Jedyny taki test MacBooka Air M1: wy pytacie, my sprawdzamy

Przyznam, że w odróżnieniu od dużej części branży bezkrytycznym entuzjastą przejścia z x86 na Arm nie byłem. Nie żebym nie ufał inżynierom Apple'a, bo rokrocznie pokazują klasę w segmencie smartfonów, czy darzył jakimś szczególnym uczuciem Intela, ale zmiana modelu programowego to zawsze jest trzęsienie ziemi.

Mówimy bowiem o sytuacji, w której cała dotychczasowa warstwa sprzętowa zostaje wywrócona do góry nogami. Zmienia się dosłownie wszystko. Począwszy od listy rozkazów i typów danych, poprzez tryby adresowania i rejestry, a skończywszy na obsłudze wyjątków i przerwań.

To trochę tak, jakby z dnia na dzień zmieniono organizację ruchu, zmuszając wszystkich do jazdy lewostronnej. Albo, trzymając się analogii, statystycznemu Amerykaninowi przekazano samochód z manualną skrzynią biegów. I w jednym, i w drugim przypadku nauka nie byłaby inżynierią rakietową, ale na pewno pochłonęłaby chwilę czasu na zmianę nawyków.

Jako zainteresowani branżą technologiczną, słyszeliście zapewne nieraz, że x86 to architektura typu CISC, podczas gdy Arm należy do grupy RISC-owej. Ale to archaizm.

U zarania dziejów CISC oraz RISC były antonimami i oznaczały komputer o zestawie instrukcji, odpowiednio, złożonym oraz zredukowanym. Zresztą, wynika to wprost z anglojęzycznych rozwinięć obydwu tych skrótów, które brzmią: Complex Instruction Set Computer, a także Reduced Instruction Set Computer.

Dzisiaj pierwotny podział właściwie stracił sens. Wprawdzie baza wszystkich instrukcji x86 definiuje ponad 1,5 tys. pozycji, ale są przykłady chipów wykorzystujących dosłownie kilka z nich, a dalej zaliczanych do CISC-owych. Są też procesory typu RISC wyposażone w dziesiątki, a nawet setki instrukcji, takie jak chociażby późne PowerPC.

Główny wykładnik jest inny. Mianowicie układy RISC-owe, w odróżnieniu od tych typu CISC, muszą przy działaniach arytmetycznych przesuwać komplet operandów do rejestrów. Innymi słowy: nie mają instrukcji, które łączą pobranie z wykonaniem.

Ponownie jednak – to się także nieco zdewaluowało. W latach 80., gdy krystalizowała się koncepcja RISC, różnice w szybkości między rejestrami procesora a pamięcią operacyjną były jak stąd do Kalifornii. Prostota zestawu instrukcji w połączeniu z działaniem wyłącznie na rejestrach dawały przewidywalność czasu wykonania i adresacji.

Tylko, obecnie procesory nie są już tak ściśle sekwencyjne i szeregowe jak niegdyś, a kolejne poziomy cache'u wydatnie przyspieszyły podsystem pamięci.

Już od czasów Pentium Pro normą stało się rozbijanie złożonych instrukcji na mniejsze, które często wykonywane są w tym samym czasie, dzięki zwielokrotnieniu liczby jednostek arytmetycznych i logicznych. Do tego doliczmy wykonywanie poza kolejnością, czyli zdolność do sortowania instrukcji tak, aby chip możliwie optymalnie gospodarował zasobami. Nie dochodzi tym samym do wyraźnych przestojów w oczekiwaniu na dane.

Słowem, nie ma wielkiego znaczenia, co dzieje się z operandami na zapleczu. Także dla programisty, który zazwyczaj nie posługuje się kodem maszynowym. Robotę w głównej mierze zrobi kompilator, stąd przejście z x86 na Arm najgorzej brzmi na papierze.

Niestety, o samym Apple M1 nie wiadomo zbyt wiele, bo producent w typowy dla siebie sposób cedzi szczegóły przez gęste sito. Coś tam jednak się wymsknęło.

