کاروتک
تراشه M1: معرفی و بررسی تراشه سیلیکون اپل که مسیر مک را برای همیشه تغییر داد
در این مطلب به معرفی تراشه‌ای قدرتمند می‌پردازیم که گام بزرگ اپل برای رسیدن به اکوسیستم آرمانی‌اش بود.
در نوامبر سال ۲۰۲۰ میلادی، کمپانی اپل اولین مک‌ها با تراشه M1 مبتنی بر Arm را در بازار عرضه کرد. این مک‌ها شامل لپ‌تاپ‌های ۱۳ اینچی مک بوک پرو، مک بوک ایر و مک مینی هستند. کمی بعد و در سال ۲۰۲۱ میلادی، اپل محصولات جدیدی را با تراشه M1 به بازار عرضه کرد که می‌توان به iMac و iPad Pro اشاره کرد که هر دو با تراشه M1 عرضه شدند.
در طی این سال‌ها، تراشه M1 نقدهای بسیار خوبی دریافت کرده و تقریبا همه کاربرهایی که از آن استفاده می‌کنند، نسبت به علمکرد آن رضایت کامل دارند. این حاصل سال‌ها تلاشی است که اپل روی گوشی‌های هوشمند خود پیاده‌سازی کرده و حالا نوبت به تراشه محصولات مکش رسیده بود که M1 مثل یک ناجی وارد عمل شد.
طی این مدت احتمالا زیاد راجع به تراشه M1 شنیده‌اید یا شاید خودتان هم یکی از محصول‌های اپل مبتنی بر تراشه M1 را دارید. اما چه چیزی M1 را به عنوان یکی از بزرگ‌ترین اتفاق‌های کمپانی اپل بدل میکند و چگونه وجود M1 می‌تواند آینده‌ای برای اپل بسازد که اپل از همه کمپانی‌های بزرگ، تافته‌ای جدابافته باشد؟
با ادامه این مطلب در کاروتک همراه باشید تا هر چیزی که لازم است از M1 بدانید را در اختیار شما قرار بدهیم.
چیپ M1 دقیقا چیست؟
در حقیقت M1 اولین SoC کمپانی اپل است که برای استفاده روی مک‌ها پیاده‌سازی شده است. اما در توضیح این که یک SoC چیست، به سادگی می‌توان گفت که SoC مخفف System on a Chip است. این یعنی یک چیپ تعبیه شده در داخل یک دستگاه که روی این چیپ تمام اعضای موردنیاز برای اجرای یک کامپیوتر یا حتی گوشی هوشمند پیاده‌سازی شده است.
کوپرتینونشین‌ها از سال ۲۰۰۶ به صورت رسمی، از چیپ‌های اینتل برای مک‌های خود استفاده کردند اما در سال ۲۰۲۰ با معرفی M1، به صورت رسمی اعلام کردند که آن‌ها دیگر به سراغ چیپ‌های سیلیکونی خودشان خواهند رفت و قصد دارند که بیشتری روی خانواده چیپ‌های M سرمایه‌گذاری کنند.
مثلا روی M1 که SoC محسوب می‌شود، بخش‌های مختلفی قرار دارد که پردازنده و هسته‌های پردازشی تنها بخشی از آن هستند و به جز پردازنده، چند بخش دیگر مثل مموری سیستم هم قرار گرفته که به خاطر پیاده‌سازی تمام این المان‌ها روی یک چیپ واحد، سرعت عملکرد دستگاه، به طرز چشم‌گیری بهتر از محصول‌های است که به صورت چیپ‌های مجزا روی برد پیاده‌سازی شده‌اند.
به عنوان یک SoC، تراشه M1 تعبیه شده در مک‌ها، شامل بخش‌های متفاوتی است که شامل پردازنده مرکزی، پردازنده گرافیکی، مموری با معماری واحد، موتور عصبی، کنترلر درایو SSD، پردازنده سیگنال تصویر، موتورهای انکود/ دیکود، کنترلر درگاه تاندربولت با پشتیبانی از USB 4 و چند بخش دیگر است که هر کدام از این بخش‌ها، به مک‌ها کمک می‌کنند که قابلیت‌های جذاب خود را ارائه بدهند.
