В 2020 году Apple делом доказала статус самой дорогой компании в мире. Выход MacBook Air и MacBook Pro 13″ с процессором M1 на основе ранее мобильной архитектуры выглядел как прыжок веры.
Релиз оказалсябесшумной революцией, потому что самые дешёвые и маленькие ноутбуки Apple работали тихо, опередили по автономной работе 16‑дюймовых гигантов. При этом выросли в производительностив 5 разиспособныдаже запускать топовые игры, вродеElden Ring.
Скачок энергоэффективности компьютеров Apple оказался настолько мощным, что Windows-ноутбуки на процессорах Qualcomm с похожим временем работы начали появляться лишь сейчас, спустя четыре года после выхода M1.
Пришло время разобраться, как мы оказались в этой точке, как Intel пропустила критический момент и сейчас спасает свой бизнесжёсткими сокращениями, а ещё – почему у Apple не было другого выбора, кроме как сделать процессор самой. Наконец, выясним, сколько лет архитектуре ARM на самом деле.
Кратко:
- Apple с 2020 года выпускает ноутбук, который может всё
В нулевых MacBook перевели на Intel, чтобы он работал дольше
Intel встряла и потянула за собой Apple
Apple не могла выпускать чипы на x86
В то же время iPhone с маленькой батарейкой работал всё дольше
Mac на ARM выходили ещё 20 лет назад
Что в итоге вывело автономность на новый уровень
Apple с 2020 года выпускает ноутбук, который может всё
В 2024 году Apple разрабатывает самые мощные потребительские чипы на единицу мощности и в ближайшие годы вряд ли что-то поменяется.
Qualcomm со своими новыми процессорами 8 Elite и X Elite уже уверенно догоняют, а иногдаперегоняютбенчмарки A18 Pro и M3, но делают это за счёт бòльшего количества ядер и энергопотребления, а не технологического превосходства. Ядра у них всё равно слабее.
С 2021 года после презентации M1 Pro и M1 Max Apple впервые за всю свою историю смогла поставлять MacBook Pro, который опережал в производительности CPU любой монструозный ноутбук на Intel с самым большим охлаждением и блоком питания на 300+ Вт.
Графика тогда сделала ещё больший скачок с прошлыми поколениями. Apple наконец-то смогла создать Mac с GPU, которыйщёлкаетAAA-игры не только после нативной оптимизации, а часто и без неё.
Соответственно, без высокой нагрузки компьютеры Apple в бытовых задач начали работать по 24 с лишним часа, а 16-дюймовые модели держались по два дня и дольше.
Это была настоящая революция, которая вернула MacBook звание универсального компьютера после провала сначала вавтономности, а потом и впроизводительностив последние годы эпохи Intel.
Но проблемы с Intel, разумеется, были не всегда. Когда-то Apple перешла на их процессоры ровно по той же причине, по которой сейчас использует процессоры собственной разработки.
◦ Назад к содержанию ◬
В нулевых MacBook перевели на Intel, чтобы он работал дольше
Apple переводила свои ноутбуки на процессоры Intel с 2005 по 2007 год.
До этого они работали на чипах PowerPC от альянса Apple-IBM-Motorola, которые упёрлись в потолок энергоэффективности и мешали компании сделать новый ноутбук на быстром процессоре.
Первым чипом от Intel на Mac стал легендарный 32-битныйIntel Core Duoс частотой 1,8 ГГц.
Когда Apple показала MacBook Pro и MacBook Air на его основе, она обещала до 5 часов работы. Сейчас такая характеристика кажется смешной, но в 2005 году нормальным временем работы в ноутбуке было около 3 часов обычной нагрузки от аккумулятора.
В 2009 году в характеристиках MacBook Pro благодаря переходу на кастомный несъёмный аккумулятор указывали уже до 9 часов работы в интернете, а ещё через год10 часов.
В 2011 году компания убрала 13-дюймовую модель из Pro-списка и изменила метод тестирования аккумулятора. Случился откат до 7 часов автономности
Однако в 2014 году Intel перешла на техпроцесс 14 нм и Mac снова мог работать до 10 часов на одной зарядке.
Это был последний заметный скачок, а затем у обеих компаний начались проблемы.
◦ Назад к содержанию ◬
Intel встряла и потянула за собой Apple
До выхода MacBook на базе M1 Pro в последний раз Apple меняла дизайн ноутбуков в 2016 году.
Компания тогда оставила «прошкам» только USB-C, добавила Touch Bar, сделала их тоньше и легче, а вместе с этим уменьшила батарею. Хотя на сайте обещали всё те же 10 часов работы, в реальности их хватало максимумна 7 часов.
Вместе с сильным нагревом и шумным охлаждением получилось «антикомбо».
Обычно Apple делает устройства тоньше, а их аккумулятор меньше, если переходит на более энергоэффективные процессоры благодаря меньшим транзисторам. Но с 2014 года Intel шесть лет выпускала чипы на техпроцессе 14 нм, повышая их мощность за счёт изменённой архитектуры и повышенной частоты.