Nowy chip Apple'a powstaje w procesie litograficznym klasy 5 nm TSMC. Ma osiem rdzeni, z czego cztery wysokowydajne "Firestorm" i cztery energooszczędne "Ice Storm". Koncepcja ta przywodzi na myśl big.LITTLE, tyle że w przypadku M1 jest w pełni heterogeniczna, przez co obydwa klastry mogą pracować jednocześnie.

Jak zaznacza firma z Cupertino, rdzenie energooszczędne zadowalają się dziesiątą częścią mocy rdzeni zasadniczych.

Szczególną uwagę warto natomiast zwrócić uwagę na organizację podsystemu pamięci. Każdy rdzeń wysokowydajny dysponuje 192 KB cache'u na instrukcje i 128 KB na dane, a rdzeń energooszczędny – kolejno 128 oraz 64 KB. Pamięć L2 jest tymczasem współdzielona w obrębie klastrów. "Firestorm" mają do dyspozycji 12 MB, "Icestorm" zaś – 4 MB.

Co należy podkreślić grubą linią, Apple M1 nie otrzymał żadnej pamięci cache poziomu trzeciego. Za to dysponuje, zależnie od konfiguracji, 8 lub 16 GB pamięci operacyjnej LPDDR4X-4266 osadzonej wprost w chipie.

Zamiast redukować opóźnienia w dostępie do RAM-u poprzez L3, inżynierowie Apple'a po prostu umieścili całą pamięć możliwie najbliżej CPU. Zwiększa to szanse na nietrafienie (ang. cache miss), czyli bezczynne oczekiwanie na wpisanie bloku z pamięci operacyjnej, minimalizując jednak negatywne skutki tego zjawiska. Bo sama pamięć RAM ma teraz znacznie krótszy czas dostępu i ktoś najwidoczniej uznał, że to opłacalny kompromis.

Z innych ciekawostek: taktowanie klastra wysokowydajnego wynosi od 0,6 do 2,064 GHz, a energooszczędnego – od 0,6 do 3,204 GHz. Z kolei limit mocy to, odpowiednio: 13,8 oraz 1,3 W.

Szczytowa wartość mocy jest zatem zbliżona do niskonapięciowych układów x86, takich jak "Tiger Lake-U" czy "Renoir", jednak asymetryczna konfiguracja daje możliwość zauważalnej redukcji zużycia energii w scenariuszach obciążenia umiarkowanego, a tak właśnie, nie ukrywajmy, używa się notebooka przez większą część czasu.

Co poza tym? M1 zapewnia 8-rdzeniowy (w niektórych modelach 7-rdzeniowy) układ przetwarzania grafiki, który zdaniem Apple'a potrafi prowadzić nawet 25 tys. wątków symultanicznie. Jest też 16-rdzeniowy Neural Engine; koprocesor do zadań związanych z AI, wykonujący według oficjalnych danych 11 bln operacji na sekundę. Wreszcie, dalsza część specyfikacji uwzględnia m.in. procesor sygnałowy, kontroler Thunderbolt 4 i NVMe, czy izolowaną enklawę bezpieczeństwa.

O tym, jaki MacBook Air M1 jest od strony fizycznej, nie ma sensu się zbytnio rozwodzić. Jest dokładnie taki, jaki był w minionej generacji: imponuje estetyką i jakością wykończenia, drażni raptem dwoma portami USB-C i kamerką 720p.

Zmianą na plus w kwestii konstrukcyjnej, jak wiadomo, jest porzucenie wentylatora. W efekcie sprzęt jest bezgłośny. Tym razem dosłownie.

Rewolucja odbywa się oczywiście we wnętrzu. I dlatego też niniejszą recenzję skończymy wspólnie. Piszcie, proszę, w komentarzach, co powinienem w MacBooku Air M1 sprawdzić. Może chodzi o zgodność z konkretnymi aplikacjami? Wydajność w danym benchmarku? A może ogólny komfort pracy w określonym scenariuszu?

Na sugestie czekam do piątku włącznie. Nie obiecuję, że uda się zaspokoić ciekawość każdego z was, ale z całych sił będę się o to starać. Ciąg dalszy nastąpi...