
O Apple M1, o primeiro chip projetado por engenheiros da Apple para sua própria linha de computadores, superou muitos microprocessadores concorrentes e quase todos os componentes usados em outros dispositivos Apple (especialmente em testes de desempenho de núcleo único e benchmarks gráficos).
A Apple teve a gentileza de postar uma foto do dado (outro pequeno detalhe que aproximou a empresa da AMD e Intel, já que agora é uma estratégia tradicional para anunciar novos processadores), e eles foram rapidamente desmontados por super-geeks como Andrei Frumusanu da Anandtech.
Sabemos desde os primeiros anúncios que o M1 baseado em ARM será uma entrada sólida na categoria SoC.
Provavelmente será mais fácil para os analistas analisar processadores montados a partir de chips (espera-se que tal arquitetura de CPU elimine a tradicional). Porque cada chip é essencialmente uma peça separada de silício. Para entender a arquitetura do SoC, você precisa de um pouco (talvez muito) de olhar.

Alocação de blocos (em um mapa inicialmente não mapeado) Apple M1
Todos esses esforços irão beneficiar os concorrentes e aqueles interessados em organizar dispositivos de silício com eficiência. Como você sabe, a vantagem mais popular de uma arquitetura de sistema empacotado que usa chips em vez de dispositivos monolíticos é que as soluções SoC rapidamente se tornam complexas, confusas e caras. Isso leva ao fato de que nem todas as empresas envolvidas em microcircuitos podem entrar no mercado SoC. Compreender o design dos melhores produtos da categoria e pesquisar tecnologia de ponta são mais importantes do que a experiência em design de chips de embalagem.
Recursos M1
O M1 tem várias características distintas.
Em primeiro lugar, muito pouco espaço é alocado para a memória cache on-chip. Os engenheiros da Apple se concentraram na funcionalidade, não na memória. A arquitetura UMA usada no M1 libera espaço na matriz enquanto fornece acesso rápido à memória LPDDR4X. UMA permite que componentes de memória individuais sejam compartilhados entre os núcleos da CPU e a GPU para otimizar a estrutura do chip. Manter a proximidade física dos módulos de memória é um conceito emprestado dos processadores móveis, em que a memória é colocada em cima dos processadores como em uma arquitetura de sistema empacotada. Isso foi falado muito antes - em resumo, uma abordagem semelhante é usada em computadores para melhorar o desempenho e dissipar calor com eficiência, e a arquitetura tirada de dispositivos móveis garante compactação e eficiência energética.
Uma parte significativa do chip M1 é dedicada ao módulo gráfico. Você pode dizer a si mesmo que isso não é surpreendente. E assim é. Ninguém esperava que a Apple sacrificasse o desempenho gráfico. Até certo ponto, essa abordagem também é tirada da arquitetura móvel.
Outro aspecto importante do design do chip M1 é que a Apple optou por aumentar o número de células lógicas (em vez de núcleos físicos). Esta é a vantagem de desenvolver processadores para seu próprio sistema operacional - algumas funções podem ser integradas ao firmware e descarregar a CPU para realizar tarefas mais complexas. Um bom amigo meu e um grande analista de tecnologia, Paul Boldt, falou sobre isso muitas vezes. Um de seus artigos é uma citação de Alan Kay, que irei inserir neste texto: "Pessoas que realmente levam software a sério devem fazer seu próprio hardware."

Steve Jobs cita Alan Kay
Uma oportunidade interessante é a tecnologia flip-chip usada para montar os microcircuitos mais avançados. Já escrevi sobre isso em um de meus textos anteriores - permite obter imagens rapidamente com um dispositivo de chip devido à transparência do silício para a radiação infravermelha. Essa abordagem economiza tempo e dinheiro.
A facilidade de acesso do Mac Mini ao M1 também permitiu que o chip fosse monitorado durante os testes de benchmark.
Usando um termovisor, você pode rastrear as áreas ativas do chip pela temperatura. Na imagem abaixo, como exemplo, há um ponto amarelo brilhante - este é um núcleo de alto desempenho que fica ativo enquanto o computador está funcionando. Com acesso antecipado a benchmarks (como Geekbench 5) construídos especificamente para o processador M1, a análise térmica revelou a localização dos núcleos Firestorm e Icestorm, GPU e processadores neurais, e muitos outros componentes.
A análise de temperatura foi muito útil e abriu a porta para outros métodos de teste. No entanto, outras plataformas de computação (especialmente as móveis) tornam a análise difícil. Mas se houver um desejo, haverá uma solução. Mais importante (e obviamente no mercado de semicondutores), se você tiver um orçamento suficiente, terá sucesso.

Foto de núcleo único do M1 com um termovisor (Fonte: MuAnalysis)
Embora muito do foco no M1 tenha a ver com sua arquitetura (e deveria ser), não são apenas os detalhes técnicos que são interessantes no design e na estrutura do processador. Substratos M1 BGA com dois módulos de memória LPDDR4X lado a lado e pacotes BGA DRAM totalmente encapsulados são idênticos (ou muito semelhantes) aos processadores móveis da série A usados no iPad - A12X e A12Z.
Provavelmente, a melhor ferramenta para obter uma visão geral da estrutura complexa de um dispositivo e, ao mesmo tempo, fornecer detalhes de imagem é a tomografia computadorizada de raios-x. A System Plus Consulting publicou uma visão geral dos resultados da tomografia computadorizada e analisou a integração dos capacitores de desacoplamento de silício embutidos na superfície e em wafer no M1. Essas informações do chip fazem parte de uma análise de custo padrão da System Plus Consulting.

TC de raio-X prospectivo do pacote M1
A System Plus atualizou recentemente seus relatórios de custos para incluir informações não presentes em seus relatórios anteriores. O CEO da System Plus, Romain Fro, disse: “O novo chip M1 da Apple permitiu que a System Plus aproveitasse dois novos métodos de análise. Compilamos um relatório sobre a arquitetura do chip e analisamos sua superfície com um microscópio eletrônico de transmissão (além de nosso relatório de custo padrão, que analisa o chip e o pacote em si). A nova metodologia de relatório aumentará significativamente o valor de nossos serviços de benchmarking. ”
Qual foi o papel do iPad Pro?
Por vários anos, houve muita discussão e especulação em torno do iPad Pro e seu valor para a Apple. O iPad Pro substituirá um laptop? Essa opinião também gerou discussões sobre a possível transição do conjunto de processadores móveis e iOS para componentes para computadores pessoais.
Sem dúvida, o iPad Pro fez parte da jornada da Apple. A repetição da arquitetura do chip no iPad, Macbook Air e Pro, assim como no Mac mini, certamente indica um desejo de generalização.

M1 e A12X são externamente idênticos
O principal parâmetro para análise comparativa de produtos é o custo. As equipes de inteligência competitiva das empresas de chips podem não precisar ir muito longe para comparar o desempenho de outros produtos com seus próprios projetos. Uma vantagem competitiva significativa pode ser obtida otimizando a estrutura de custos em comparação com os concorrentes. Dividir os dispositivos no nível da matriz simples permitirá que você exponha esses aspectos em granularidade razoável com a experiência certa, visão do setor e simulação.
O que torna esse trabalho realmente interessante é a oportunidade de descobrir as inovações que estão impulsionando a indústria de semicondutores e impulsionando esse mercado.
