هرآنچه درباره تراشه M1 و M1 Pro و M1 Max اپل باید بدانید

اپل در رویداد به‌یادماندنی نوامبر ۲۰۲۰ از تراشه‌ای پرده برداشت که نه فقط مک، بلکه تاریخچه‌ی دنیای کامپیوترهای شخصی را به دو بخش قبل و بعد از خود تقسیم می‌کند. M1، نقطه‌ی شروع نقشه‌ی راه اپل در مسیر گذار از اینتل به دنیای آرم است؛ تراشه‌ای که به مک مینی، مک‌بوک ایر و مک‌بوک پرو ۱۳ اینچی، آیمک و آیپد پرو ۲۰۲۱ قدرت می‌بخشد و تجربه‌ی کم‌نقصی را در عموم کاربری‌ها فراهم می‌آورد.

پیش‌تر در بررسی مک بوک پرو M1 گفتیم که M1 با ۵۰ درصد مصرف انرژی کمتر نسبت به بهترین تراشه‌های کم‌مصرف X86، می‌تواند پابه‌پای آن‌ها بیاید و حتی در پاره‌ای از موارد آن‌ها را پشت سر بگذارد؛ اما این تراشه با تمام بهینگی‌اش نمی‌توانست نیاز کاربران حرفه‌ای را پاسخ دهد؛ بنابراین از مدت‌ها پیش منتظر رونمایی نسخه‌های جدیدتر این تراشه بودیم تا راهکار اپل برای ارتقاء قدرت پردازشی CPU و GPU را شاهد باشیم.

انتظارها با رویداد Unleashed تاریخ ۲۶ مهر (۱۸ اکتبر ۲۰۲۱) پایان یافت و اپل دو تراشه‌ی M1 Pro و M1 Max را با ابعادی بزرگ‌تر و قدرت پردازشی به‌مراتب بیشتر از M1 رونمایی کرد؛ تراشه‌هایی که قلب تپنده‌ی لپ‌تاپ‌های بازطراحی‌شده‌ی مک‌بوک پرو ۱۴ و مک‌بوک پرو ۱۶ اینچی هستند. در ادامه با زومیت همراه باشید تا نگاه عمیقی به تراشه‌های M1 Pro و M1 Max داشته باشیم و تفاوت‌‌های دو تراشه را درمقایسه‌با M1 متوجه شویم.

اپل تراشه‌‌های خانواده‌ی M1 را سیستم-روی-یک-چیپ (SoC) معرفی می‌کند؛ زیرا افزون‌بر پردازنده‌های آشنای CPU و GPU، ماژول‌هایی همچون موتور پردازش عصبی، پردازنده‌ی سیگنال تصویر (ISP) و کنترلر تاندربولت/USB 4 را نیز در بطن خود دارد. از سوی دیگر ماژول DRAM نیز به‌همراه تراشه‌ داخل یک پکیج قرار گرفته است و در دسترس تمام پردازنده‌های داخل تراشه از جمله گرافیک قرار دارد. متأسفانه نه M1 و نه برادران قدرتمندترش، در بطن خود از مودم 5G برای برقراری اتصال دیتا بهره نمی‌برند.

M1 نخستین تراشه‌ی ۵ نانومتری در دنیای کامپیوترهای شخصی به‌حساب می‌آید و روی سطح ۱۲۰٫۴ میلی‌متر مربعی‌اش از ۱۶ میلیارد ترانزیستور میزبانی می‌کند؛ اما اپل در تراشه‌های M1 پرو و M1 مکس پا را بسیار فراتر گذاشته است؛ این تراشه‌ها به‌ترتیب ۲۴۵٫۹۲ و ۴۳۲٫۳۵ میلی‌متر مربع هستند و روی چنین سطح وسیعی، میزبان ۳۳٫۷ و ۵۷ میلیارد ترانزیستور هستند، بدین‌ترتیب تراشه‌های M1 Pro و M1 Max به‌ترتیب افزایشی ۱۱۰ و ۲۵۶ درصدی نسبت در تعداد ترانزیستورها نسبت به M1 تجربه می‌کنند. در تصویر زیر از وب‌سایت آنانندتک، تصویر واقعی تراشه‌های اپل را می‌بینید.

