V roku 2020 Apple urobil odvážny krok; opustili Intel a prešli na svoj vlastný kremík na napájanie svojich MacBookov. Hoci prechod na architektúru ARM z dizajnového jazyka x86 zdvihol viaceré obočie, Apple Ukázalo sa, že sa všetci mýlili, keď MacBooky poháňané kremíkom Apple ponúkali ohromujúci výkon watt.
Podľa viacerých odborníkov bol posun na architektúru ARM veľkým dôvodom na zvýšenie výkonu/watt. Nová architektúra Unified Memory však zohrala zásadnú úlohu aj pri zlepšovaní výkonu novej generácie MacBookov.
Čo je teda architektúra Unified Memory Architecture spoločnosti Apple a ako funguje? Nuž, poďme to zistiť.
Prečo váš počítač potrebuje pamäť?
Predtým, ako sa pustíme do architektúry Unified Memory Architecture spoločnosti Apple, je nevyhnutné pochopiť, prečo sú primárne potrebné systémy na ukladanie dát, ako je pamäť RAM (Random Access Memory).
Vidíte, tradičný procesor beží na frekvencii 4 GHz počas a Turbo zrýchlenie. Pri tejto rýchlosti môže procesor vykonávať úlohy za štvrť nanosekundy. Úložné jednotky, ako sú SSD a HDD, však môžu dodávať údaje do CPU iba každých desať milisekúnd – to je 10 miliónov nanosekúnd. To znamená, že v čase medzi dokončením spracovania údajov, na ktorých CPU pracuje, a prijatím ďalšej dávky informácií, je nečinný.
To jasne ukazuje, že úložné jednotky nedokážu držať krok s rýchlosťou procesora. Počítače riešia tento problém pomocou primárnych úložných systémov, ako je RAM. Hoci tento pamäťový systém nedokáže ukladať dáta natrvalo, v porovnaní s SSD je oveľa rýchlejší – dokáže odosielať dáta už za 8,8 nanosekúnd: nekonečne rýchlejšie ako momentálne najrýchlejšie SSD.
Tento krátky prístupový čas umožňuje procesoru rýchlejšie prijímať dáta, čo mu umožňuje nepretržite prechádzať informáciami namiesto čakania, kým SSD pošle ďalšiu dávku na spracovanie.
Vďaka tejto architektúre dizajnu sa programy v úložných jednotkách presúvajú do pamäte RAM a potom k nim CPU pristupuje prostredníctvom registrov CPU. Preto rýchlejší primárny úložný systém zlepšuje výkon počítača, a to je presne to, čo Apple robí so svojou architektúrou Unified Memory Architecture.
Pochopenie toho, ako fungujú tradičné pamäťové systémy
Teraz, keď vieme, prečo je RAM potrebná, musíme pochopiť, ako ju GPU a CPU využívajú. Aj keď sú GPU aj CPU navrhnuté na spracovanie údajov, CPU je navrhnutý na vykonávanie všeobecných výpočtov. Naopak, GPU je navrhnutý tak, aby vykonával rovnakú úlohu na rôznych jadrách. Vďaka tomuto rozdielu v dizajne je GPU vysoko efektívny pri spracovaní a vykresľovaní obrazu.
Hoci CPU a GPU majú rôzne architektúry, získavanie údajov závisí od primárnych úložných systémov. V tradičnom systéme s vyhradeným GPU existujú dva typy pamätí s náhodným prístupom. Toto je VRAM a systémová RAM. Tiež známa ako Video RAM, VRAM je zodpovedná za odosielanie údajov do GPU a systémová RAM prenáša údaje do CPU.
Aby sme však lepšie porozumeli systémom správy pamäte, pozrime sa na skutočný príklad, keď hráte hru.
Keď hru otvoríte, do obrazu sa dostane CPU a programové dáta pre hru sa presunú do systémovej RAM. Potom CPU spracuje dáta a odošle ich do VRAM. GPU potom spracuje tieto údaje a odošle ich späť do pamäte RAM, aby CPU zobrazil informácie na obrazovke. V prípade integrovaného systému GPU obe výpočtové zariadenia zdieľajú rovnakú pamäť RAM, ale majú prístup k rôznym priestorom v pamäti.
Tento tradičný prístup zahŕňa veľký pohyb údajov, čo robí systém neefektívnym. Na vyriešenie tohto problému používa Apple architektúru Unified Memory Architecture.
