Chip da Apple M1 vs. processadores Intel x86: Qual é a diferença?

Opiniões

22 de junhond, 2020 marcou um marco muito significativo para a Apple com o anúncio de uma nova linha de desktops personalizados e CPUs móveis com a marca “Apple Silicon”. Até aquele ponto e mesmo no momento em que este artigo foi escrito, a Apple fez uma parceria com a Intel para o fornecimento de CPUs para seus produtos de laptop e desktop, como o MacBook Pro e o Mac Pro. Com o anúncio desta nova linha de silício customizado, a Apple está planejando fazer a transição das CPUs fornecidas pela Intel em favor de processadores que pretende desenvolver e fabricar independentemente.



Apple afirma um grande número de melhorias com o Apple Silicon - Imagem: Apple

A Apple já está desenvolvendo e fabricando seus próprios microprocessadores personalizados para seus iPhones com tremendo sucesso, e não é surpresa que agora ela queira ampliar essa aclamação, visando o mercado de CPU móvel e desktop. Este movimento é ainda mais justificado pela completa falta de inovação e progresso da Intel ultimamente, não apenas em suas linhas de CPU para desktop, mas também no mercado de CPU para laptop, onde parâmetros como eficiência reinam supremos. A Intel teve problemas bem documentados com sua mudança direcionada para o processo de fabricação de 10 nm, então eles ainda estão presos em 14 nm para a maioria de seus produtos por enquanto. Isso torna a transição da Intel para o silício da própria Apple ainda mais importante para uma empresa com uma reputação como a da Apple.



Apple Silicon

Já cobrimos o básico de Apple Silicon e o que isso significa para a Intel neste artigo, mas no conteúdo de hoje, temos uma série de novas informações sobre a Apple Silicon, incluindo o primeiro produto que a Apple produziu oficialmente com a marca Apple Silicon. O Apple Silicon é basicamente uma linha de processadores sobre os quais a Apple tem controle total, seja em design, fabricação, produção, desempenho, otimização ou o que quer que seja. A Apple pretende melhorar exponencialmente a experiência do usuário e o desempenho de seus produtos de laptop e desktop com esta linha de CPUs, uma vez que esses produtos estagnaram devido à falta de ganhos de desempenho significativos por parte da Intel.



A Apple Silicon também está adotando uma abordagem completamente diferente para a fabricação dos próprios processadores em comparação com a Intel. Ao contrário dos processadores da Intel que são baseados na arquitetura x86, a Apple está baseando suas CPUs personalizadas na arquitetura ARM, que vem com seus próprios benefícios e desvantagens, conforme explorado posteriormente neste artigo. Combinando a arquitetura ARM com o processo de fabricação de 5 nm da Apple, a Apple pretende produzir microprocessadores personalizados que superam as ofertas da Intel não apenas em desempenho, mas também em eficiência, que é uma grande preocupação para produtos de laptop como a série MacBook.



Chip da Apple M1

O primeiro produto da Apple com a marca Apple Silicon foi lançado em 10 de novembroº, 2020, denominado Apple M1. Este é um chip personalizado que foi desenvolvido pela Apple com base na arquitetura ARM e fabricado no nó de processo de 5 nm. O Apple M1 promete desempenho líder do setor, recursos poderosos e incrível eficiência para os usuários de laptops e desktops que aproveitam o poder deste chip. Como um sistema em um chip (SoC), o M1 combina uma série de tecnologias poderosas em um único chip em um design realmente interessante e inovador que ainda não foi visto antes pela Intel ou pela AMD. Para não mencionar, M1 é o primeiro chip de computador pessoal construído usando o nó de processo de 5 nm.

O Apple M1 é o primeiro CPU lançado com a marca Apple Silicon - Imagem: Apple

A Apple fez uma série de afirmações ousadas em relação ao desempenho projetado e à eficiência do chip Apple M1. De acordo com a Apple, o M1 apresenta o núcleo de CPU mais rápido do mundo em silício de baixo consumo de energia, o melhor desempenho do mundo por watt, os gráficos integrados mais rápidos do mundo em um computador pessoal, desempenho de aprendizado de máquina inovador com o Apple Neural Engine. A Apple afirma que o M1 oferece o maior salto de todos os tempos para o Mac.



