I 2020 gjorde Apple et dristig trekk; de dumpet Intel og skiftet til deres proprietære silisium for å drive MacBook-ene deres. Selv om overgangen til ARM-arkitekturen fra x86-designspråket vakte flere øyenbryn, har Apple beviste at alle tok feil da MacBook-ene drevet av Apple-silisium tilbød forbløffende ytelse pr watt.
Ifølge flere eksperter var skiftet til ARM-arkitekturen en stor grunn til økningen i ytelsen/watt. Den nye Unified Memory Architecture spilte imidlertid også en avgjørende rolle i å forbedre ytelsen til den nye generasjonen MacBooks.
Så, hva er Apples Unified Memory Architecture, og hvordan fungerer det? Vel, la oss finne ut av det.
Hvorfor trenger datamaskinen din minne?
Før du går inn i Apples Unified Memory Architecture, er det viktig å forstå hvorfor primære lagringssystemer som Random Access Memory (RAM) er nødvendig i utgangspunktet.
Du skjønner, en tradisjonell prosessor kjører med en klokkehastighet på 4 GHz i løpet av en turbo Boost. Ved denne klokkehastigheten kan en prosessor utføre oppgaver på et kvarters nanosekund. Lagringsstasjoner, som SSD-er og HDD-er, kan imidlertid bare levere data til CPU-en hvert tiende millisekund – det er 10 millioner nanosekunder. Det betyr at i tiden mellom CPU-en er ferdig med å behandle dataene den jobber med og mottar neste batch med informasjon, er den inaktiv.
Dette viser tydelig at lagringsstasjoner ikke kan holde tritt med prosessorens hastighet. Datamaskiner løser dette problemet ved å bruke primære lagringssystemer som RAM. Selv om dette minnesystemet ikke kan lagre data permanent, er det mye raskere sammenlignet med SSD-er – det kan sende data på så lite som 8,8 nanosekunder: uendelig raskere enn de raskeste SSD-ene akkurat nå.
Denne lave tilgangstiden gjør at CPU-en kan motta data raskere, slik at den kontinuerlig kan krype gjennom informasjon i stedet for å vente på at SSD-en skal sende en ny batch for behandling.
På grunn av denne designarkitekturen blir programmer i lagringsstasjonene flyttet til RAM-en og deretter tilgang til CPU-en gjennom CPU-registrene. Derfor forbedrer et raskere primærlagringssystem ytelsen til en datamaskin, og det er nettopp det Apple gjør med sin Unified Memory Architecture.
Forstå hvordan tradisjonelle minnesystemer fungerer
Nå som vi vet hvorfor RAM er nødvendig, må vi forstå hvordan GPU og CPU bruker den. Selv om både GPU og CPU er designet for databehandling, er CPU designet for å utføre generelle beregninger. Tvert imot er GPUen designet for å utføre den samme oppgaven på forskjellige kjerner. På grunn av denne forskjellen i design, er GPU svært effektiv i bildebehandling og gjengivelse.
Selv om CPU og GPU har forskjellige arkitekturer, er de avhengige av primære lagringssystemer for å hente data. Det er to typer Random Access-minner på et tradisjonelt system med en dedikert GPU. Dette er VRAM og system RAM. Også kjent som Video RAM, er VRAM ansvarlig for å sende data til GPU, og system-RAM overfører data til CPU.
Men for å bedre forstå minnestyringssystemer, la oss se på et ekte eksempel på at du spiller et spill.
Når du åpner spillet kommer CPU inn i bildet, og programdataene for spillet flyttes til system-RAM. Etter det behandler CPU dataene og sender dem til VRAM. GPU-en behandler deretter disse dataene og sender dem tilbake til RAM-en slik at CPU-en kan vise informasjonen på skjermen. I tilfeller med et integrert GPU-system, deler begge dataenhetene samme RAM, men har tilgang til forskjellige plasser i minnet.
Denne tradisjonelle tilnærmingen innebærer mye databevegelse som gjør systemet ineffektivt. For å løse dette problemet bruker Apple Unified Memory Architecture.
