👨🏾‍🎨 🍘 🥪 Por que o chip M1 da Apple é tão rápido? 🔍 🧙🏽 🤮

A experiência de usar novas papoulas com M1 começa a aparecer no i. Esses chips são rápidos. Muito rápido. Mas por que? Qual é a magia?

Assisti a um vídeo no Youtube onde o autor comprou o iMac ano passado com a configuração máxima. Uma máquina com mais de 40 Gb de RAM custou cerca de US $ 4.000. Ele assistiu incrédulo enquanto seu hipercaríssimo iMac foi reduzido a pedaços por um Mac mini novo com um M1 a bordo, que custou cerca de US $ 700.

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, “What Does RISC and CISC Mean in 2020?“. , CPU, :

ISA
(Pipelining)
(load/store)
vs -

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CPU?

, Intel AMD, CPU. “RISC vs CISC”, , .

Chip RISC muito simples, não M1. As instruções se movem da memória ao longo das linhas azuis para os registros. O decodificador detecta o que cada instrução é e ativa diferentes partes da CPU através das linhas vermelhas. ALU adiciona e subtrai números de registradores. — RISC , 1. . , , CPU . ALU .

CPU - , , , - ALU. ALU , . , CPU. , , . , RISC , 1 :

load r1, 150
load r2, 200
add  r1, r2
store r1, 310

r1

r2

- , . RISC , . , CPU. . 150 r1

, 200 r2

. add

.

Uma calculadora mecânica antiga com dois registros: um registro para armazenar o resultado (o acumulador) e um registro para informações de entrada. CPUs modernas têm mais de uma dúzia de registros e são digitais, não mecânicos. — : (the accumulator) . CPU , .

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M1 -

, : 1 - CPU. , . CPU - . , 1 - . CPU, GPU, , / , . (system on the chip, SoC).

M1 é um sistema em um chip. Isso significa que tudo que você precisa para o seu computador já está no chip. — 1- . , - .

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Apple

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Apple . , 1 :

CPU - “” .
GPU - , .
ISP - .
(digital signal processor, DSP) - , , .
(Neural processing unit, NPU) - , AI.
(Video encoder/decoder) - .
(Secure Enclave) - , .
(Unified memory) - .

, , 1, . , , . Mac mini 1 , , iMac Intel 1. (heterogeneous) : Apple M1 foreshadows Rise of RISC-V.

(UMA) Apple?

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(UMA) Apple . :

CPU GPU. . , .
Apple , . (low latency and high throughput). , .
Apple GPU, . ARM , , Intel AMD.

, UMA - , . , , -, , CPU GPU. , , Nvidia , . Nvidia “ ” - , CPU GPU. Apple Nvidia , .

, Apple. , . Apple , SSD .

SoC “”, Intel AMD ?

Apple , ? , . -. AMD , “ ”, Accelerated Processing Unit APU, CPU GPU .

APU AMD Ryzen. CPU GPU (Radeon Vega) , -, IO .

, AMD . SoC - . HP Dell. : , .

ARM , , . ARM SoC , . GlobalFoundries TSMC, AMD Apple.

Fábrica de fabricação de semicondutores TSMC em Taiwan. A fábrica produz chips para AMD, Apple, Nvidia e Qualcomm. — TSMC . AMD, Apple, Nvidia Qualcomm.

, - Intel AMD. , . , , CPU .

. SoC . . , CPU, , IO SoC. Intel, AMD, Nvidia SoC Dell, HP .

, Intel AMD SoC. ? . Intel, AMD, Microsoft, .

Apple - . , , Core ML . , Core ML CPU Apple (Neural Engine).

CPU

(heterogeneous computing) - . 1, Firestorm, . ARM , Intel AMD.

Firestorm Intel AMD - Ryzen. , . , Firestorm , . , :

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O processador ARM Ampere Altra Max tem muitos núcleos físicos integrados e foi projetado especificamente para computação em nuvem. — ARM Ampere Altra Max .

ARM 128- . “”. , 1 , . Are Servers Next for Apple?.

Apple . , - . , . .

. , , 128 - . , .

Out-of-Order

, . Out-of-order execution () , . : Very Long Instruction Word Microprocessors.

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Robôs no depósito da loja online Komplett.no, Noruega. — - Komplett.no, .

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, . Out-of-Order-execution. , .

01: mul r1, r2, r3    // r1 ← r2 × r3
02: add r4, r1, 5     // r4 ← r1 + 5
03: add r6, r2, 1     // r6 ← r2 + 1

- , . , , . . , .

, . , . , add r4, r1, 5

r1

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CPU , , , - , . , . , , .

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OoOE 1 . , Intel AMD, , Apple. , .

ISA -

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x86 :

MOV ax, 24

x86 ax

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LDR r0, 24

Intel AMD x86 , 1 Apple - ARM. , . - (micro-ops, μops). Out-of-Order .

? , . , ARM 32 ( 32 : 0 1), - . .

01: mul r1, r2, r3    // r1 ← r2 × r3
02: add r4, r1, 5     // r4 ← r1 + 5
03: add r1, r2, 1     // r1 ← r2 + 1

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CPU - , - - . ISA . , -. “” , .

CISC , -, . . RISC . , ARM -. .

Intel AMD 1?

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, x86 , . , . Intel AMD : , . , . , - . Apple . , 4 - Intel AMD.

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, 86 Intel AMD. , 15 - , , .

AMD Zen3 , ?

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Apple ? - . Apple - , Intel AMD. , Firestorm Zen3, Zen3 . Apple .

Apple , , , .

, AMD Intel :

-, (heterogenous computing) SoC .
CISC , Out-of-Order.

, . , CPU. , . Intel , , GPU SoC.

, . . , Amazon Ampere 128- . , .

Intel AMD, Apple , , . , . , . , , Apple, , , .

Por que o chip M1 da Apple é tão rápido?