Produtos

No momento em que este artigo foi escrito, a Apple lançou o chip M1 em 3 de seus principais produtos de consumo. O Apple Mac Mini, o MacBook Air e o MacBook Pro 13 ”agora oferecem uma configuração com o chip Apple M1 em vez das ofertas de CPU x86 da Intel que prevaleciam nesses produtos antes. Na verdade, a Apple não está removendo os MacBooks e produtos Mac baseados em Intel abruptamente, em vez disso, esses produtos devem coexistir na mesma linha por pelo menos dois anos. A Apple planejou um período de transição para suas linhas de produtos, que atualmente deve durar cerca de 2 anos. Ao final desse período de transição, todos os dispositivos Apple deverão ser alimentados por processadores Apple Silicon em vez dos processadores x86 da Intel.

O Mac Mini equipado com Apple M1 custa a partir de $ 699, o MacBook Air a partir de $ 999 e o MacBook Pro a partir de $ 1299.

Os primeiros 3 produtos com o chip Apple M1 dentro - Imagem: Apple

Arquitetura Central e Design

Até agora, um produto Mac ou MacBook precisava de vários chips para oferecer todos os seus recursos. Vários componentes como CPU, memória, GPU, E / S e componentes de segurança precisavam ser montados dentro do produto e vinculados uns aos outros para fornecer o desempenho máximo que o produto reivindica. O chip Apple M1 é um único sistema em um chip (SoC) que combina uma série de componentes principais em um único pacote pequeno e oferece um alto nível de integração que é vital para aumentar a eficiência e o desempenho. O chip M1 apresenta incríveis 16 bilhões de transistores, o maior número de transistores que a Apple já colocou em um único chip.

A CPU principal dentro do Chip M1 contém 8 núcleos - Imagem: Apple

O M1 está em seu coração, uma CPU de 8 núcleos que foi projetada para maximizar o desempenho e a eficiência. Por esse motivo, ele apresenta quatro núcleos de alto desempenho e quatro núcleos de alta eficiência que permitem ao chip M1 trocar desempenho por eficiência quando necessário. A Apple afirma que seu núcleo de alto desempenho é o núcleo de CPU mais rápido do mundo quando se trata de silício de baixo consumo de energia, portanto, as cargas de trabalho multithread devem ser fáceis para esses núcleos. Os núcleos de alta eficiência usam um décimo da potência dos núcleos mais rápidos enquanto mantêm uma linha de base de desempenho. Esses núcleos executam tarefas leves e aplicativos em segundo plano, enquanto os núcleos de alta potência lidam com as cargas de trabalho mais exigentes.

Em um movimento nada surpreendente, a Apple integrou a GPU dentro do chip M1, o que dá mais peso à afirmação da Apple de que o M1 é um 'Sistema em um Chip' completo. A GPU integrada do M1 visa atingir um equilíbrio entre desempenho e eficiência, o que é vital em produtos móveis como o MacBook. A GPU também é composta por 8 núcleos e é capaz de executar cerca de 25.000 threads de uma vez, de acordo com a Apple. A Apple também afirma que este é o processador gráfico mais avançado que já construíram.

O M1 também possui um mecanismo neural de 16 núcleos embutido no design do núcleo do processador. O Motor Neural é aparentemente capaz de executar 11 trilhões de operações por segundo, o que pode ser uma grande ajuda em aplicativos de aprendizado de máquina e IA. Este motor neural, combinado com a excelente GPU integrada do M1, torna-o um excelente candidato a edição e renderização em aplicativos como o Final Cut Pro. O novo Neural Engine apresenta desempenho de aprendizado de máquina até 15 vezes mais rápido do que os produtos Mac anteriores.

