MacBook Pro i Apple M1 Max to wielki triumf architektury ARM? Patrzę na to zupełnie inaczej

Kwestionowanie wydajności nowych komputerów Mac jest bezcelowe, szczególnie tych przenośnych. MacBooki z M1 podbiły serca entuzjastów i specjalistów, oferując bezprecedensową sprawność energetyczną przy jednoczesnym zapewnieniu niesamowitej wydajności. Jeżeli ktoś potrzebuje przenośnego komputera do profesjonalnego montowania treści na YouTube’a czy podobnych zastosowań, MacBook na dziś nie ma konkurencji. A nowy MacBook Pro z dopalonymi wersjami układu M1 jest tylko lepszy.

Układ M1 rodzi dodatkowe emocje z uwagi na architekturę, jaką wykorzystuje. Apple projektując ten SoC bazował na licencjonowanej od firmy Arm architekturze, zamiast wybrać powszechnie stosowaną w pecetach x86. Architektura ARM sprawdza się dużo lepiej w urządzeniach, których wydajność jest ograniczona przez ich rozmiar (czytaj: możliwe do zastosowania chłodzenie) oraz ogniwo zasilające. Takich jak iPhone’y i iPady i – coraz częściej – elementy składowe dużych centr danych, których koszt utrzymania i schłodzenia staje się coraz większym wyzwaniem. Świat PC wielokrotnie próbował romansu z ARM, nigdy jednak nic sensownego z tego nie wychodziło. Do czasu, aż nie zrobił tego Apple.

Od czasu premiery MacBooków z M1 wielu analityków i inwestorów zaczęło wzywać Intela i AMD do zmiany strategii. Osiągi komputerów Apple’a miały dowodzić, że architektura x86 to ślepa uliczka w drodze do rozwoju. I że należy ją porzucić na rzecz ARM. Wszystko to z powodu jednej linii produktowej, jaką jest Apple MacBook. Tyle że to tylko jeden z punktów widzenia. Jest też inny, w którym to nie x86, a Intel wypada dość blado. A to zasadnicza różnica.

MacBooki nie są jedynymi dostępnymi w sprzedaży komputerami z procesorami o architekturze ARM. Jeszcze przed wejściem na rynek nowych laptopów Apple’a kupić można było notebooki i tablety z Windowsem 10 bądź Chrome OS-em z układami Qualcomma, które również wykorzystują architekturę ARM. Nie tylko nie mają podejścia do dzieła Apple Silicon, ale też nie mają szans w starciu z procesorami Intela i AMD, przynajmniej pod względem wydajności. To nie ARM jest zatem głównym atutem Apple Silicon.

Gdzie byśmy nie sięgnęli pamięcią, układy x86 zawsze były wydajniejsze od odpowiedników ARM. Powyżej losowo wzięty przykład z testu porównawczego AnandTech, w którym wykazujący się podobną sprawnością energetyczną Intel Core M (Llama Mointain) zapewnia kilkukrotnie wyższą wydajność od układu Apple’a (ARM) z iPada Air.

Przez długie lata układy x86 były dla komputerów osobistych pod każdym względem lepsze od układów ARM. Apple stworzył jeden układ ARM w trzech odmianach, który po raz pierwszy zmienił układ sił w rankingach, i już mowa o końcu x86? To dość impulsywna reakcja.

Jakim cudem procesory Apple’a, produkowane w 5-nanometrowym procesie technologicznym, ze zunifikowaną pamięcią i z systemem operacyjnym ściśle pod nie zoptymalizowanym, zdołały pokonać konkurencję spod znaku Intela? Ja bym uściślił to pytanie: jakim cudem tego nie zrobiły?

Warto zdać sobie sprawę z faktu, że Apple rozjechał konkurencję wykorzystującą procesory wykonywane w 14-nanometrowym, a więc starszym o dwie generacje procesie technologicznym, z mikroarchitekturą, która nie była w istotny sposób modyfikowana od sześciu lat. Inżynierowie Apple’a wykonali świetną robotę i nikt im tego nie odbierze. Ich rywalem był jednak ospały gigant, który dopiero co otrząsnął się ze zdziwienia po tym, jak dostał wciry od lekceważonego do tej pory AMD.

Opublikowane teraz wyniki benchmarków układu Core i9 12900HK należy przyjąć z dużym dystansem. Z pomiarów nie wynika, jak długo wyposażone w nie komputery będą mogły pracować na swoich akumulatorach. Nie jest też jasne, przez jaki czas będą w stanie utrzymać wykazaną w testach wydajność z uwagi na potencjalne problemy z odprowadzaniem ciepła. Jednak nawet jeśli praktyka rozminie się z teoretyczną wydajnością -  i Apple M1 Max będzie w praktyce i tak lepszym wyborem – to dramatyczna różnica już się zatarła. I to raptem po roku od premiery pierwszych wersji Apple M1.