Hvordan fungerer Unified Memory Architecture på Apple Silicon?
Apple gjør flere ting annerledes når det kommer til minnesystemer.
Når det gjelder generiske systemer, kobles RAM til CPU-en ved hjelp av en kontakt på hovedkortet. Denne tilkoblingen begrenser mengden data som sendes til CPU.
På den andre siden, Apple silisium bruker samme underlag for montering av RAM og SoC. Selv om RAM ikke er en del av SoC i en slik arkitektur, bruker Apple et interposer-substrat (Fabric) for å koble RAM til SoC. Interposer er ikke annet enn et lag med silisium mellom SOC og RAM.
Sammenlignet med tradisjonelle stikkontakter, som er avhengige av ledninger for å overføre data, lar interposeren RAM-en koble til brikkesettet ved hjelp av silisiumvias. Det betyr at de silisiumdrevne MacBook-ene fra Apple har RAM bakt inn i pakken direkte, noe som gjør det raskere å overføre data mellom minnet og prosessoren. RAM-en er også fysisk nærmere der dataene trengs (prosessorene), og lar dermed dataene komme dit de trengs raskere.
På grunn av denne forskjellen i å koble RAM til brikkesettet, kan den få tilgang til høye databåndbredder.
I tillegg til forskjellen nevnt ovenfor, endret Apple også hvordan CPU og GPU får tilgang til minnesystemet.
Som forklart tidligere, har GPU og CPU forskjellige minnebassenger i tradisjonelle innstillinger. Apple, tvert imot, lar GPU, CPU og Neural Engine få tilgang til samme minnepool. På grunn av dette trenger ikke data å overføres fra ett minnesystem til et annet, noe som forbedrer systemets effektivitet ytterligere.
På grunn av alle disse forskjellene i minnearkitekturen, tilbyr Unified Memory System høy databåndbredde til SoC. Faktisk gir M1 Ultra en båndbredde på 800 GB/s. Denne båndbredden er betydelig mer sammenlignet med høyytelses GPUer som AMD Radeon RX 6800 og 6800XT, som tilbyr en båndbredde på 512 GB/s.
Denne høye båndbredden gjør at CPU, GPU og Neural Engine får tilgang til store databassenger på nanosekunder. I tillegg bruker Apple LPDDR5 RAM-moduler klokket til 6400 MHz i M2-serien for å levere data med forbløffende hastigheter.
Hvor mye enhetlig minne trenger du?
Nå som vi har en grunnleggende forståelse av Unified Memory Architecture, kan vi se på hvor mye av den du trenger.
Selv om Unified Memory Architecture tilbyr flere fordeler, har den fortsatt noen mangler. For det første er RAM koblet til SoC, slik at brukere ikke kan oppgradere RAM på systemet sitt. Videre har CPU, GPU og Neural Engine tilgang til samme minnepool. På grunn av dette øker mengden minne som kreves av systemet drastisk.
Derfor, hvis du er en som surfer på Internett og bruker massevis av tekstbehandlere, vil 8 GB minne være nok for deg. Men hvis du bruker Adobe Creative Cloud-programmer ofte, er å få 16 GB-varianten et bedre alternativ, siden du vil ha en jevnere opplevelse av å redigere bilder, videoer og grafikk på maskinen din.
Du bør også vurdere M1 Ultra med 128 GB RAM hvis du trener mange dyplæringsmodeller eller jobber med videotidslinjer med tonnevis av lag og 4K-opptak.
Er den enhetlige minnearkitekturen alt for det gode?
Unified Memory Architecture på Apple silisium gjør flere endringer i minnesystemene på en datamaskin. Fra å endre hvordan RAM er koblet til beregningsenhetene til å redefinere minnearkitekturen, endrer Apple hvordan minnesystemer er designet for å forbedre effektiviteten til systemene deres.
Når det er sagt, skaper den nye arkitekturen en rasetilstand mellom CPU, GPU og Neural Engine, noe som øker mengden RAM systemet trenger.