قبل از چیپ‌های سیلیکونی اپل، چیپ‌های متفاوتی روی مک‌بوک‌ها پیاده‌سازی می‌شد. اما تلاشی که اپل برای یک‌پارچه‌سازی این چیپ‌ها انجام داد دقیقا همان دلیلی است که امروزه به مک‌ها به عنوان یکی از قدرتمندترین محصول‌های کامپیوترهای خانگی و کامپیوترهای پرتابل نگاه می‌شد.
به طور ساده و برای مثال می‌توان به مموری واحد تعبیه شده در M1 نگاه کرد؛ به خاطر یک‌پارچه بودن این چیپ، برای دسترسی به اطلاعات داخل مموری، لازم نیست که M1 در استخرهای پیچیده مموری جستجو کند تا بتواند اطلاعات مورد نیاز خود را پیدا کند. به لطف این معماری جدید، اطلاعات همیشه و در واحد زمان در دسترس M1 قرار دارد تا آن‌ها را پردازش کند.
به لطف معماری جدید مموری واحد در M1، بخش‌های مختلف مثل پردازنده مرکزی، پردازنده گرافیکی و دیگر پردزانده‌ها نیازی به کپی کردن اطلاعات به یکدیگر ندارند و همه اطلاعات لازم را از یک جایگاه بر‌می‌دارند و از آن استفاده می‌کنند.
به لطف این معماری، تنها سرعت بالا نیست که مورد اهمیت قرار می‌گیرد؛ به خاطر تلاش کمتر قطعه‌های مختلف برای خواندن داده‌های مختلف، مصرف انرژی هم به شکل چشم‌گیری کاهش پیدا میکند و باعث می‌شود که عمر باتری مک با وجود M1 بسیار بیشتر از گذشته باشد.
البته باید اشاره کرد که این نوع معماری از مموری یعنی این که کاربرها قادر نخواهند بود که مقدار رم دستگاه مک خود را ارتقا دهند؛ البته این موضوع چندان هم تغجب برانگیز نیست. تا به حال مک‌های زیادی نبوده‌اند که کاربرها بتوانند رم آن را ارتقا دهند. مک‌ها در دو مدل ۸ و ۱۶ گیگابایتی عرضه می‌شوند که حتی رم ۸ گیگابایتی هم برای کارهای روزانه و حتی بعضی از کارهای سنگین هم کافی است؛ اما اگر فردی هستید که می‌خواهید بیشترین استفاده ممکن را از مک M1 خود دریافت کنید، مک با رم ۱۶ گیگابایتی به مدل پایه ارجحیت دارد.
۱۶ میلیارد ترانزیستور؛ بگذارید جمله‌ام را مجددا تکرار کنم. ۱۶ میلیارد ترانزیستور! شاید حالا و در سال ۲۰۲۲ رسیدن به جا دادن این مقدار ترانزیستور آن هم در تراشه ۵ نانومتری کمی تکراری باشد اما در سال ۲۰۲۰ میلادی که اپل این اطلاعات را با کاربران به اشتراک گذاشت، بدون شک صنعت سمیکونداکتورها را برای همیشه تغییر داد.
این بیشترین مقدار از ترانزیستوری بود که در یک پردازنده دستگاه اپلی قرار گرفته بود. اما این مقدار از ترانزیستور نکته تعجب‌برانگیز نیست؛ نکته تعجب‌برانگیز M1 زمانی است که متوجه می‌شویم حتی تا به امروز این تراشه بهینه‌ترین مصرف انرژی را در بین همه چیپ‌ها دارد. این پردازنده تنها از ۱۰ وات انرژی استفاده میکند که دلیل اصلی عمر باتری خارق‌العاده مک بوک‌ها است.
تفاوت اصلی M1 با تراشه‌های اینتل چیست؟
برخلاف تراشه‌های اینتل که از معماری x86 استفاده می‌کنند، چیپ‌های سیلیکونی اپل M1 از معماری مبتنی بر Arm استفاده میکند؛ درست مثل چیپ‌های سری A اپل که طی بیش از یک دهه روی گوشی‌های آیفون و تبلت‌های آیپد استفاده می‌شود.
همه چیپ‌های اپل توسط کمپانی تراشه‌سازی TSMC، کمپانی تایوانی مشهور ساخته می‌شود و درست مثل تراشه A14 اپل، تراشه M1 هم ۵ نانومتری است که به لطف این کمپانی تایوانی برای اپل ممکن شد. اپل سال‌های زیادی است که با TSMC برای دریافت قطعات تراشه همکاری میکند.