هر سه تراشه‌ی M1 و M1 Pro و M1 Max براساس لیتوگرافی ۵ نانومتری TSMC تولید می‌شوند. همان‌طور که در ادامه نیز مشاهده خواهید کرد، تراشه‌‌های M1 Pro و M1 Max به‌ترتیب با حدود ۳۰ و ۶۰ وات توان مصرفی GPU و ۳۰ وات CPU احتمالا با فعال‌بودن کل تراشه، در سنگین‌ترین شرایط، به‌ترتیب بین ۶۰ تا ۷۰ وات (M1 Pro) و ۹۰ تا ۱۰۰ وات (M1 Max) مصرف خواهند کرد؛ درحالی‌که این عدد برای M1 در محدوده‌ی ۲۰ تا ۲۵ وات قرار می‌گیرد.

تراشه‌ی M1 ترکیب ۴ هسته‌ی قدرتمند Firestorm با فرکانس ۳٫۲ گیگاهرتز و ۴ هسته‌ی کم‌مصرف Icestorm با فرکانس ۲٫۰۶ گیگاهرتز را به‌عنوان CPU به‌کار می‌گیرد. هسته‌های Firestorm و Icestorm به‌ترتیب به ۱۲ و ۴ مگابایت کش اشتراکی L2 دسترسی دارند. در تراشه‌ی M1 از کش L3 خبری نیست؛ اما مجموعه‌ی ماژول‌ها به حدود ۱۲ مگابایت کش سطح سیستم نیز دسترسی دارند.

درحالی‌که تراشه‌های x86 از ۳۲ کیلوبایت کش L1 دستورالعمل برای هریک از هسته‌ها استفاده می‌کنند، در تراشه‌ی M1 هریک از هسته‌های Firestorm به ۱۹۲ کیلوبایت کش L1 دستورالعمل و ۱۲۸ کیلوبایت کش L1 دیتا دسترسی دارند. هسته‌های کم‌مصرف Icestorm نیز از ۱۲۸ کیلوبایت کش دستورالعمل و ۶۴ کیلوبایت کش دیتا بهره می‌برند. بدین‌ترتیب مجموع کش L1 تراشه‌ی M1 به ۲ مگابایت می‌رسد؛ البته باید توجه داشت ماهیت معماری آرم در اجرای تعداد زیادی دستورالعمل ساده‌تر، به‌خودی خود، حافظه‌ی بیشتری می‌طلبد.

اپل تراشه‌ی M1 Pro را در دو مدل با ۶ یا ۸ هسته‌ی پرقدرت با «واحدهای محاسباتی فوق‌عریض» و ۲ هسته‌ی کم‌مصرف با «واحدهای محاسباتی عریض» در لپ‌تاپ مک‌بوک پرو ۱۴ اینچی به‌کار می‌گیرد. هنوز مشخص نیست که این هسته‌ها به‌لحاظ معماری و فرکانس کاری با هسته‌های Firestorm و Icestorm به‌کاررفته در M1 یکسان باشند یا خیر.

اپل می‌‌گوید درست‌مانند تراشه‌ی M1، هرکدام از هسته‌های پرقدرت M1 Pro به ۱۹۲ کیلوبایت کش L1 دستورالعمل و ۱۲۸ کیلوبایت کش L1 دیتا دسترسی دارند؛ درحالی‌که این کش‌ها برای هرکدام از هسته‌های کم‌مصرف به‌ترتیب ۱۲۸ و ۶۴ کیلوبایت اعلام شده است. براساس اعلام اپل، مجموعه‌ی هسته‌های پرقدرت به ۲۴ مگابایت کش L2 اشتراکی و مجموعه‌ی هسته‌های کم‌مصرف به ۴ مگابایت کش L2 اشتراکی دسترسی دارند؛ بدین‌ترتیب مقدار کش L2 هسته‌های پرقدرت M1 پرو، افزایشی ۱۰۰ درصدی نسبت به M1 تجربه می‌کنند.