Ako funguje architektúra zjednotenej pamäte na Apple Silicon?
Apple robí niekoľko vecí inak, pokiaľ ide o pamäťové systémy.
V prípade generických systémov je RAM pripojená k CPU pomocou zásuvky na základnej doske. Toto pripojenie obmedzuje množstvo dát odosielaných do CPU.
Na druhej strane, Jablkový kremík používa rovnaký substrát na montáž RAM a SoC. Hoci RAM nie je súčasťou SoC v takejto architektúre, Apple používa interposer substrát (Fabric) na pripojenie RAM k SoC. Interposer nie je nič iné ako vrstva kremíka medzi SOC a RAM.
V porovnaní s tradičnými zásuvkami, ktoré sa pri prenose dát spoliehajú na káble, interposer umožňuje RAM pripojiť sa k čipsetu pomocou kremíkových priechodov. To znamená, že kremíkové MacBooky od Apple majú svoju RAM zapečenú priamo v balení, čo zrýchľuje prenos dát medzi pamäťou a procesorom. RAM je tiež fyzicky bližšie k miestu, kde sú potrebné údaje (procesory), čo umožňuje, aby sa údaje dostali tam, kde sú potrebné, skôr.
Vďaka tomuto rozdielu v pripojení pamäte RAM k čipovej sade môže pristupovať k veľkej šírke dátového pásma.
Okrem vyššie uvedeného rozdielu Apple zmenil aj spôsob, akým CPU a GPU pristupujú k pamäťovému systému.
Ako bolo vysvetlené vyššie, GPU a CPU majú v tradičných nastaveniach rôzne pamäťové oblasti. Apple, naopak, umožňuje GPU, CPU a Neural Engine prístup k rovnakému pamäťovému fondu. Vďaka tomu nie je potrebné prenášať dáta z jedného pamäťového systému do druhého, čím sa ďalej zvyšuje efektivita systému.
Kvôli všetkým týmto rozdielom v architektúre pamäte ponúka Unified Memory System veľkú šírku dátového pásma pre SoC. V skutočnosti M1 Ultra poskytuje šírku pásma 800 GB/s. Táto šírka pásma je podstatne väčšia v porovnaní s vysokovýkonnými GPU, ako je napr AMD Radeon RX 6800 a 6800XT, ktoré ponúkajú šírku pásma 512 GB/s.
Táto veľká šírka pásma umožňuje CPU, GPU a Neural Engine prístup k rozsiahlym dátovým fondom v nanosekundách. Apple navyše používa moduly RAM LPDDR5 taktované na 6400 MHz v sérii M2 na dodávanie dát ohromujúcou rýchlosťou.
Koľko jednotnej pamäte potrebujete?
Teraz, keď máme základné znalosti o architektúre zjednotenej pamäte, môžeme sa pozrieť na to, koľko z nej potrebujete.
Hoci architektúra Unified Memory Architecture ponúka niekoľko výhod, stále má niekoľko nedostatkov. Po prvé, RAM je pripojená k SoC, takže používatelia nemôžu upgradovať RAM vo svojom systéme. Okrem toho CPU, GPU a Neural Engine pristupujú k rovnakej pamäťovej oblasti. V dôsledku toho sa množstvo pamäte, ktorú systém vyžaduje, drasticky zvyšuje.
Preto, ak ste niekto, kto surfuje po internete a používa kopec textových procesorov, 8 GB pamäte by vám stačilo. Ak však často používate programy Adobe Creative Cloud, lepšou možnosťou je získanie 16 GB variantu, pretože budete mať plynulejšie úpravy fotografií, videí a grafiky na svojom počítači.
Mali by ste tiež zvážiť M1 Ultra so 128 GB RAM, ak trénujete veľa modelov hlbokého učenia alebo pracujete na časových osách videa s množstvom vrstiev a 4K záberom.
Je architektúra zjednotenej pamäte všetko pre dobro?
Architektúra Unified Memory Architecture na kremíku Apple robí niekoľko zmien v pamäťových systémoch v počítači. Od zmeny spôsobu, akým je RAM prepojená s výpočtovými jednotkami až po predefinovanie architektúry pamäte, Apple mení spôsob, akým sú pamäťové systémy navrhnuté tak, aby zlepšili efektivitu svojich systémov.
To znamená, že nová architektúra vytvára súperenie medzi CPU, GPU a Neural Engine, čím zvyšuje množstvo pamäte RAM, ktorú systém potrebuje.
