Nella giornata di martedì 10 novembre 2020, Apple ha annunciato i nuovi Mac dotati di processori ARM Apple Silicon, basati su un design completamente nuovo creato interamente dal team di ingegneri di Apple. Si tratta di una rivoluzione nel mondo Mac, simile a quella che avvenne circa 14 anni fa con la transizione del panorama Mac dall’architettura PowerPC all’architettura Intel x86.
Apple Silicon M1 rappresenta quindi una pietra miliare nel progresso tecnologico del mondo Apple, rappresentando la più importante transizione hardware dell’ultimo ventennio. Apple ha infatti deciso di abbandonare l’architettura Intel x86_64 in favore della più efficiente architettura ARM, già utilizzata sulla stragrande maggioranza dei dispositivi mobili.
APPLE SILICON M1: CARATTERISTICHE GENERALI
Il nuovo SoC Apple Silicon M1 si basa sulla medesima architettura big.LITTLE utilizzata per la realizzazione di Apple A14 Bionic, il SoC utilizzato nei nuovi iPhone 12 e 12 Pro, che rappresenta (almeno attualmente) il più potente processore mobile sul mercato.
Si tratta di un System-on-Chip dal design proprietario, costituito da una CPU octa-core, composta da due cluster computazionali che utilizzano, appunto, la classica divisione big.LITTLE. Abbiamo, infatti, 4 core ad alte prestazioni, che vengono utilizzati nei momenti dove è necessario tirare fuori tutta la potenza del processore e da 4 core a basso consumo, utilizzati in tutte quelle situazioni dove non tutte le risorse a disposizione sono richieste.
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Apple ha definito M1 il processore più potente al mondo, e dai primi benchmark (nonostante l’affermazione non rispecchi letteralmente la realtà) non si fa fatica a crederle. Lato CPU, infatti, Silicon M1 si posiziona allo stesso livello di un AMD Ryzen 7 2700X, consumando però solamente 15 Watt, rendendo il suo utilizzo possibile anche all’interno di portatili dal form factor contenuto.
Silicon M1 integra, come di consueto, anche una GPU, che varia nel numero di core in base alla piattaforma sulla quale viene installato il SoC. In ogni caso, si tratta di una GPU dalla stessa architettura di quella utilizzata su Apple A14, e può arrivare fino ad un massimo di 8 core che, a detta della compagnia, costituiscono la GPU integrata più potente al mondo.
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La nuova GPU, infatti, è in grado di tirare fuori 2.6 TeraFLOPS di throughput massimo, posizionandola addirittura al di sopra della Radeon RX Vega M utilizzata all’interno della CPU Intel Core i7-8705G, utilizzata anche all’interno di uno degli Intel NUC dedicati al mercato eSports.
APPLE SILICON M1: CONSUMI
Silicon M1 è il primo chip desktop-class realizzato con il nuovo processo produttivo a 5 nm di TSMC, che promette una riduzione dei consumi energetici circa del 20% rispetto alla precedente generazione a 7 nm, valore che diventa esponenziale quando si ragiona in termini di architettura x86_64. Questo ha permesso ad Apple di realizzare un SoC estremamente efficiente, che promette prestazioni in linea con chip desktop di fascia medio-alta richiedendo una potenza nell’ordine dei 10 Watt.
APPLE SILICON M1: MACHINE LEARNING ACCELERATOR
Apple ha inserito all’interno del nuovo Silicon M1 un Neural Engine a 16 core, basato sulla stessa architettura di quello utilizzato all’interno di Apple A14 Bionic. Si tratta di una serie di core dedicati all’accelerazione hardware di task che prevedono l’utilizzo del Machine Learning.
All’atto pratico, non sono altro che una serie di core ad alta densità specificamente creati per l’elaborazione di un gran numero di dati in formato vettoriale che utilizzano un set di istruzioni proprietario di Apple ottimizzato e pensato per poter interagire alla perfezione con le API CoreML della compagnia, che permettono di utilizzare in maniera molto efficiente i core del Neural Engine per rendere più efficienti e veloci le proprie applicazioni.
I dettagli relativi ai core del Neural Engine non sono mai stati resi pubblici, nemmeno nelle precedenti versioni di chip della compagnia, pertanto non siamo in grado di fornirvi troppi dettagli in merito.
SILICON M1: UNIFIED MEMORY ARCHITECTURE
Apple Silicon M1 arriva con una novità molto importante: si tratta infatti di un SoC in grado di sfruttare la cosiddetta UMA (Unified Memory Architecture), che prevede la condivisione di un singolo, grande blocco di memoria di sistema fra tutte le componenti che ne richiedono l’accesso.