Intel nie przeszedł na ARM, choć pożyczył od konkurencji kilka dobrych pomysłów. Procesory Intel Core 12. generacji wykorzystują rdzenie o różnym rozmiarze i sprawności energetycznej. Co więcej, po raz pierwszy mikroarchitektura była planowana wspólnie z Microsoftem, czego efektem jest głęboka optymalizacja Intel Alder Lake z Windowsem 11. Ewidentna szczególnie gdy przypomnimy sobie pierwsze benchmarki Alder Lake’ów z Windowsa 10. Ich wyniki zdecydowanie odstawały od tego, co obserwują pierwsi testerzy pod nowym systemem.

Intel Core 12. generacji nie wykorzystują 5-nanometrowego procesu technologicznego, a 10-nanometrowy. Nadal też nie zawierają zintegrowanej pamięci. Nie wykorzystują więc najnowszych zdobyczy technologii tak, jak Apple. A mimo tego oferują nawet jeśli nie lepszą, to konkurencyjną wydajność. Czyżby ARM nie był jednak idealnym wyborem?

ARM kojarzy się z nowoczesnością głównie z uwagi na fakt, że zdominował rynek urządzeń mobilnych. To właśnie w telefonach komórkowych w ostatnich latach działo się najwięcej widocznych i dotykających bezpośrednio największe grupy użytkowników innowacji. Między innymi za sprawą coraz lepszych procesorów ARM, jakie są w tych telefonach montowane. Dodatkowo na wyobraźnię działają doniesienia z rynku high performance computing, gdzie układy ARM – z uwagi na dużo łatwiejszą do osiągnięcia w ramach tej architektury korzystną relację do zużywanej energii i emitowanego ciepła do wydajności – cieszą się coraz większym zainteresowaniem u operatorów chcących zmniejszyć swoje koszty operacyjne.

Atutem architektury x86 jest możliwość jej rozszerzania bez straty zgodności z istniejącym oprogramowaniem i być może dlatego błędnie jest postrzegana jako skostniała. By nie być gołosłownym, pierwszy przykład z brzegu, jakim jest przetwarzanie wektorowych instrukcji. Wprowadzenie 512-bitowego zestawu AVX do układów Intela zwiększyło dwukrotnie wydajność ich przetwarzania względem zestawu poprzedniej generacji. Mający je zastąpić AMX DLBoost ma zapewnić 4- lub nawet 8-krotny wzrost wydajności. Warto dodać, ten zestaw instrukcji najczęściej wykorzystywany jest do akceleracji przeliczeń związanych z uczeniem maszynowym. Architektura x86, tak jak ARM, cały czas się rozwija.

Niedługo po premierze układów Apple M1 medialną karierę zrobił felieton opublikowany na Medium, w którym autor próbuje wykazać na przykładzie dokonań Apple’a, dlaczego architektura x86 jest bez przyszłości. Głównym argumentem jest rzekoma jej niska skalowalność, spowodowana rzekomym fundamentalnym błędem projektowym, jakim jest wykorzystanie instrukcji o zmiennej długości. W ARM stosowane są instrukcje o stałej długości. Szkoda, że wywiad z Jimem Kellerem – weteranem branży układów scalonych, mającym w swojej karierze pracę dla Apple’a, AMD i Intela – takiej popularności już nie zdobył.

Keller wykazuje, że nowoczesne i stosowane już od dawna algorytmy predykcyjne sprawiają, że instrukcje o zmiennej długości nie stanowią żadnego problemu. Nie przy złożoności nowoczesnych układów scalonych i stosowanych przy ich produkcji procesów technologicznych. To nie ARM zapewnia Apple M1 jego wspaniałe osiągi. To nowoczesny proces technologiczny, mikroarchitektura i zunifikowana pamięć – a także działający w tandemie system operacyjny, dostosowany idealnie pod możliwości danego układu. Alder Lake od Intela częściowo nadgonił proces technologiczny, wprowadził również u siebie układ rdzeni big.LITTLE i zadbał o to, by Windows 11 był na to gotowy. Efekty widać.

Trudno nie być pod wrażeniem tego, czego dokonali inżynierowie Apple’a. Odradzam jednak życie w iluzji, w której konkurencja dla MacBooków nie ma szans nadrobić zaległości. A już na pewno architektura x86 nie stoi tu na przeszkodzie. Dzisiejsze Ryzeny osiągają wyższą wydajność od M1 przy niewiele niższej sprawności. Intel Alder Lake redukują przewagę, jaką miał mieć Apple M1 Max. Rywalizacja się zaostrza. To dobrze, znów jest ciekawiej.