متأسفانه در حال حاضر اطلاعاتی درباره‌ی وضعیت کش اشتراکی سطح سیستم در تراشه‌های جدید در دسترس نیست؛ اما با مقایسه‌ی تصویر رسمی اپل از ساختار تراشه‌‌های M1 و M1 Pro و M1 Max، می‌توان حدس زد که احتمالا کش اشتراکی سطح سیستم در تراشه‌های قدرتمند این شرکت با افزایشی ۱۰۰ درصدی از ۱۲ به ۲۴ مگابایت رسیده باشد.

توجه داشته باشید که پردازنده‌ی مرکزی (CPU) به‌کاررفته در M1 Max هیچ تفاوتی با نمونه‌ی به‌کاررفته در قدرتمندترین نسخه‌ی M1 Pro ندارد و مانند آن در مجموع از ۱۰ هسته، شامل ۸ هسته‌ی پرقدرت و ۲ هسته‌ی کم‌مصرف استفاده می‌کند.

اپل در رویداد Unleashed عملکرد پردازنده‌ی مرکزی M1 Pro و M1 Max را با تراشه‌های Core i7 - 11800H و Core i7 - 1185G7 اینتل مقایسه کرد و نشان داد که تراشه‌های جدیدش با توان مصرفی ۳۰ وات، ۷۰ درصد عملکرد بهتری نسبت به تراشه‌ی 11800H با مصرف یکسان ارائه می‌دهند و برای برابری با بهترین عملکرد این تراشه، ۷۰ درصد کمتر از آن انرژی مصرف می‌کند.

کوپرتینونشین‌ها عملکرد پردازنده‌ی مرکزی M1 پرو و M1 مکس را تا ۷۰ درصد سریع‌تر از پردازنده‌ی مرکزی M1 اعلام کردند؛ بنابراین براساس آنچه از بررسی عملکرد M1 در لپ‌تاپ مک‌بوک پرو به‌دست آورده‌ایم، می‌توان حدس زد که تراشه‌های جدید اپل با مصرف ۳۰ واتی، به‌طور تقریبی در حد و اندازه‌های پردازنده‌ی فوق‌العاده قدرتمند و ۸۰ واتی Ryzen 9 5900HX ظاهر خواهند شد.

از ویژگی‌های مثبت/منفی تراشه‌های جدید اپل می‌توان به قرارگیری ماژول‌های پردازشی و DRAM در یک بلوک اشاره کرد. قرارگیری DRAM در مجاورت پردازنده‌ها از اتلاف انرژی می‌کاهد و بر ارتقای عملکرد تأثیر به‌سزایی دارد؛ اما از سوی دیگر، امکان ارتقای رم در آینده یا شانس تعمیر را از کاربر می‌گیرد.

تراشه‌ی M1 در دو نسخه با رم ۸ یا ۱۶ گیگابایتی در دستگاه‌های اپل به‌کار می‌رود، این رم‌ها در قالب دو ماژول ۴ یا ۸ گیگابایتی LPDDR4X-4266، هرکدام با باس ۶۴ بیتی روی بلوک M1 سوار شده‌اند؛ بنابراین کل تراشه در مجموع با باس ۱۲۸ بیتی، به حافظه‌ای با پهنای باند ۶۸٫۲۵ گیگابایت‌برثانیه دسترسی دارد.