A Apple também foi à frente e unificou a memória do sistema com o resto dos componentes do chip no M1. A RAM do Mac Mini ou MacBook agora será integrada diretamente no próprio chip, por isso tem um link direto para a CPU e outros componentes dentro do SoC. A UMA afirma unificar a memória de alta largura de banda e baixa latência em um único pool dentro de um pacote personalizado para que todos os componentes do SoC possam acessar os mesmos dados sem copiá-los entre vários pools de memória. A RAM integrada tem uma grande desvantagem, pois agora a RAM não pode ser atualizada ou trocada pelo usuário.

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Todos os componentes foram integrados em um pequeno pacote SoC - Imagem: Apple

Melhorias em relação aos processadores Intel x86

A decisão da Apple de fazer a transição da Intel para sua própria linha de CPUs baseada em ARM foi ditada principalmente por três fatores principais.

Eficiência

Com base no processo antigo de 14nm, as CPUs da Intel nos atuais MacBooks e produtos Mac são altamente ineficientes, levando a um grande consumo de energia e problemas de limitação térmica, especialmente em laptops. Esses problemas prejudicaram o desempenho potencial dos produtos MacBook e Mac e a Apple certamente não ficou feliz com a falta de inovação da Intel aqui.

Com a introdução do Chip M1, a Apple afirma um desempenho 3x maior por watt em comparação com as CPUs de última geração. Isso permite que o SoC dentro dos MacBooks funcione de forma mais fria e consuma muito menos energia em comparação com as CPUs baseadas em x86 da Intel. A remoção de quaisquer restrições térmicas permite que o chip M1 alcance seu potencial máximo de desempenho, mesmo sem resfriamento ativo, como visto no Mac Mini e no MacBook Air.

Desempenho de CPU de até 3x por Watt promete alta eficiência - Imagem: Apple

Ainda mais impressionante do que isso é a duração da bateria massivamente melhorada dos novos MacBooks baseados em M1. A Apple está reivindicando até 17 horas de navegação na web sem fio e 20 horas de reprodução de filmes no MacBook Pro de 13 ”. Esses são números ridículos que parecem ser precisos no que diz respeito aos testes iniciais. Esta incrível duração da bateria é um resultado direto da eficiência aprimorada do chip Apple M1.

Rapidez

O M1 Chip não é apenas um campeão quando se trata de eficiência, mas também em desempenho bruto. A estrutura bem unida do SoC combinada com o design de núcleos de alto desempenho e alta eficiência fornece desempenho de CPU até 2x mais rápido quando comparado ao equivalente da geração anterior da Intel. Ainda mais impressionante é o fato de que ele faz isso usando apenas 25% da energia que o chip de PC usava no mesmo cenário. Isso diz muito sobre o desempenho e a eficiência do chip M1, não apenas hoje, mas também no futuro.

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O desempenho da CPU aumentou exponencialmente em comparação com os MacBooks de última geração - Imagem: Apple

A Apple também afirmou que a GPU integrada dentro do M1 oferece desempenho gráfico significativamente superior do que o chip de laptop mais recente para PC, com velocidade de até 2x a velocidade gráfica. Ele não apenas supera ou se equipara ao equivalente do PC, mas também o faz usando apenas 33% da energia que o chip do PC usou no mesmo cenário. Com 2,6 teraflops de rendimento, a Apple afirma que o M1 tem os gráficos integrados mais rápidos do mundo em um computador pessoal. Eficiência e desempenho como esses, combinados com o extenso trabalho de otimização pelo qual a Apple é conhecida, podem tornar o M1 e os futuros produtos Apple Silicon extremamente difíceis de competir pelos concorrentes de PC.

De acordo com a Apple, como resultado de todas essas melhorias, o M1 oferece desempenho de CPU até 3,5x mais rápido, desempenho de GPU até 6x mais rápido e aprendizado de máquina até 15x mais rápido, tudo isso enquanto permite vida útil da bateria até 2x mais do que a geração anterior Macs.

