În 2020, Apple a făcut o mișcare îndrăzneață; au renunțat la Intel și au trecut la siliciul lor proprietar pentru a-și alimenta MacBook-urile. Deși trecerea la arhitectura ARM din limbajul de design x86 a ridicat câteva sprâncene, Apple a dovedit că toată lumea se înșeală atunci când MacBook-urile alimentate cu silicon Apple au oferit performanțe uluitoare watt.
Potrivit mai multor experți, trecerea la arhitectura ARM a fost un motiv important pentru creșterea performanței/watt. Cu toate acestea, noua arhitectură de memorie unificată a jucat, de asemenea, un rol crucial în îmbunătățirea performanței MacBook-urilor de nouă generație.
Deci, ce este Arhitectura de memorie unificată a Apple și cum funcționează? Ei bine, hai să aflăm.
De ce are nevoie de memorie computerul dvs.?
Înainte de a intra în Arhitectura de memorie unificată a Apple, este esențial să înțelegeți de ce sunt necesare în primul rând sistemele de stocare primare, cum ar fi memoria cu acces aleatoriu (RAM).
Vedeți, un procesor tradițional rulează la o viteză de ceas de 4 GHz în timpul unui
turbo boost. La această viteză de ceas, un procesor poate efectua sarcini într-un sfert de nanosecundă. Cu toate acestea, unitățile de stocare, cum ar fi SSD-urile și HDD-urile, pot furniza date procesorului doar la fiecare zece milisecunde - adică 10 milioane de nanosecunde. Asta înseamnă că în timpul dintre CPU-ul termină de procesare a datelor pe care lucrează și primește următorul lot de informații, acesta rămâne inactiv.Acest lucru arată clar că unitățile de stocare nu pot ține pasul cu viteza procesorului. Calculatoarele rezolvă această problemă utilizând sisteme de stocare primare precum RAM. Deși acest sistem de memorie nu poate stoca datele în mod permanent, este mult mai rapid în comparație cu SSD-urile - poate trimite date în doar 8,8 nanosecunde: infinit mai rapid decât cele mai rapide SSD-uri în prezent.
Acest timp de acces redus permite procesorului să primească date mai rapid, permițându-i să analizeze în mod continuu informațiile în loc să aștepte ca SSD-ul să trimită un alt lot pentru procesare.
Datorită acestei arhitecturi de proiectare, programele din unitățile de stocare sunt mutate în RAM și apoi accesate de CPU prin registrele CPU. Prin urmare, un sistem de stocare primar mai rapid îmbunătățește performanța unui computer și tocmai asta face Apple cu arhitectura sa de memorie unificată.
Înțelegerea modului în care funcționează sistemele tradiționale de memorie
Acum că știm de ce este nevoie de RAM, trebuie să înțelegem cum o utilizează GPU-ul și procesorul. Deși atât GPU-ul, cât și CPU-ul sunt proiectate pentru procesarea datelor, CPU-ul este proiectat pentru a efectua calcule de uz general. Dimpotrivă, GPU-ul este proiectat să îndeplinească aceeași sarcină pe diferite nuclee. Datorită acestei diferențe de design, GPU-ul este foarte eficient în procesarea și randarea imaginilor.
Deși CPU și GPU au arhitecturi diferite, acestea depind de sistemele de stocare primare pentru obținerea datelor. Există două tipuri de Amintiri cu acces aleatoriu pe un sistem tradițional cu un GPU dedicat. Aceasta este VRAM-ul și memoria RAM de sistem. Cunoscută și sub denumirea de RAM video, VRAM-ul este responsabil pentru trimiterea datelor către GPU, iar RAM de sistem transferă date către CPU.
Dar pentru a înțelege mai bine sistemele de gestionare a memoriei, să ne uităm la un exemplu din viața reală în care joci un joc.
Când deschideți jocul, procesorul intră în imagine, iar datele programului pentru joc sunt mutate în memoria RAM de sistem. După aceea, procesorul procesează datele și le trimite către VRAM. GPU-ul procesează apoi aceste date și le trimite înapoi în RAM pentru ca CPU să afișeze informațiile pe ecran. În cazul unui sistem GPU integrat, ambele dispozitive de calcul au aceeași memorie RAM, dar accesează spații diferite în memorie.
Această abordare tradițională implică o mulțime de mișcări de date, făcând sistemul ineficient. Pentru a rezolva această problemă, Apple folosește Arhitectura de memorie unificată.