اپل تراشه‌ی M1 Pro را با رم‌های ۱۶ یا ۳۲ گیگابایتی در دستگاه‌های خود به‌کار می‌گیرد که در قالب دو ماژول ۸ یا ۱۶ گیگابایتی LPDDR5، هرکدام با باس حافظه‌ی ۱۲۸ بیتی روی بلوک M1 سوار شده‌اند؛ بنابراین کل تراشه در مجموع به حافظه‌ای با باس فوق‌العاده‌ی ۲۵۶ بیتی دسترسی دارد. اپل پهنای باند حافظه‌ی M1 Pro را ۲۰۰ گیگابایت‌برثانیه معرفی می‌کند. مشخص نیست که اپل ماژول رم را با چه نسخه‌ای استفاده می‌کند؛ اما LPDDR5-6400 با باس ۲۵۶ بیتی به پهنای باند ۲۰۴٫۸ گیگابایت‌برثانیه دست می‌یابد.

در سوی دیگر میدان، تراشه‌ی M1 Max از رم ۶۴ گیگابایتی استفاده می‌کند که در قالب چهار ماژول ۱۶ گیگابایتی و ۱۲۸ بیتی LPDDR5 روی بلوک M1 Max قرار دارند؛ بدین‌ترتیب کل تراشه در مجموع به حافظه‌ای با باس ۵۱۲ بیت و پهنای باند تحسین‌برانگیز ۴۰۰ گیگابایت‌برثانیه به‌گفته‌ی اپل، دسترسی دارد. توجه داشته باشید که چنانچه ماژول‌های رم M1 Max از نوع LPDDR5-6400 باشند، پهنای باند حافظه کمی بیشتر از ادعای اپل و برابر با ۴۰۹٫۶ گیگابایت‌برثانیه خواهد بود.

پهنای باند ۲۰۰ و ۴۰۰ گیگابایت‌برثانیه‌ای تراشه‌های M1 Pro و M1 Max نسبت به پهنای باند ۶۸ گیگابایت‌برثانیه‌ای M1 پرشی ۲۰۰ و ۵۰۰ درصدی تجربه می‌کنند و یکی از تأثیرگذارترین عوامل بر عملکرد تحسین‌برانگیز CPU و GPU-محور تراشه‌های جدید اپل به‌حساب می‌آیند. در مقام مقایسه باید توجه داشته باشید که تراشه‌ی دسکتاپ Core i9-11900K از پهنای ۵۰ گیگابایت‌برثانیه پشتیبانی می‌کند و پهنای باند حافظه‌ی پلی‌استیشن ۵ به ۴۴۸ گیگابایت‌برثانیه می‌رسد.

اپل می‌گوید M1 از سریع‌ترین گرافیک یکپارچه‌ی دنیا بهره می‌برد؛ ماژولی که بخش زیادی از سطح تراشه‌ را در اختیار خود دارد. پردازنده‌ی گرافیکی M1 از ۷ یا ۸ هسته‌ی گرافیکی با توان محاسباتی ۲٫۶ ترافلاپس (۲٫۶ تریلیون عملیات‌برثانیه روی اعدادی با ممیز شناور FP32) بهره می‌برد و به‌گفته‌ی اپل از پس پردازش هم‌زمان ۲۴۵۷۶ ترد، رندر ۴۱ میلیارد پیکسل‌برثانیه و ۸۲ میلیارد بافت‌برثانیه برمی‌آید، این اعداد پردازنده‌ی گرافیکی M1 را فراتر از GTX 1650 Max-Q با توان طراحی حرارتی ۳۰ وات قرار می‌دهند.

بررسی‌ها نشان می‌دهد که پردازنده‌ی گرافیکی یکپارچه‌ی M1 در مجموع از ۱۰۲۴ واحد محاسبات منطقی (ALU)، بالغ‌بر ۶۴ واحد مدیریت بافت‌های گرافیکی (TMU) و ۳۲ پایپ‌لاین رندر خروجی گرافیکی (ROP) بهره می‌برد و فرکانس بیشینه‌ی آن به ۱۲۷۵ مگاهرتز می‌رسد. این پردازنده‌ی گرافیکی از ماژول رم DDR4-4266 یکپارچه با تراشه‌ی M1 به‌عنوان حافظه‌ی گرافیکی استفاده می‌کند.

