Компанія Apple змінює уявлення про внутрішню структуру та функціонування ноутбуків. З появою чіпів M1 у нових комп’ютерах Mac, Apple впроваджує інноваційну “Уніфіковану архітектуру пам’яті” (UMA), що значно підвищує продуктивність оперативної пам’яті. Давайте розглянемо, як саме працює пам’ять на базі Apple Silicon.
Принцип обробки RAM в Apple Silicon
Згідно з анонсом Apple у листопаді 2020 року, на ринок вийшли нові моделі Mac. MacBook Air, MacBook Pro та Mac Mini тепер оснащені процесорами M1, розробленими Apple на базі архітектури ARM. Цей крок став кульмінацією десятирічних розробок процесорів на базі ARM для iPhone та iPad.
M1 є системою на кристалі (SoC). Це означає, що в одному процесорі інтегровані не тільки центральний процесор (CPU), але й інші важливі компоненти: графічний процесор (GPU), контролери вводу-виводу, нейронний движок Apple для задач штучного інтелекту та, що для нас важливо, фізична оперативна пам’ять. Важливо зазначити, що оперативна пам’ять фізично розташована поруч з основними компонентами SoC, але не на тому ж самому кремнієвому чипі.
Інтеграція оперативної пам’яті в SoC не є абсолютною новинкою. SoC для смартфонів вже включають RAM. Apple почала інтегрувати модулі RAM з 2018 року. Наприклад, демонтаж iFixit iPad Pro 11 показує, що оперативна пам’ять розташована поруч із процесором A12X.
Новизна полягає в тому, що цей підхід тепер застосовується і до Mac, повноцінних комп’ютерів, які призначені для важких робочих навантажень.
Основи: що таке RAM і пам’ять?
RAM, або оперативна пам’ять, є ключовим компонентом системної пам’яті. Це тимчасове сховище даних, які в даний момент використовує ваш комп’ютер. Це можуть бути файли, необхідні для роботи операційної системи, таблиці, які ви редагуєте, або вміст відкритих вкладок браузера.
Коли ви відкриваєте текстовий файл, процесор отримує інструкції та запускає відповідну програму. Далі процесор завантажує потрібні дані в оперативну пам’ять. Усі зміни, внесені до файлу, процесор відстежує в оперативній пам’яті.
Традиційно оперативна пам’ять представлена у вигляді довгих тонких планок, які вставляються у спеціальні слоти на материнській платі ноутбука чи настільного комп’ютера. RAM також може бути припаяний до материнської плати у формі квадратного або прямокутного модуля. У будь-якому випадку, для ПК та Mac оперативна пам’ять зазвичай була окремим компонентом зі своїм місцем на материнській платі.
M1 RAM: Дискретний сусід по кімнаті
Фізично модулі RAM залишаються окремими об’єктами, але вони розташовані на тому ж зеленому підкладі, що й процесор. Це означає швидший доступ до пам’яті, що неминуче підвищує продуктивність. Крім того, Apple оптимізує спосіб використання пам’яті в системі.
Apple називає свій підхід “Уніфікованою архітектурою пам’яті” (UMA). Оперативна пам’ять M1 є єдиним пулом пам’яті, до якого мають доступ всі частини процесора. Це означає, що якщо графічному процесору потрібно більше пам’яті, він може збільшити її використання, тоді як інші компоненти SoC зменшать своє. Немає потреби виділяти окремі блоки пам’яті для кожної частини SoC та переміщувати дані між ними. Натомість графічний процесор, процесор та інші частини процесора отримують доступ до тих самих даних за тією ж адресою.
Для розуміння важливості цього підходу, розглянемо принцип роботи відеогри. Центральний процесор спочатку отримує інструкції для гри, а потім вивантажує дані, необхідні графічному процесору, на відеокарту. Графічна карта працює з цими даними у своєму процесорі (GPU) та вбудованій оперативній пам’яті.
Навіть якщо у вас є процесор із інтегрованою графікою, графічний процесор зазвичай має свою власну пам’ять, так само як і процесор. Вони обробляють одні й ті самі дані незалежно та постійно обмінюються результатами між собою. Виключення процесу переміщення даних між різними областями пам’яті може значно підвищити продуктивність.
Ось як Apple описує свою уніфіковану архітектуру пам’яті на офіційному сайті M1:
«M1 використовує уніфіковану архітектуру пам’яті (UMA). Швидка пам’ять із низькою затримкою об’єднана в єдиний пул. Завдяки цьому всі технології в SoC мають доступ до одних і тих самих даних, без копіювання їх між різними пулами пам’яті. Це значно підвищує продуктивність та енергоефективність. Відеододатки працюють швидше. Ігри стають детальнішими. Обробка зображень виконується блискавично. Вся система працює швидше.”