پس می‌توانید متوجه شوید که چرا اپل استفاده از تراشه‌های اینتلی را متوقف کرد. اپل به دنبال بستر مناسبی روی مک‌های خودش بود تا بتواند ماهیت اکوسیستم را بیش از پیش برای محصول‌های خودش معنا کند و بتواند نرم‌افزارها و اپلیکیشن‌های موجود در مک و آیفون‌ها را به صورت یکسان و با قدرتی مشابه اجرا کند. بدون شک رونمایی از M1 گام بزرگی برای اپل و پیاده‌سازی یک اکوسیستم افسانه‌ای بود.
پردازنده مرکزی
چیپ M1 دارای پردازنده مرکزی ۸ هسته‌ای است که ۴ هسته برای پردازش‌های سنگین و ۴ هسته دیگر برای پردازش هر چه سریع‌تر عملیات‌های در حال اجرای روی مک تعبیه شده‌اند. ۴ هسته برای پردازش‌های سنگین به صورت پردازش تک‌هسته‌ای هم به طرز خارق‌العاده قدرتمند عمل می‌کنند.
چهار هسته پردازش‌های سنگین با یکدیگر به صورت یک‌پارچه عمل می‌کنند و عملیات چندرشته‌ای با سرعت بالای پردازش و قدرت بالا را به ارمغان می‌آورند. این پردازش‌ها به قدری قدرتمند هستند که از لحاظ پردازش مک بوک قدرتمند و سطح نهایی مک بوک پرو ۱۶ اینچی اینتلی را هم از میان برمی‌دارد.
چهار هسته پردازش‌های سریع برای کارهای ساده‌تر پیاده‌سازی شده است. مثلا اگر با مک خود در حال جستجو در اینترنت هستید، نیازی به استفاده از چهار هسته قدرتی نیست و هسته‌های پردازش سریع این کار را انجام می‌دهند و با ارائه دادن مصرف انرژی بسیار کمتر، عمر باتری دستگاه شما را حفظ خواهند کرد.
اپل اعلام کرده است که این هسته‌های پردازشی مشابه با نسل‌های قبلی دو هسته‌ای مک بوک ایر کار می‌کنند اما با مصرف انرژی بسیار کمتر. این هسته‌ها به صورت تکی می‌توانند برای عملیات‌های سبک کار کنند اما زمانی که عملیات‌های سنگین انجام می‌دهید، تمامی این ۸ هسته به صورت واحد و یک‌پارچه شروع به پردازش داده‌ها می‌کنند تا سرعت بالای پردازش، افت پیدا نکند.
بنچمارک‌های مک بوک ایر، مک بوک پرو و مک مینی تایید می‌کنند که چیپ M1 عملکرد فوق‌العاده‌ای دارد. البته در مدل‌های مختلف دستگاه‌های مبتنی بر M1، تفاوت‌هایی در میزان حرارات وجود دارد اما همه این دستگاه‌ها در بین تمامی مدل‌های مک تا به امروز بهترین عملکرد را در پردازش تک‌هسته‌ای دارد؛ در پردازش چندهسته‌ای، M1 در مقایسه با بعضی از چیپ‌های اینتل قدرت کم می‌آورد اما کماکان به اندازه‌ای قدرتمند است که به راحتی در لیست قدرتمندها قرار بگیرد.
اما در بین تمامی مک‌هایی که قدرت بیشتری برای ارائه دارند، مک مینی بهترین امتیاز بنچمارک را در بین این دستگاه‌ها به دست آورد که امتیاز آن ۱۷۰۲ برای پردازش تک‌هسته و ۷۳۸۰ برای پردازش چندهسته‌ای است که امتیاز قابل قبولی است.
پردازشگر گرافیکی
چیپ سیلیکونی اپل دارای ۸ هسته پردازشگر گرافیکی است؛ البته در مدل‌های ایر با این که هر ۸ هسته در آن قرار گرفته‌اند اما تنها ۷ هسته پردازشی در آن فعال است. در بعضی از مدل‌های ایر که به آن‌های مدل طلایی می‌گویند، ۸ هسته فعال است اما در اکثر مک بوک‌های ایر ۱۳ اینچی سال ۲۰۲۰، ۷ هسته پردازش گرافیکی قرار گرفته است.