Otimização

A Apple é uma empresa que gosta de controlar todas as facetas do processo de produção quando se trata de seus próprios produtos. Uma vez que a Apple já possui seu próprio sistema operacional, a produção de CPUs personalizadas e outros componentes feitos sob medida para esse sistema operacional permitirá que a Apple otimize tremendamente a experiência do usuário final. A Apple pode ajustar o desempenho do chip M1 para atender às demandas e expectativas do sistema operacional e seus aplicativos, enquanto o sistema operacional terá muito mais facilidade em falar com o chip M1 e seus vários componentes. Isso permitirá um nível muito mais alto de granularidade e controle que pode levar a uma experiência muito melhor do que era possível anteriormente com CPUs Intel.

Além disso, o macOS Big Sur foi projetado para aproveitar ao máximo toda a capacidade e potência do chip M1, já que a Apple afirma ser o software mais poderoso já executado em seu hardware mais avançado. M1 e ​​Big Sur não só prometem desempenho extremamente rápido e recursos como Instant Wake, mas também trazem um alto nível de segurança para o dispositivo, bloqueando tudo no ecossistema da Apple.

Assumir o controle de todo o processo de produção e desenvolvimento permitiu que a Apple introduzisse uma série de tecnologias personalizadas no chip Apple M1, incluindo:

  • O mais recente processador de sinal de imagem (ISP) da Apple para vídeo de alta qualidade com melhor redução de ruído, maior faixa dinâmica e balanço de branco automático aprimorado.
  • O mais recente Secure Enclave para a melhor segurança da categoria.
  • Um controlador de armazenamento de alto desempenho com hardware de criptografia AES para desempenho de SSD mais rápido e seguro.
  • Mecanismos de codificação e decodificação de mídia de baixa potência e altamente eficientes para ótimo desempenho e vida útil prolongada da bateria.
  • Um controlador Thunderbolt projetado pela Apple com suporte para USB 4, velocidades de transferência de até 40 Gbps e compatibilidade com mais periféricos do que nunca.

Essas tecnologias personalizadas adicionam-se a uma lista promissora de recursos personalizados que a Apple está criando em seus processadores Apple Silicon.

O Neural Engine se beneficia muito das otimizações de software - Imagem: Apple

Transição

O plano imediato da Apple após este anúncio é fazer essa transição o mais tranquila e sem complicações possível, tanto para os desenvolvedores quanto para os usuários finais. Tendo isso em mente, a Apple optou por manter os Macs baseados em CPUs Intel ainda no mercado, ao mesmo tempo que introduziu novos Macs baseados em Apple Silicon. Essa coexistência provará ser uma força motriz por trás da transição perfeita que a Apple planejou. Até o final deste ano, podemos esperar que os Macs baseados em Apple Silicon cheguem ao mercado, enquanto os Macs baseados em Intel também irão dividir o espaço de mercado por enquanto. A transição completa levará aproximadamente dois anos se tudo correr conforme o planejado.

A Apple tomou as medidas adequadas no processo de transferência de seus aplicativos existentes para o novo ecossistema movido pelo novo silício. Com o macOS Big Sur, a Apple deu aos desenvolvedores o XCode 12, que possui ferramentas integradas como compiladores nativos, editores e ferramentas de depuração. A Apple afirma que usando este pacote, a maioria dos desenvolvedores será capaz de portar seus aplicativos para Macs baseados em Silicon da Apple em questão de dias. A Apple também lançou binários de aplicativos Universal 2 que permitirão aos desenvolvedores criar um único aplicativo que será compatível tanto com os Macs Apple Silicon mais novos quanto com os Macs Intel mais antigos. Com a tecnologia de transição do Rosetta 2, os usuários serão capazes de usar os aplicativos existentes que não foram atualizados. Esses programas permitirão a transição da Intel para as próprias CPUs da Apple da maneira mais perfeita possível.

Futuro

Embora ninguém possa dizer com certeza o que o futuro reservará para os produtos de silício da Apple, as coisas certamente parecem estar indo na direção certa, se é que o início está por vir. A Apple estabeleceu uma posição extremamente forte no espaço da CPU com o M1 e embora possa não ser um rival direto para as CPUs de desktop mais poderosas ainda, o desempenho e eficiência que oferece agora é incomparável nos produtos de laptop atuais. Isso, combinado com a ampla otimização de que a Apple é capaz, torna o M1 uma escolha forte para compradores em potencial no momento em que este artigo foi escrito.

