Leta 2020 je Apple naredil drzno potezo; opustili so Intel in se preusmerili na njihov lastniški silicij za napajanje svojih MacBookov. Čeprav je prehod na arhitekturo ARM z oblikovalskega jezika x86 dvignil več obrvi, Apple dokazal, da so se vsi motili, ko so MacBooki, ki jih poganja Apple silicon, ponujali osupljivo zmogljivost na vat.
Po mnenju več strokovnjakov je bil prehod na arhitekturo ARM velik razlog za povečanje zmogljivosti/vat. Vendar pa je nova poenotena arhitektura pomnilnika igrala tudi ključno vlogo pri izboljšanju zmogljivosti nove generacije MacBookov.
Torej, kaj je Applova poenotena arhitektura pomnilnika in kako deluje? No, poglejmo.
Zakaj vaš računalnik potrebuje pomnilnik?
Preden se lotimo Applove poenotene pomnilniške arhitekture, je bistveno razumeti, zakaj so primarni sistemi za shranjevanje, kot je pomnilnik z naključnim dostopom (RAM), sploh potrebni.
Vidite, tradicionalni procesor deluje pri taktu 4 GHz med a turbo pospešek. Pri tem taktu lahko procesor opravi naloge v četrtini nanosekunde. Vendar pa lahko shranjevalni pogoni, kot so SSD in HDD, posredujejo podatke CPE le vsakih deset milisekund – to je 10 milijonov nanosekund. To pomeni, da v času med tem, ko CPE konča obdelavo podatkov, s katerimi dela, in prejemom naslednjega paketa informacij miruje.
To jasno kaže, da shranjevalni pogoni ne morejo dohajati hitrosti procesorja. Računalniki to težavo rešujejo z uporabo primarnih sistemov za shranjevanje, kot je RAM. Čeprav ta pomnilniški sistem ne more trajno shranjevati podatkov, je v primerjavi s SSD-ji veliko hitrejši – podatke lahko pošlje v pičlih 8,8 nanosekundah: neskončno hitreje kot trenutno najhitrejši SSD-ji.
Ta nizek dostopni čas omogoča CPE-ju hitrejše sprejemanje podatkov, kar mu omogoča neprekinjeno brskanje po informacijah, namesto da čaka, da SSD pošlje drugo serijo v obdelavo.
Zaradi te zasnove se programi v pomnilniških pogonih premaknejo v RAM in nato do njih dostopa CPE prek registrov CPE. Zato hitrejši sistem primarnega shranjevanja izboljša delovanje računalnika in Apple s svojo poenoteno arhitekturo pomnilnika počne točno to.
Razumevanje delovanja tradicionalnih spominskih sistemov
Zdaj, ko vemo, zakaj je RAM potreben, moramo razumeti, kako ga GPE in CPE uporabljata. Čeprav sta GPE in CPE zasnovana za obdelavo podatkov, je CPE zasnovan za izvajanje splošnih izračunov. Nasprotno, grafični procesor je zasnovan za opravljanje iste naloge na različnih jedrih. Zaradi te razlike v zasnovi je GPE zelo učinkovit pri obdelavi in upodabljanju slik.
Čeprav imata CPE in GPE različni arhitekturi, sta za pridobivanje podatkov odvisna od primarnih sistemov za shranjevanje. V tradicionalnem sistemu z namenskim GPE obstajata dve vrsti pomnilnikov z naključnim dostopom. To je VRAM in sistemski RAM. Znan tudi kot video RAM, je VRAM odgovoren za pošiljanje podatkov v GPE, sistemski RAM pa prenaša podatke v CPE.
Da bi bolje razumeli sisteme za upravljanje pomnilnika, si poglejmo resnični primer vašega igranja igre.
Ko odprete igro, pride na sliko CPE, programski podatki za igro pa se premaknejo v sistemski RAM. Po tem CPE obdela podatke in jih pošlje v VRAM. GPE nato obdela te podatke in jih pošlje nazaj v RAM, da CPE prikaže informacije na zaslonu. V primerih integriranega sistema GPU si obe računalniški napravi delita isti RAM, vendar dostopata do različnih prostorov v pomnilniku.
Ta tradicionalni pristop vključuje veliko premikanja podatkov, zaradi česar je sistem neučinkovit. Za rešitev te težave Apple uporablja Unified Memory Architecture.
Kako deluje enotna pomnilniška arhitektura na Apple Silicon?