پردازشگرهای گرافیکی دیگر مک‌ها مثل مک مینی یا مک بوک پرو همگی از پردازشگر ۸ هسته‌ای استفاده می‌کنند که می‌توانند همزمان ۲۵هزار رشته را پردازشگر کنند و قدرت گرافیکی آن ۲.۶ ترافلاپس است. طبق گفته اپل، M1 سریع‌ترین پردازشگر گرافیکی تعبیه شده روی چیپ را در بین کامپیوترهای شخصی دارد.
تست‌های عملکرد گرافیکی M1 نشان می‌دهد که این چیپ در مقایسه با بعضی از کارت گرافیک‌های توانای موجود در بازار مثل GeForce GTX 1050 Ti و Radeon RX 560 بهتر عمل میکند. این پردازنده گرافیکی توانست امتیاز OpenCL فوق‌العاده 19305 را به دست بیاورد که بسیار به امتیاز کارت گرافیک‌های Raden RX 560X و Radeon Pro WX 4100 نزدیک بود.
موتور عصبی (Neural Engine)
چیپ M1 دارای موتور عصبی داخلی است؛ این بخش یکی از اعضای پردازنده‌های سری A اپل بود که چند سال پیش به مجموعه چیپ‌های A اضافه شد. موتور عصبی به صورت اختصاصی برای این موضوع طراحی شده است که بتواند توانایی یادگیری ماشینی دستگاه‌ها طی اجرای عملیات‌های متخلف را سریع‌تر کند که این موضوع برای کارهای مختلفی مثل آنالیز ویدیو، سیستم تشخیص صدا، پردازش تصویر و خیلی قابلیت دیگر استفاده شد.
موتور عصبی ۱۶ هسته‌ای تعبیه شده در M1 توانایی پردازش ۱۱ تریلیون عملیات را در هر ثانیه دارد که سرعت این پردازش حدود ۱۵ برابر بیشتر از سرعت پردازش یادگیری ماشینی در چیپ‌های نسل قبلی مثل اینتل است. موتور عصبی یا همان Neural Engine از مهم‌ترین دلایلی است که همه چیز در مک بسیار اجرای بهینه و قابل قبولی دارند.
سرعت M1
چیپ M1 تا ۳.۵ برابر عملکرد بهتر در زمینه پردازشگر مرکزی، ۱۵ برابر عملکرد بهتر در زمینه یادگیری ماشینی و ۶ برابر عملکرد بهتر در پردازشگر گرافیکی در مقایسه با مدل‌های اینتلی گذشته دارد که بهبود فوق‌العاده دستگاه‌های مک نسل جدید اپل را نشان می‌دهد.
در مقایسه با قوی‌ترین چیپ‌های لپ‌تاپ‌های موجود، چیپ M1 می‌تواند ۲ برابر عملکرد سریع‌تر در پردازشگر مرکزی را داشته باشد و تنها ۲۵ درصد از توان آن‌ها برای چنین اجرایی را نیاز دارد. البته چیپ‌هایی که مقایسه با آن‌ها صورت می‌گیرد، SoC نیست و چیپ‌های تکه تکه محسوب می‌شوند.
عمر باتری
با این که سرعت پردازش تمام اجزای مختلف چیپ M1 در مقایسه با چیپ‌های نسل گذشته مک‌ها افزایش داشته است، اما عمر باتری دستگاه‌های مک به لطف چیپ بهینه و ساختار SoC آن، به طرز چشم‌گیری بهبود یافته است.
عمر باتری دستگاه‌های مک M1 در مقایسه با مک‌های نسل قبلی دو برابر شده است. بیشتری عمر باتری را در بین دستگاه‌ها مک، مک بوک پرو ۱۳ اینچی M1 دارد که می‌تواند تا ۲۰ ساعت شارژدهی داشته باشد. در حالی که مک بوک پرو نسل قبلی تنها ۱۰ ساعت عمر باتری داشت.