No entanto, todo esse ecossistema da Apple Silicon ainda está em sua infância e passando por um período de transição. Os compradores em potencial podem querer dar um passo atrás e analisar um pouco a situação antes de tomar uma decisão. A primeira tentativa da Apple em seu próprio silício personalizado nos trouxe melhorias exponenciais em desempenho, eficiência e duração da bateria em comparação com contrapartes da Intel de última geração, por isso é seguro presumir que futuras iterações do M1 ou de outros produtos de silício da Apple podem trazer equilíbrio saltos maiores, e talvez até a um custo menor. Sem mencionar que todo o sistema de transição ainda precisa ser resolvido perfeitamente, pois os usuários relataram alguns bugs iniciais em vários aplicativos profissionais e de consumo. Como profissional, você definitivamente deve evitar optar por essa nova tecnologia pelo menos nos próximos dois anos, até que toda a transição seja concluída.

Mesmo que o M1 seja muito bom, os profissionais devem esperar pelas versões Mac Pro e iMac do Apple Silicon antes de fazer a transição - Imagem: Apple

A Apple aparentemente já está planejando anunciar o Chip M1X, que é uma versão melhorada do Apple M1 para o MacBook Pro de 16 polegadas. Mais CPUs com contagens de núcleo mais altas são esperados mais tarde para os iMacs de mesa e Mac Pros, então vai ficar muito lotado na programação muito rapidamente. Portanto, é uma boa idéia aguardar a onda inicial de produtos Apple Silicon e esperar por lançamentos de CPU mais maduros no futuro, que podem atender perfeitamente às suas necessidades.

Palavras Finais

A Apple certamente entrou no mercado de CPU para desktop de uma forma muito forte, trazendo sua vasta experiência em engenharia de iPhones para os produtos Apple Silicon baseados em ARM. Essas CPUs prometem oferecer melhorias massivas em relação à última geração de produtos Mac, não apenas em desempenho, mas também em eficiência para maximizar recursos como a vida útil da bateria. Usando um design totalmente customizado, a Apple parece ter feito exatamente isso com o M1, o primeiro chip de consumo lançado sob a marca Apple Silicon.

O M1 é um SoC personalizado desenvolvido e fabricado pela Apple que combina a CPU, a GPU, a memória e o mecanismo neural em um pequeno pacote para simplificar a comunicação e diminuir a latência entre os diferentes componentes. O design do SoC baseado no processo de 5 nm oferece melhorias massivas em eficiência e desempenho devido a vários fatores contribuintes em comparação com seus equivalentes da Intel.

A Apple traçou um período de transição de dois anos para que todos os seus produtos Mac passem completamente das CPUs Intel para suas próprias CPUs Apple Silicon. Enquanto dentro desse período a Apple pretende oferecer suporte à versão Intel e às versões Apple dos Macs e MacBooks simultaneamente, o suporte estendido e período de otimização para os Macs baseados em Silicon da Apple deve ser maior. A Apple também fez um trabalho incrível com a otimização de aplicativos, não apenas para desenvolvedores, mas também para consumidores em geral, com programas como o Rosetta 2.

Ainda assim, é importante notar que toda a transição ainda está em suas fases iniciais. Ainda há muitos problemas a resolver em todo esse processo, e pular para as primeiras CPUs baseadas em silício da Apple é simplesmente o mesmo que se preparar para o 'remorso do comprador'. Portanto, pelo menos para profissionais que usam suas máquinas Apple para o trabalho, é aconselhável esperar por CPUs da Apple mais maduras com contagens de núcleos mais altas e processos de produção aprimorados antes de fazer a mudança. O programa Apple Silicon veio para ficar e parece ser o caminho a seguir para todos os produtos Apple a partir de agora.