Повышенная частота подразумевает повышенное потребление, и в итоге новый MacBook в 2016 году в дополнение ко всем проблемам выдавал непредсказуемое и частонизкоевремя работы, и рассказы компании о повышенной энергоэффективности редко совпадали с реальностью.
Вместо того, чтобы исправить ситуацию, Apple в macOS 10.12.2убралатаймер, который показывал, сколько ещё времени проработает ноутбук на оставшемся заряде.
Через два года, с выходом MacBook Pro (2018) на процессорах на всё том же техпроцессе 14 нм ситуация лучше не стала. Модель с экраном 15 дюймовработала7 часов с дискретной видеокартой AMD, которую в любом удобном случае использовал Chrome, и 11 часов на встроенном (и слабом) графическом процессоре Intel.
Даже модель 2020 года на чипе Intel, созданному по новому техпроцессу 10 нм,разряжаласьмаксимум за 8 часов обычной работы. Ни о каких сутках, как сейчас, речи не шло.
И это была проблема всех ноутбуков, не только Apple.
Декретные видеокарты AMD всегда потребляли много энергии, а затормозившие в развитии процессоры Intel тянули за собой всю индустрию.
Но что вообще случилось, чтобы мировой лидер процессоров упёрся в стеклянный потолок?
◦ Назад к содержанию ◬
Apple не могла выпускать чипы на x86
Intel является единственной компанией, которая одновременно утверждает набор инструкций (x86), создаёт дизайн чипов, полностью разрабатывает техпроцесс и производит чипы на его основе.
Intel владеет большинством фундаментальные патентов на технологии, которые используются в дизайне процессоров на базе x86.
Однако в этой архитектуре так же используется патенты AMD, без которых современные чипы работать не будут.
Большинство этих патентов являются коммерческой тайной, поэтому компании единственные производят процессоры на этой архитектуре.
А чтобы получился Apple Silicon, ARM выдаёт лицензию на архитектуру, Apple проектирует дизайн чипов, а TSMC разрабатывает техпроцесс и занимается производством.
Полный контроль над всем циклом производства чипа стал преимуществом и слабостью Intel.
Компания переоценила потенциал технологии глубокой литографии (DUV), по которой создавала транзисторы с 22 нм до 10 нм. После 2016 года улучшать её точность стало почти невозможно, поэтому переход с 14 нм на 10 нм затянулся на критически долгий срок.
Когда Intel выпустила свой первый процессор на основе 10 нм в 2019 году, тайваньский производитель чипов TSMC уже разработал техпроцесс 7 нм благодаря лучшему методу ультрафиолетовой литографии (EUV), инвестиции на который получила от таких заказчиков, как AMD и Apple, для их CPU и мобильных чипов соответсвенно.
Перевести линии с одной технологии на другую невероятно дорого, поэтому Intel стала заложником ситуации. Добавляем сюда корпоративную культуру, в которой окрылённый менеджмент слишком поздно заметил созревшего конкурента, и получаем катастрофу.
На этом фоне и за счёт развития мобильных процессоров семимильными шагами Apple нащупала, куда идёт прогресс.
◦ Назад к содержанию ◬
В то же время iPhone с маленькой батарейкой работал всё дольше
Поскольку Intel не выдаёт лицензию на использование x86-процессоров никому, кроме AMD, а сверхэнергоэффективные чипы она делать не умеет, Apple для разработки своих процессоров для iPhone пришлось обратиться к ARM и TSMC.
Архитектура x86 появилась в 1978 году с выходом Intel 8086. За 40 лет дизайн на базе сложных инструкций CISC из-за обратной совместимости «оброс» модулями, которые мешают оптимизировать потребление энергии.
ARM же является архитектурой на базе сокращенного набором инструкций RISC и изначально разрабатывалась для мобильных несложных задач. Например, для этого ARM выпускает собственные графические ядра Cortex, которые использует Qualcomm, но Apple пошла глубже.
Компания, начиная с A4 в iPhone 4, сама разрабатывает дизайн процессоров. Инженеры сами решают, как расположить модули для разных задач и как заточить железо под собственные операционные системы. ARMвыпускаетнабор инструкций с, например, поддержкой ML, графики, интернета вещей, но дают большую волю в том, как и какие элементы задействовать в процессоре.
Поэтому Apple смогла ещё точнее расставить приоритеты в энергоэфективности своих чипов. Вместе с большими успехами TSMC по уменьшению транзисторов и расстояния между ними, инженеры чипов смогли качественно масштабировать свои дизайны на более крупные устройства.
☝️ Такую свободу хорошо показывает интеграция технологии big.LITTLE, в которой совмещаются энергоэффективные ядра и высокопроизводительные в одном процессоре. Причём набор настроек RISC так устроен, что позволяет отключать ядра, если они не нужны прямо сейчас.
Пример.Из шести ядерiPhone 16 Proиспользуются два слабых при работе в мессенджере, дополнительно два мощных, когда вы редактируете фото, и сразу все шесть, когда запускаете игру.
Всё началось с iPhone, но про iPad на базе A12X в 2018 году ужеговорили, что он слишком мощный для операционной системы, на которой работал, и для программ, которые выпускали на iPadOS.