اپل در مورد توان مصرفی پردازنده‌ی گرافیکی تراشه‌‌ی M1 صحبت چندانی نمی‌کند؛ اما می‌گوید GPU به‌کاررفته در این تراشه می‌تواند به عملکرد «جدیدترین GPU یکپارچه‌ی دنیای PC» با مصرف یک‌سوم توان موردنیاز آن‌ها دست یابد.

تراشه‌ی جدید M1 Pro از نسخه‌ی ارتقا‌یافته‌ و ۱۶ هسته‌ای گرافیک M1 بهره می‌گیرد. ماژول جدید در مجموع ۲۰۴۸ واحد محاسباتی با قدرت پردازشی ۵٫۲ ترافلاپس در بطن خود دارد و از پس پردازش هم‌زمان ۴۹۵۱۲ ترد، رندر ۸۲ میلیارد پیکسل‌بر‌ثانیه یا ۱۶۴ میلیارد بافت‌برثانیه برمی‌آید. GPU جدید به ۳۲ مگابایت کش سیستمی و حافظه‌های DRAM با پهنای باند بسیار سریع ۲۰۰ گیگابایت‌برثانیه‌ای به‌عنوان حافظه‌ی ویدئویی دسترسی خواهد داشت.

اپل می‌گوید قدرت پردازشی گرافیک یکپارچه‌ی M1 Pro دو برابرِ نمونه‌ی به‌کاررفته در تراشه‌ی M1 است و ادعا می‌کند که گرافیک ۱۶ هسته‌ی M1 پرو می‌تواند با ۷۰ درصد مصرف انرژی کم‌تر به سطح عملکرد مشابه گرافیک ۱۰۵ واتی RTX 3050 Ti موبایل دست یابد.

مهندسان کوپرتینو در تراشه‌ی M1 Max پا را فراتر گذاشته‌اند؛ این تراشه از ۳۲ هسته بهره می‌برد و با بهره‌گیری از ۴۰۹۶ واحد محاسباتی، قدرت محاسباتی ۱۰٫۴ ترافلاپس را روی اعدادی با ممیز شناور FP32 ارائه می‌دهد. به‌گفته‌ی اپل، گرافیک به‌کاررفته در M1 مکس از پس پردازش ۹۸۳۰۴ ترد، رندر ۱۶۴ میلیارد پیکسل‌برثانیه یا ۳۲۷ میلیارد بافت‌برثانیه برمی‌آید. این GPU به ۳۲ مگابایت کش سیستمی و حافظه‌ی DRAM بسیار پرسرعت‌ترِ ۴۰۰ گیگابایت‌برثانیه‌ای تراشه‌ی M1 Max دسترسی دارد.

اپل در اسلایدهای خود سطح عملکرد گرافیک ۳۲ هسته‌ای M1 Max را بین نسخه‌های ۱۰۰ و ۱۷۰ واتی RTX 3080 انویدیا نشان داد. براساس این اسلایدها، این ماژول گرافیکی می‌تواند با حدود ۴۰ درصد مصرف انرژی کم‌تر، بیش‌از ۱۰ درصد بهتر از گرافیک ۱۰۰ واتی انویدیا می‌کند، به‌نظر می‌رسد که تراشه‌ی اپل با مصرف حدود ۶۰ وات، به چنین سطح عملکردی دست می‌یابد. کوپرتینونشین‌ها عملکرد گرافیک ۳۲ هسته‌ای M1 Max را چهار برابرِ نمونه‌ی به‌کاررفته در تراشه‌ی M1 اعلام می‌کنند.