در مقایسه با اینتل؟
اپل از تراشه M1 خود حتی برای لپ‌تاپ‌های اقتصادی و میان‌رده خود هم استفاده کرده و زمانی که به مقایسه عملکرد می‌رسیم، M1 حتی می‌تواند بهترین لپ‌تاپ‌های اینتلی مک بوک را شکست بدهد. تراشه M1 سریع‌ترین پردازش تک‌هسته‌ای را بین تمام مک‌ها دارد و پردازش چندهسته‌ای هم چندان فاصله زیادی با رتبه اول مک بوک اینتلی ندارد.
اپل تا به امروز مک بوک پرو ۱۳ اینچی اینتل و مک مینی اینتل را می‌فروشد و این لپ‌تاپ‌ها هنوز هم از گزینه‌های پرقدرت محسوب می‌شوند اما در مقایسه، نسخه‌های M1 سرعت عملکرد بهتری را نسبت به مک بوک‌های اینتل ارائه می‌دهد.
در حال حاضر خرید مک بوک‌های اینتلی چندان ایده خوبی نیست؛ مگر اینکه کاربر همیشگی مک هستید و دوست دارید که گزینه‌های روی میزتان حتی برای اجرای ویندوز روی مک بوک را بخواهید باز نگه‌دارید؛ در این صورت معماری x86 مک‌های اینتلی می‌تواند برای شما کارآمد باشد.
به مرور زمان، تمام محصول‌های اپل به سمت چیپ M1 می‌روند؛ تا جایی که حتی محصول‌هایی مثل iPad و iMac هم به این سمت هجوم آورده‌اند که از چیپ M1 استفاده کنند. از طرفی دیگر باید منتظر ماند و دید که چیپ جدید اپل یعنی M2 چگونه عمل میکند و تا به حال می‌دانیم که محصول‌هایی همچون مک بوک ایر ۲۰۲۲ و مک بوک پرو ۲۰۲۲ قرار است از چیپ M2 استفاده کنند.
قابلیت‌های امنیتی M1
یکی از قدرتمندترین چیپ‌های امنیتی چند سال اخیر که در صنعت فناوری مشاهده کرده‌ایم، بدون شک چیپ T2 است که کلی قابلیت امنیتی را برای کاربرهای اپل به ارمغان آورده؛ اما حالا و با وجود M1 لازم به چیپ اضافه نیست و این چیپ امنیتی درست داخل چیپ M1 پیاده‌سازی شده است.
خیلی از المان‌های امنیتی مثل Touch-ID و کدگذاری فایل‌های داخل داریو مک بوک توسط این تراشه امنیتی پشتیبانی می‌شوند که به طور کلی امنیت دستگاه شما را در قبال ورودهای غیرمجاز احتمالی تضمین میکند. کدگذاری فایل‌های درایو SSD به شکلی صورت گرفته که با وجود تامین امنیت بالا، سرعت خواندن داده‌های درایو را کاهش نمی‌دهد.
اجرای برنامه‌ها روی M1
به خاطر اینکه چیپ M1 از معماری متفاوتی نسبت به چیپ‌های اینتلی استفاده میکند، کمپانی اپل ابزای را در اختیار توسعه‌دهنده‌ها قرار داده است که برنامه‌های به اصطلاح Universal را منتشر کنند که بتواند به راحتی هم روی چیپ سیلیکونی اپل و هم روی چیپ‌های اینتلی اجرا شود. هم‌چنین اپل لایه ترجمه‌ای Rosetta 2 را توسعه داده است که دستورها و فرمان‌های مربوط به معماری x86 را به معماری M1 ترجمه میکند.
حتی با وجود این که بعضی از برنامه‌های مک از طریق لایه ترجمه‌ای Rosetta 2 اجرا می‌شود، اما کماکان سرعت اجرای این برنامه‌ها در مقایسه با سرعت اجرای برنامه‌ها روی چیپ‌های اینتلی بیشتر است که نشان از قدرت بالای چیپ M1 دارد.
در ضمن شاید Rosetta 2 برایتان عجیب باشد؛ اپل اولین باری نیست که از لایه ترجمه‌کننده استفاده می‌کنند. تا قبل از سال ۲۰۰۶ که اپل به سمت چیپ‌های اینتلی برود، از PowerPC استفاده می‌کرد و آن زمان هم لایه ترجمه Rosetta را توسعه داد که اپ‌های اینتلی به خوبی روی PowerPC اجرا شود.
