljonit nanosekundit. See tähendab, et aja jooksul, mis jääb CPU poolt töötavate andmete töötlemise ja järgmise teabepartii vastuvõtmise vahele, jääb see jõude.
See näitab selgelt, et salvestusseadmed ei suuda protsessori kiirusega sammu pidada. Arvutid lahendavad selle probleemi esmaste salvestussüsteemide (nt RAM) abil. Kuigi see mälusüsteem ei suuda andmeid püsivalt salvestada, on see SSD-dega võrreldes palju kiirem – see suudab andmeid saata kõigest 8,8 nanosekundiga: lõpmatult kiiremini kui praegu kõige kiiremad SSD-d.
See madal juurdepääsuaeg võimaldab CPU-l andmeid kiiremini vastu võtta, võimaldades tal pidevalt teavet läbi murda, selle asemel et oodata, kuni SSD saadab töötlemiseks uue partii.
Tänu sellele disainiarhitektuurile teisaldatakse salvestusdraivide programmid RAM-i ja seejärel pääseb CPU neile CPU registrite kaudu juurde. Seetõttu parandab kiirem esmane salvestussüsteem arvuti jõudlust ja just seda Apple oma ühtse mäluarhitektuuriga teeb.
Traditsiooniliste mälusüsteemide töö mõistmine
Nüüd, kui teame, miks RAM-i vaja on, peame mõistma, kuidas GPU ja CPU seda kasutavad. Kuigi nii GPU kui ka CPU on mõeldud andmetöötluseks, on CPU mõeldud üldotstarbeliste arvutuste tegemiseks. Vastupidi, GPU on loodud täitma sama ülesannet erinevatel tuumadel. Tänu sellele disainierinevusele on GPU pilditöötlusel ja renderdamisel väga tõhus.
Kuigi protsessoril ja graafikaprotsessoril on erinev arhitektuur, sõltuvad need andmete hankimiseks esmastest salvestussüsteemidest. Spetsiaalse GPU-ga traditsioonilises süsteemis on kahte tüüpi muutmälusid. See on VRAM ja süsteemi RAM. Tuntud ka kui Video RAM, VRAM vastutab andmete saatmise eest GPU-le ja süsteemi RAM edastab andmed protsessorisse.
Kuid mäluhaldussüsteemide paremaks mõistmiseks vaatame näidet elust, kuidas mängite mõnda mängu.
Kui avate mängu, tuleb pilti CPU ja mängu programmiandmed teisaldatakse süsteemi RAM-i. Pärast seda töötleb protsessor andmeid ja saadab need VRAM-i. Seejärel töötleb GPU neid andmeid ja saadab need tagasi RAM-i, et CPU kuvaks teabe ekraanil. Integreeritud GPU-süsteemi korral jagavad mõlemad arvutiseadmed sama RAM-i, kuid pääsevad juurde erinevatele mäluruumidele.
See traditsiooniline lähenemisviis hõlmab palju andmete liikumist, mis muudab süsteemi ebatõhusaks. Selle probleemi lahendamiseks kasutab Apple ühtset mäluarhitektuuri.
Kuidas Apple Silicon ühtne mäluarhitektuur töötab?
Apple teeb mälusüsteemide osas mitmeid asju erinevalt.
Üldiste süsteemide puhul ühendatakse RAM CPU-ga emaplaadi pesa abil. See ühendus piirab protsessorile saadetavate andmete hulka.
Teiselt poolt, Apple räni kasutab RAM-i ja SoC-i paigaldamiseks sama substraati. Kuigi RAM ei ole sellise arhitektuuri puhul SoC osa, kasutab Apple RAM-i ühendamiseks SoC-ga interposer substraati (Fabric). Interposer pole midagi muud kui ränikiht SOC-i ja RAM-i vahel.
Võrreldes traditsiooniliste pistikupesadega, mis tuginevad andmete edastamiseks juhtmetele, võimaldab interposer RAM-il ühendada kiibistikuga räni kaudu. See tähendab, et Apple'i räni jõul töötavatel MacBookidel on RAM otse pakendisse, mis muudab andmete edastamise mälu ja protsessori vahel kiiremaks. RAM on ka füüsiliselt lähemal sellele, kus andmeid vaja on (protsessorid), võimaldades seega andmetel kiiremini jõuda sinna, kus neid vaja on.
Tänu sellele erinevusele RAM-i ühendamisel kiibistikuga pääseb see juurde suurele andmeribalaiusele.
Lisaks ülalmainitud erinevusele muutis Apple ka seda, kuidas protsessor ja graafikaprotsessor mälusüsteemile pääsevad.
Nagu varem selgitatud, on GPU-l ja CPU-l traditsioonilistes seadetes erinevad mälukogumid. Apple, vastupidi, võimaldab GPU-l, CPU-l ja närvimootoril juurdepääsu samale mälukogumile. Tänu sellele ei pea andmeid ühest mälusüsteemist teise üle kandma, parandades süsteemi efektiivsust veelgi.
Kõigi nende mäluarhitektuuri erinevuste tõttu pakub ühtne mälusüsteem SoC-le suurt andmeriba laiust. Tegelikult pakub M1 Ultra ribalaiust 800 GB/s. See ribalaius on oluliselt suurem võrreldes suure jõudlusega GPU-dega, nagu AMD Radeon RX 6800 ja 6800XT, mis pakuvad ribalaiust 512 GB/s.
See suur ribalaius võimaldab CPU-l, GPU-l ja närvimootoril nanosekundite jooksul juurdepääsu tohututele andmekogudele. Lisaks kasutab Apple hämmastava kiirusega andmete edastamiseks M2-seerias LPDDR5 RAM-mooduleid, mille taktsagedus on 6400 MHz.
Kui palju ühtset mälu vajate?
Nüüd, kui meil on ühtsest mäluarhitektuurist põhiteadmised, saame vaadata, kui palju seda vajate.
Kuigi ühtsel mäluarhitektuuril on mitmeid eeliseid, on sellel siiski ka vigu. Esiteks on RAM ühendatud SoC-ga, nii et kasutajad ei saa oma süsteemi RAM-i uuendada. Lisaks saavad CPU, GPU ja Neural Engine juurdepääsu samale mälukogumile. Tänu sellele suureneb süsteemi poolt nõutav mälumaht drastiliselt.
Seega, kui olete keegi, kes surfate Internetis ja kasutab tonni tekstitöötlusprogramme, piisaks teile 8 GB mälust. Kuid kui kasutate Adobe Creative Cloudi programme sageli, on 16 GB variandi hankimine parem valik, kuna teil on masinas fotode, videote ja graafika redigeerimine sujuvam.
Samuti peaksite kaaluma 128 GB muutmäluga M1 Ultrat, kui treenite paljusid süvaõppemudeleid või töötate videote ajaskaaladel, millel on palju kihte ja 4K kaadrit.
Kas ühtne mäluarhitektuur on hea?
Apple'i räni ühtne mäluarhitektuur teeb arvuti mälusüsteemides mitmeid muudatusi. Alates RAM-i arvutusüksustega ühendamise muutmisest kuni mäluarhitektuuri ümberdefineerimiseni muudab Apple mälusüsteemide kavandamist oma süsteemide tõhususe parandamiseks.
Sellegipoolest loob uus arhitektuur protsessori, graafikaprotsessori ja närvimootori vahel võistlustingimused, suurendades süsteemi jaoks vajaliku RAM-i hulka.