При этом автономность оставалась главным приоритетом. Apple стремилась делать самые тонкие и изящные смартфоны, в которые помещались небольшие аккумуляторы. В итоге мы даже в 2024 году имеем ситуацию, когда конкурентам iPhone ставят аккумулятор на 20% крупнее, а время работы получается такое же.
К 2018 году уже было понятно, что у компании на руках оказались все карты для создания процессора под ноутбуки. Ей оставалось только оптимизировать операционную систему, создать нужные инструменты для запуска разработанных под Intel программ и затем убедить разработчиков как можно скорее оптимизировать свои приложения под ARM.
История показала, что невероятное время работы, которое дала архитектура, впечатлила абсолютно всех, и создатели программ благодаря удобным инструментам от Apple вродеCatalyst,Rosetta 2иGame Porting ToolKitбыстро подтянулись.
◦ Назад к содержанию ◬
Mac на ARM выходили ещё 20 лет назад
За всю историю Apple использовала процессоры на четырёх разных платформах:
1.Motorola 68k (CISC) c 1984 года
2.AIM PowerPС (RISC) c 1994 года
3.Intel (x86, основана на CISC) c 2005 года
4.Apple Silicon (ARM, основана на RISC) с 2020 года.
Хронология получается цикличная. Motorola выпускала свои процессоры 68k самостоятельно, а PowerPС разрабатывали Apple, IBM и Motorola вместе.
Что ещё интереснее, чипы Motorola и Intel (первое и третье поколение Mac) основы на наборе сложных инструкций CISC, а PowerPC и Apple Silicon используют вычисления с сокращенным набором инструкций RISC (второе и текущее четвёртое поколения). Получился маятник технологий, который в Apple каждый раз успешно использовали в свою пользу.
В каждом переходе компания преследовала главный показатель:производительность на ватт.
Этот параметр зависит от многих показателей (архитектура процессора, пропускная способность памяти), но главным является величина транзистора. Это базовый элемент процессора, который выступает единицей для вычисления задач в компьютере. Подробное о том, как создают чипы, я рассказывалтут.
Чем транзистор миниатюрнее, тем меньше потребляет энергии и тем больше их можно установить в чип.
Компании разрабатывают разные способы уменьшения транзисторов. Для этого каждый год Intel, Samsung, TSMC и другие производители процессоров улучшают «рецепт» его дизайна, проводя эксперименты с материалами и методами производства.
Это экстремально сложный и дорогой процесс, который требует условий идеальной стерильности, вакуума, мощных лазеров и специальных камер, лидером в производстве которых сейчас является нидерландская ASML), поэтому в мире всего несколько десятков компаний, которые содержат фабрики, где делают процессоры.
◦ Назад к содержанию ◬
Apple чутко следила за размером транзисторов. Это вывело автономность на новый уровень
Производители ноутбуков должны постоянно держать руку на пульсе, чтобы вовремя перевести свою платформу на новые чипы, у которых есть перспективы стать более энергоэффективными. Из всей индустрии Apple маневрировала быстрее всех.
Она отказалась от Intel, потому что последняя, окрылённая успехом, не смогла освоить новый метод литографии транзисторов, чтобы сделать их меньше. К тому же не давала другим экспериментировать со своей сложной архитектурой x86 возрастом 40 лет.
В то же время ARM переизобрела энергоэффективную архитектуру RISC и дала Apple свободу в том, как с ней обращаться. А Apple, в свою очередь, помогла своими инвестициями тайваньской TSMC освоить более точный процесс литографии, чем у Intel, выкупила линии с самым новым техпроцессом и успешно масштабировала дизайн своих чипов сначала под iPad, а затем Mac.
Идея сработала отлично, поскольку увеличение аккумулятора опережало потребности девайса в энергии. Вот сегодня мы и имеем ситуацию, когда компьютер с ARM-процессором выглядит не менее, а то иболеепривлекательным, чем аналоги на чипах x86.Поиск с Нейросогласен:
Нейро
Некоторые причины, по которым стоит рассмотреть выбор в пользу ARM-процессоров:
•Энергоэффективность. (1) Процессоры ARM потребляют меньше энергии, что важно для портативных устройств, где важна длительная работа от батареи. (1)
•Доступность. Процессоры ARM создаются по более низкой цене по сравнению с другими типами процессоров. (2)
•Небольшой размер. Процессоры ARM меньше по размеру, чем процессоры других типов, что делает их подходящими для использования в небольших мобильных устройствах. (2)
•Масштабируемость. Процессоры ARM могут использоваться в разных устройствах: от маломощных, таких как носимые устройства, до высокопроизводительных, таких как серверы. (2)
Однако выбор между ARM и x86 зависит от конкретных потребностей пользователя. ARM подходит для тех, кому важна энергоэффективность и длительное время работы от батареи, а x86 — для тех, кто использует специфическое программное обеспечение или нуждается в максимальной производительности для игр и профессиональных задач. (1)
Вот так и случился переломный момент в истории автономности ноутбуков. Спасибо Apple, что сделала сутки без зарядкинормой!
◦ Назад к содержанию ◬
📸 Все фотографии в статье: