В конце прошлого года на рынок вышли первые компьютеры Mac с процессорами Apple M1 на базе архитектуры ARM. И они продемонстрировали хороший уровень производительности, а в случае ноутбуков – также порадовали временем автономной работы. Теперь бывший инженер Apple поделился интересными подробностями о разработке этого чипа и прогрессе в области создания ARM-чипов, которого Apple достигла на протяжении около 10 лет разработки.

Пролить свет на историю разработки удалось благодаря случайной публикации в Twitter, в которой говорилось, что причиной успеха компьютеров Mac с процессором M1 является кеш, а вовсе не ARM. Бывший инженер Apple Шак Рон не согласился с этим и обосновал свою точку зрения.

Иллюстрируя, насколько Apple опередила конкурентов при разработке ARM-решений, Рон отмечает, что первый 64-битный ARM-чип от Apple (A7) был выпущен в 2013 году с собственной архитектурой набора команд (ISA). Это означало, что архитектура ARM64 была создана Apple ещё до того, как ARM разработала свой собственный «дизайн ядра», готовый к продаже третьим сторонам. А фактическая разработка ARM64 началась в Apple ещё в 2010 году. И к моменту запуска этой архитектуры в 2013 году компания действительно застала Qualcomm и Samsung врасплох.

Говоря о технических деталях, Рон утверждает, что ставка Apple на развитие ARM заключалась в том, чтобы использовать низкие частоты и высокое значение исполнения OoO (Out-of-Order, внеочередное исполнение инструкций). Таким образом, Apple начинала с небольшого количества ядер и низких частот, но постепенно масштабировала эти параметры. Так, процессор A7 был 2-ядерным и работал на частоте 1,3 ГГц. Новый чип A14 включает 6 ядер CPU с частотой до 2,99 ГГц, 4 ядра GPU и 16 ядер Neural engine. Процессор M1 содержит уже 8 вычислительных ядер (4 высокопроизводительных и 4 энергоэффективных), способных работать на частоте до 3,2 ГГц, 8 ядер GPU и 16 ядер Neural engine.

Используя суперскалярную архитектуру с высоким уровнем OoO, компания Apple смогла создавать процессоры с постоянно увеличивающимся количеством транзисторов. Например, в чипе M1 используется уже 16 млрд транзисторов. Использование OoO отделяет набор команд внешнего интерфейса от внутреннего выполнения. И все это стало возможным с помощью специальной ARM ISA, разработанной Apple.

Подводя итоги, Рон считает, что невероятная производительность Mac с процессорами M1 обеспечивается не архитектурой ARM ISA, а сама архитектура ARM ISA настолько хороша, потому что Apple заложила основы высокой производительности своими разработками, которые начала ещё 10 лет назад.