البته با گذشت تقریبا ۲ سال از ورود M1 به دنیای چیپ‌ها، توسعه‌دهنده‌های بیشتری هستند که به صورت اختصاصی برای M1 نرم‌افزارهایشان را توسعه می‌دهند؛ به عنوان مثال کمپانی Adobe تمام نرم‌افزارهای خود را در حال حاضر برای معماری M1 نوشته است.
پس جای نگرانی برای کاربرهای اینتلی نیست که قصد مهاجرت به M1 را دارند؛ تا همین حالا هم نرم‌افزارهای زیادی به صورت بومی روی این چیپ اجرا می‌شوند و به مرور زمان تعداد این نرم‌افزارها بیش از پیش می‌شوند. به خصوص با روی کار آمدن M2، مشخص است که اپل قصد مهاجرت به هیچ چیپ دیگری جز خانواده چیپ‌های M را ندارد و با توجه به درصد سهمی که مک‌ها در بازار دارند، توسعه‌دهنده‌ها ناگزیر و ناگریز به سمت گسترش نرم‌افزارهایشان روی معماری M1 خواهند رفت.
هنوز هیچ راه رسمی برای اجرا کردن ویندوز روی مک بوک‌های M1 وجود ندارد؛ البته بعضی از کاربرها از طریق راه‌های مختلف توانسته‌اند که ویندوز را در مک بوک شبیه‌سازی کنند. احتمال آن وجود دارد که در آینده‌ای نه چندان دور شاهد اضافه شدن پشتیبانی از ویندوز در مک بوک M1 باشیم اما این در حالی است که لایسنس ویندوز مبتنی بر Arm، توسط مایکروسافت فراهم شود.
دیگر مدل‌های M1
در اکتبر سال ۲۰۲۱، اپل از مدل‌های جدید چیپ M1 معرفی کرد که این چیپ‌ها برای افراد با بهره‌وری بالا طراحی شده‌اند. با رونمایی از دو مک بوک پرو ۱۴ و ۱۶ اینچی، اپل رسما از دو چیپ M1 Pro و M1 Max هم رونمایی کرد. هر دو چیپ مجهز به ۱۰ هسته پردازشی هستند که ۲ هسته آن پردازشگر سرعتی و ۸ هسته دیگر پردازشگر قدرتی هستند.
تفاوت اصلی M1 Pro و M1 Max در پردازشگرهای گرافیکی آن است. نسخه M1 Max دارای ۳۲ هسته پردازشی گرافیکی است. نسخه M1 Pro دارای ۱۶ هسته پردازشی گرافیکی است. البته این آمار در بی‌نقص‌ترین حالت است و در بعضی از دستگاه‌های مدل پایین‌تر که به این چیپ‌های به‌روزشده مجهز هستند، از هسته‌های به مراتب کمتری استفاده شده است.
در سال ۲۰۲۲ میلادی، اپل از محصول مک جدید خود به نام Mac Studio رونمایی کرد که از تراشه جدیدی به نام M1 Ultra استفاده می‌کرد. M1 Ultra در حقیقت از به هم پیوستن و اشتراک قدرت دو چیپ M1 Max پدید می‌آید که بدون شک یکی از قدرتمندترین قطعاتی است که در دنیای فناوری می‌توانید پیدا کنید.
ظهور M2
در ماه ژوئن سال ۲۰۲۲ میلادی، اپل از تراشه M2 رونمایی کرد که نسخه به‌روز شده تراشه M1 است؛ تا به حال تایید شده است که این تراشه روی مک بوک ایر ۱۳ اینچی ۲۰۲۲ و مک بوک پرو ۱۳ اینچی ۲۰۲۲ تعبیه خواهد شد.
چیپ M2 درست مثل چیپ M1 به ۸ پردازشگر هسته‌ای مجهز است اما پردازشگرهای گرافیکی آن بیشتر از گذشته شده و از ۹ تا ۱۰ هسته پردازشی گرافیکی خواهد داشت؛ این آمار در چیپ M1 تنها ۷ یا ۸ هسته پردازشی گرافیکی بوده است.
انتشار متن مطالب کاروتک در نشریات کاغذی یا رسانه‌های دیجیتال٬ بدون کسب اجازه از مدیر سایت ممنوع است.
کاری با 
در استودیو کارو