در بحث مقایسه‌ی عملکرد GPU بین تراشه‌های اپل و گرافیک‌های انویدیا باید توجه داشته باشید که این شرکت تراشه‌های RTX 3000 را در نوع ۲۸ نسخه‌ی متفاوت برای دستگاه‌های قابل‌حمل معرفی کرده است؛ به‌عنوان مثال ضعیف‌ترین RTX 3080 برای دستگاه‌های لپ‌تاپ با توان مصرفی حدود ۸۰ وات، حتی از برخی نسخه‌های RTX 3060 نیز عملکرد ضعیف‌تری ارائه می‌دهد؛ بنابراین شاید در نهایت عملکرد گرافیک ۳۲ هسته‌ای M1 Max با برخی از نسخه‌های RTX 3060 نیز برابری کند.

یکی از اصلی‌ترین مشکلات لپ‌تاپ‌های ویندوزی، به افت فاحش عملکردشان به‌ویژه در زمینه‌ی گرافیک، در حالت Unplugged (با باتری)، درمقایسه‌با وضعیت Plugged (متصل به برق) بازمی‌گردد. اپل می‌گوید مک‌بوک‌های مجهز به تراشه‌های پرقدرت M1 پرو و M1 مکس با یا بدون اتصال به برق، عملکرد یکسانی را در اختیار کاربر می‌گذارد. اپل در اسلایدهای رویداد Unleashed نشان داد که رقبای مک‌بوک پرو M1 Max با پردازنده‌ی گرافیکی RTX 3080 در حالت Unplugged بین ۲٫۵ تا ۳٫۳ برابر ضعیف‌تر از لپ‌تاپ این شرکت عمل می‌کنند.

هر سه تراشه‌ی M1 و M1 Pro و M1 Max از موتور پردازش عصبی (NPU) یکسان با ۱۶ هسته قدرت می‌گیرند و قابلیت اجرای ۱۱ تریلیون عملیات مبتنی‌بر یادگیری ماشین را در ثانیه دارند. از سوی دیگر ماژول Secure Enclave برای نگه‌داری اطلاعات حساس نظیر اثر انگشت، پردازنده‌ی سیگنال تصویر (ISP) برای ارتقاء ویدئوها و عکس‌های ثبت‌شده با وب‌کم و کنترلر Thunderbolt/USB 4 برای پشتیبانی از پهنای باند ۴۰ گیگابیت‌برثانیه نیز در دل هر سه تراشه‌ی اپل وجود دارد.

درحالی‌که تراشه‌ی M1 قابلیت اتصال یک مانیتور اکسترنال 6K با نرخ نوسازی ۶۰ هرتز را دارد، تراشه‌ی M1 Pro امکان اتصال ۲ مانیتور 6K و تراشه‌ی M1 Max امکان اتصال ۴ مانیتور 6K را دراختیار کاربر می‌گذارد.

مهندسان اپل در کنار پردازنده و گرافیک، موتور پردازش ویدئو را نیز در تراشه‌های M1 پرو و M1 مکس ارتقا داده‌اند. تراشه‌های جدید اکنون در کنار شتاب‌دهنده‌ی کدک‌های H.264 و HEVC، موتور دی‌کد و انکد اختصاصی ProRes و ProRes RAW را نیز برای استریم هم‌زمان چندین ویدئوی ProRes با وضوح 4K و 8K در بطن خود دارند؛ کدک‌هایی که بسیار موردتوجه تولیدکنندگان حرفه‌ای محتوا هستند. اپل می‌گوید M1 Max از دو موتور پردازش ویدئو و دو شتاب‌دهنده‌ی ProRes بهره می‌برد.

نظر شما درباره‌ی تراشه‌های دسکتاپ اپل چیست؟ آیا این تراشه‌ها را به‌اندازه‌ای کارآمد می‌دانید که در نهایت باعث ایجاد تحول در سهم بازار سیستم‌‌های عامل دسکتاپ داشته باشد؟ آیا اینتل و AMD یا حتی کوالکام از عملکرد اپل در این حوزه متضرر خواهند شد؟