Nonostante il concetto di Unified Memory Access sia ormai consolidato, l’approccio di Apple è, di fatto, alquanto rivoluzionario. La compagnia di Cupertino ha infatti deciso di adottare un formato unificato per la memorizzazione dei dati condivisi, eliminando di fatto parte del ciclo di accesso alla memoria, che consiste nella decodifica dei dati.
Questo, in tandem con la tecnologia DMA (Direct Memory Access), presente su tutti i computer a partire dagli anni 80, che permette ad ogni periferica di accedere alla memoria senza utilizzare la CPU, ha contribuito ad aumentare le prestazioni relative alla gestione ed all’accesso alla memoria RAM del sistema, rimuovendo di fatto i colli di bottiglia dei bus di sistema delle memorie DDR4.
Inoltre, UMA semplifica l’architettura del Bus di sistema, riducendo la circuiteria dedicata alla gestione della memoria e delle periferiche I/O, diminuendo quindi la complessità generale del sistema, rendendolo di più facile ottimizzazione durante il processo di sviluppo software.
SILICON M1: ISP INTEGRATO E SECURE ENCLAVE
Silicon M1 integra anche il nuovo ISP di Apple che abbiamo già potuto vedere sul SoC A14 Bionic dedicato alla linea mobile. Si tratta di un processore di immagine dedicato all’elaborazione dei segnali video digitali, che si prepone di fatto al miglioramento della qualità visiva sia degli stream in riproduzione che in registrazione / acquisizione.
Apple, infatti, dichiara un netto miglioramento della qualtà video nell videochiamate FaceTime nonostante l’hardware fisico rimanga invariato su tutta la line-up MacBook, con una webcam ferma ad un’arcaica risoluzione di 720p.
Ottima anche la presenza di Secure Enclave, il chip dedicato alla protezione dei dati biometrici e di autenticazione, che va a sosituire integralmente il vecchio chip T2 dedicato alla protezione, crittografia e decodifica dei dati personali salvati sullo storage interno del proprio Mac.
APPLE SILICON M1: STORAGE E LIMITAZIONI
Il nuovo SoC di Apple integra anche un nuovo I/O Controller, dedicato alla gestione dello storage, che dovrebbe assicurare circa 3.3 GBps (gigabyte per secondo) di lettura e scrittura sequenziale sul disco SSD interno. Il nuovo controller, inoltre, integra hardware dedicato alla codifica / decodifica AES, che verrà utilizzato per ottimizzare le prestazioni del disco con FileVault abilitato, senza inficiare le prestazioni della CPU.
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Tuttavia, nonostante il clamore e le ottime (almeno sulla carta) prestazioni di Silicon M1, il nuovo SoC arriva sul mercato con qualche limitazione intrinseca al suo design: come avrete potuto notare, infatti, tutti i nuovi Mac sono dotati di due porte USB4 con supporto a Thunderbolt 3, e non esistono varianti con un numero maggiore di porte.
Rimane anche limitato a 16 GB il quantitativo di RAM equipaggiabile sui nuovi Mac, così come lo storage interno, che a differenza dei Mac Intel si ferma a soli 2 TB a fronte dei 4 TB (e oltre) disponibili sui Mac Intel. Queste limitazioni sono probabilmente date da una mancanza di spazio I/O sufficiente ad accomodare grandi quantità di memoria e di opzioni di input / output, limitazione vista anche sui processori Ryzen di prima generazione, che risultavano limitati rispetto alla controparte Intel in merito all’I/O.
CONSIDERAZIONI FINALI
Ciò detto, resta il fatto che Silicon M1 rappresenta, ad oggi, l’unica proposta veramente concreta per quanto riguarda l’adozione dell’architettura ARM sui dispositivi di “classe PC”. Si tratta di un traguardo molto importante, in quanto, in primis, permette ad Apple di diventare completamente indipendente sul piano dell’innovazione tecnologica, senza contare i benefici derivati dal fattore “hardware fatto in casa”.
La scelta di Apple, inoltre, potrebbe spingere altri produttori di computer ad adottare una soluzione simile, soprattutto per quanto riguarda i device low power, come convertibili 2-in-1, che potrebbero davvero beneficiare della potenza aggiuntiva del ridotto consumo di energia, che assicurerebbe una maggior efficienza generale del proprio dispositivo.
Siamo convinti che questa mossa di Apple ci porterà a vedere un ecosistema sempre più integrato e sempre più indipendente dal mondo esterno, che consentirà alla compagnia di migliorare ancor di più quel concetto di integrazione hardware-software del quale Apple va da sempre molto fiera e che la rende, forse, unica nel suo genere.