Крім того, як зазначає Кріс Меллор на The Register, Apple використовує високошвидкісну пам’ять. Розміщення пам’яті ближче до процесора (та інших компонентів) забезпечує швидший доступ, ніж при використанні традиційних чіпів оперативної пам’яті, підключених до материнської плати.
Apple – не перша компанія, що використовує уніфіковану пам’ять
Діаграма NVIDIA з часів першого впровадження технології уніфікованої пам’яті.
Apple не першою запропонувала це рішення. Наприклад, NVIDIA ще шість років тому почала пропонувати розробникам апаратне та програмне рішення під назвою Unified Memory.
NVIDIA Unified Memory забезпечує єдине місце розташування пам’яті, яке «доступне з будь-якого процесора в системі». У випадку NVIDIA дані переміщуються між процесором і графічним процесором, але система при цьому переміщує дані між їхніми окремими блоками пам’яті.
Apple, наскільки нам відомо, не використовує такий підхід. Кожна частина SoC має доступ до тих самих даних у пам’яті.
Отже, Apple UMA забезпечує кращу продуктивність завдяки швидкому доступу до RAM та спільному пулу пам’яті, що усуває затримки при переміщенні даних за різними адресами.
Скільки RAM вам потрібно?
Інтеграція RAM в M1 має свої недоліки. Оскільки оперативна пам’ять так глибоко інтегрована, її неможливо оновити після покупки. Якщо ви оберете MacBook Air на 8 ГБ, ви не зможете збільшити RAM у майбутньому. Справедливості заради слід зазначити, що оновлення RAM на MacBook вже деякий час не є можливим. Це можна було зробити на попередніх Mac Mini, але не на нових версіях M1.
Перші комп’ютери Mac M1 мають максимум 16 ГБ оперативної пам’яті. Ви можете придбати M1 Mac з 8 ГБ або 16 ГБ, але не більше. Це вже не просте питання встановлення модуля RAM у слот.
Так скільки RAM вам потрібно? Для комп’ютерів з Windows 8 ГБ достатньо для базових завдань. Геймерам рекомендується збільшити цей обсяг до 16 ГБ, а для завдань, таких як редагування великих відеофайлів високої роздільної здатності, може знадобитися 32 ГБ або більше.
Аналогічно, для M1 Mac базової моделі з 8 ГБ має вистачити для більшості користувачів. Насправді він може впоратися навіть зі складними видами щоденного використання. Проте складно дати точну відповідь, оскільки більшість тестів проводилися в штучних умовах, навантажуючи процесор або графічний процесор.
Важливо, як M1 Mac справляється з одночасною роботою декількох програм та вкладок браузера. Це перевірка не тільки апаратного забезпечення, оскільки оптимізація програмного забезпечення може значно підвищити продуктивність. Тому були зосереджені на тестах, які дійсно можуть навантажити обладнання. Але в підсумку більшість користувачів просто хочуть побачити, як нові комп’ютери Mac справляються з реальним використанням.
Стівен Холл на 9to5 Mac поділився вражаючими результатами з M1 MacBook Air на 8 ГБ оперативної пам’яті. Для того, щоб ноутбук почав гальмувати, йому довелося відкрити одне вікно Safari з 24 вкладками веб-сайтів, ще шість вікон Safari, які відтворювали відео 2160p, та Spotify у фоновому режимі. Він також зробив скріншот. «Лише тоді комп’ютер нарешті почав гальмувати», – сказав Холл.
Метью Паназаріно з TechCrunch пішов ще далі, використовуючи MacBook Pro M1 з 16 ГБ оперативної пам’яті. Він відкрив 400 вкладок у Safari (також працювало кілька інших програм), і все працювало добре, без жодних проблем. Він спробував той же експеримент у Chrome, і браузер почав працювати нестабільно. Але в цілому система продовжувала працювати добре, незважаючи на проблеми з Google Chrome. Під час тестів він помітив, що ноутбук використовує простір підкачки, але це не вплинуло на продуктивність.
Коли на комп’ютері закінчується оперативна пам’ять, він використовує SSD або жорсткий диск як тимчасовий пул пам’яті. Це може призвести до сповільнення, але, схоже, не у випадку з M1 Mac.
Це неформальні тести, але вони дають уявлення про те, чого очікувати при інтенсивному щоденному використанні. З огляду на змінений підхід до пам’яті, 8 ГБ оперативної пам’яті має бути цілком достатньо для більшості користувачів, які не відкривають сотні вкладок у браузері.
Проте якщо ви редагуєте великі зображення або відеофайли, одночасно переглядаєте кілька десятків вкладок і потокове відео на зовнішньому моніторі, то модель на 16 ГБ буде кращим вибором.
Це не перший випадок, коли Apple змінює архітектуру своїх систем Mac.