Cum funcționează arhitectura de memorie unificată pe Apple Silicon?
Apple face mai multe lucruri diferit când vine vorba de sisteme de memorie.
În cazul sistemelor generice, RAM-ul este conectat la CPU folosind un soclu de pe placa de bază. Această conexiune blochează cantitatea de date trimisă către CPU.
Pe de altă parte, Siliciu de mere folosește același substrat pentru montarea memoriei RAM și a SoC-ului. Deși RAM nu face parte din SoC într-o astfel de arhitectură, Apple folosește un substrat de interpoziție (Fabric) pentru a conecta memoria RAM la SoC. Interpozitorul nu este altceva decât un strat de siliciu între SOC și RAM.
În comparație cu prizele tradiționale, care se bazează pe fire pentru a transfera date, interpozitorul permite memoriei RAM să se conecteze la chipset-ul folosind vias de siliciu. Aceasta înseamnă că MacBook-urile Apple alimentate cu silicon au memoria RAM introdusă direct în pachet, ceea ce face mai rapid transferul datelor între memorie și procesor. Memoria RAM este, de asemenea, fizic mai aproape de locul unde sunt necesare datele (procesoare), permițând astfel datelor să ajungă acolo unde este nevoie mai devreme.
Datorită acestei diferențe în conectarea memoriei RAM la chipset, acesta poate accesa lățimi de bandă mari de date.
Pe lângă diferența menționată mai sus, Apple a schimbat și modul în care procesorul și GPU-ul accesează sistemul de memorie.
După cum s-a explicat mai devreme, GPU-ul și procesorul au pool-uri de memorie diferite în setările tradiționale. Apple, dimpotrivă, permite GPU-ului, CPU-ului și Neural Engine să acceseze același pool de memorie. Din acest motiv, datele nu trebuie să fie transferate de la un sistem de memorie la altul, îmbunătățind în continuare eficiența sistemului.
Datorită tuturor acestor diferențe în arhitectura memoriei, Unified Memory System oferă lățime de bandă mare pentru date SoC. De fapt, M1 Ultra oferă o lățime de bandă de 800 GB/s. Această lățime de bandă este substanțial mai mare în comparație cu GPU-urile de înaltă performanță, cum ar fi AMD Radeon RX 6800 și 6800XT, care oferă o lățime de bandă de 512 GB/s.
Această lățime de bandă mare permite procesorului, GPU-ului și Neural Engine să acceseze grupuri vaste de date în nanosecunde. În plus, Apple utilizează module RAM LPDDR5 tactate la 6400 MHz în seria M2 pentru a furniza date la viteze uluitoare.
De câtă memorie unificată aveți nevoie?
Acum că avem o înțelegere de bază a arhitecturii memoriei unificate, ne putem uita la cât de mult aveți nevoie.
Deși Arhitectura de memorie unificată oferă mai multe avantaje, are totuși unele defecte. În primul rând, memoria RAM este conectată la SoC, astfel încât utilizatorii nu pot actualiza memoria RAM pe sistemul lor. În plus, CPU, GPU și Neural Engine accesează același pool de memorie. Datorită acestui fapt, cantitatea de memorie necesară sistemului crește drastic.
Prin urmare, dacă ești cineva care navighează pe internet și folosește o mulțime de procesoare de text, 8 GB de memorie ar fi suficient pentru tine. Dar dacă utilizați des programe Adobe Creative Cloud, obținerea variantei de 16 GB este o opțiune mai bună, deoarece veți avea o experiență mai fluidă la editarea fotografiilor, videoclipurilor și graficelor pe computer.
Ar trebui să luați în considerare și M1 Ultra cu 128 GB de RAM dacă antrenați multe modele de deep learning sau lucrați la cronologie video cu tone de straturi și filmări 4K.
Arhitectura memoriei unificate este totul pentru bine?
Arhitectura de memorie unificată de pe Apple silicon face mai multe modificări sistemelor de memorie de pe un computer. De la schimbarea modului în care RAM este conectată la unitățile de calcul până la redefinirea arhitecturii memoriei, Apple schimbă modul în care sistemele de memorie sunt proiectate pentru a îmbunătăți eficiența sistemelor lor.
Acestea fiind spuse, noua arhitectură creează o condiție de cursă între CPU, GPU și Neural Engine, crescând cantitatea de RAM de care are nevoie sistemul.