Apple počne več stvari drugače, ko gre za pomnilniške sisteme.
V primeru generičnih sistemov je RAM povezan s CPE prek vtičnice na matični plošči. Ta povezava ovira količino podatkov, poslanih v CPE.
Po drugi strani, Jabolčni silicij uporablja isti substrat za namestitev RAM-a in SoC. Čeprav RAM ni del SoC v takšni arhitekturi, Apple uporablja vmesni substrat (Fabric) za povezavo RAM-a s SoC. Interposer ni nič drugega kot plast silicija med SOC in RAM.
V primerjavi s tradicionalnimi vtičnicami, ki se za prenos podatkov zanašajo na žice, vmesnik omogoča povezavo RAM-a z naborom čipov s pomočjo silikonskih prehodov. To pomeni, da imajo Apple MacBook-i s silikonskim pogonom svoj RAM vgrajen neposredno v paket, zaradi česar je prenos podatkov med pomnilnikom in procesorjem hitrejši. RAM je tudi fizično bližje mestu, kjer so podatki potrebni (procesorjem), kar omogoča, da podatki prej pridejo tja, kjer so potrebni.
Zaradi te razlike pri povezovanju RAM-a z naborom čipov lahko dostopa do velikih podatkovnih pasovnih širin.
Poleg zgoraj omenjene razlike je Apple spremenil tudi način dostopa CPU in GPU do pomnilniškega sistema.
Kot je bilo že pojasnjeno, imata GPE in CPE v tradicionalnih nastavitvah različna pomnilniška področja. Nasprotno, Apple dovoljuje GPU, CPU in Neural Engine dostop do istega pomnilniškega bazena. Zaradi tega podatkov ni treba prenašati iz enega pomnilniškega sistema v drugega, kar še izboljša učinkovitost sistema.
Zaradi vseh teh razlik v pomnilniški arhitekturi nudi sistem Unified Memory System visoko pasovno širino podatkov za SoC. Pravzaprav M1 Ultra zagotavlja pasovno širino 800 GB/s. Ta pasovna širina je bistveno večja v primerjavi z visoko zmogljivimi grafičnimi procesorji, kot je AMD Radeon RX 6800 in 6800XT, ki ponujajo pasovno širino 512 GB/s.
Ta visoka pasovna širina omogoča CPU, GPE in Neural Engine dostop do obsežnih podatkovnih baz v nanosekundah. Poleg tega Apple uporablja LPDDR5 RAM module s taktom 6400 MHz v seriji M2 za zagotavljanje podatkov z osupljivo hitrostjo.
Koliko poenotenega pomnilnika potrebujete?
Zdaj, ko imamo osnovno razumevanje poenotene pomnilniške arhitekture, lahko pogledamo, koliko tega potrebujete.
Čeprav poenotena pomnilniška arhitektura ponuja številne prednosti, ima še vedno nekaj pomanjkljivosti. Prvič, RAM je povezan s SoC, tako da uporabniki ne morejo nadgraditi RAM-a v svojem sistemu. Poleg tega CPE, GPE in Neural Engine dostopajo do istega pomnilniškega področja. Zaradi tega se količina pomnilnika, ki ga sistem potrebuje, drastično poveča.
Torej, če ste nekdo, ki brska po internetu in uporablja tono urejevalnikov besedil, bi vam 8 GB pomnilnika zadostovalo. Če pa programe Adobe Creative Cloud uporabljate pogosto, je različica s 16 GB boljša možnost, saj boste imeli bolj gladko izkušnjo urejanja fotografij, videoposnetkov in grafike na vašem računalniku.
Razmislite tudi o M1 Ultra s 128 GB RAM-a, če usposabljate veliko modelov globokega učenja ali delate na video časovnicah s številnimi plastmi in posnetki 4K.
Je poenotena pomnilniška arhitektura dobra?
Poenotena arhitektura pomnilnika na siliciju Apple naredi več sprememb v pomnilniških sistemih v računalniku. Od spreminjanja načina povezave RAM-a z računalniškimi enotami do redefiniranja pomnilniške arhitekture Apple spreminja način oblikovanja pomnilniških sistemov, da bi izboljšal učinkovitost svojih sistemov.
Kljub temu nova arhitektura ustvarja pogoje tekmovanja med CPE, GPE in Neural Engine, kar povečuje količino RAM-a, ki ga sistem potrebuje.
