Apple M1: Why it matters - A PC Hardware Enthusiast Perspective
منذ أن أطلقت Apple معالج M1 الخاص بها وأظهرت أنه يعمل بسرعة وبرودة على أجهزة MacBooks الجديدة، كان المجتمع التقني محتارًا في اختبار SoC ومحاولة إجراء مقارنات لمعرفة أين يقف M1 من حيث الأداء والكفاءة مقابل نظرائه من Intel أو AMD
وغني عن القول، إنه ليس خطًا مستقيمًا يمكنك رسمه عند تشغيل Intel و AMD لتطبيقات x86، ويقوم M1 بتشغيل كود Arm الأصلي ويمكنه أيضًا ترجمة x86. سوف يرفض البعض جهود M1 على أنها مخصصة لأجهزة Apple فقط (صحيح)، بينما قد يرى آخرون حدوث "سحر" عندما تمكنت Apple من تقديم كمبيوتر محمول سريع يتمتع بعمر بطارية يشبه iPad في محاولتهم الأولى (صحيح أيضًا).
في هذه المقالة، نرغب في مشاركة بعض أفكارنا حول سبب كون Apple M1 تطورًا وثيق الصلة بعالم أجهزة الكمبيوتر. بالنسبة لنا، هذا يشبه انضمام Intel إلى حروب GPU في عام 2021. إنه ببساطة نوع من الأشياء التي لا تحدث كل يوم أو كل عام. والآن دخلت Apple بشكل فعال في سوق وحدات المعالجة المركزية السائدة، لتنافس أمثال Intel و AMD و Qualcomm.
وغني عن القول، إنه ليس خطًا مستقيمًا يمكنك رسمه عند تشغيل Intel و AMD لتطبيقات x86، ويقوم M1 بتشغيل كود Arm الأصلي ويمكنه أيضًا ترجمة x86. سوف يرفض البعض جهود M1 على أنها مخصصة لأجهزة Apple فقط (صحيح)، بينما قد يرى آخرون حدوث "سحر" عندما تمكنت Apple من تقديم كمبيوتر محمول سريع يتمتع بعمر بطارية يشبه iPad في محاولتهم الأولى (صحيح أيضًا).
في هذه المقالة، نرغب في مشاركة بعض أفكارنا حول سبب كون Apple M1 تطورًا وثيق الصلة بعالم أجهزة الكمبيوتر. بالنسبة لنا، هذا يشبه انضمام Intel إلى حروب GPU في عام 2021. إنه ببساطة نوع من الأشياء التي لا تحدث كل يوم أو كل عام. والآن دخلت Apple بشكل فعال في سوق وحدات المعالجة المركزية السائدة، لتنافس أمثال Intel و AMD و Qualcomm.
الانتقال The transition
يمثل M1 تحولًا معماريًا كبيرًا لنظام التشغيل Mac منذ عام 2006 ، عندما ألغت Apple PowerPC لصالح معالجات Intel. الآن تراهن شركة كوبرتينو العملاقة على مستقبلها بالكامل على الرقائق المستندة إلى الذراع المطورة بالكامل داخليًا، تاركة Intel وراءها وتصبح أكثر اكتفاءً ذاتيًا من الناحية التكنولوجية.
تشمل الأجهزة الأولى التي تعمل بنظام Apple M1 أجهزة MacBook Air و MacBook Pro 13 و Mac mini. هذا مناسب لأن MacBook Air هو أقل أجهزة الكمبيوتر المحمول تكلفة والأكثر شعبية.
يمثل M1 تحولًا معماريًا كبيرًا لنظام التشغيل Mac منذ عام 2006 ، عندما ألغت Apple PowerPC لصالح معالجات Intel. الآن تراهن شركة كوبرتينو العملاقة على مستقبلها بالكامل على الرقائق المستندة إلى الذراع المطورة بالكامل داخليًا، تاركة Intel وراءها وتصبح أكثر اكتفاءً ذاتيًا من الناحية التكنولوجية.
تشمل الأجهزة الأولى التي تعمل بنظام Apple M1 أجهزة MacBook Air و MacBook Pro 13 و Mac mini. هذا مناسب لأن MacBook Air هو أقل أجهزة الكمبيوتر المحمول تكلفة والأكثر شعبية.
أجهزة الكمبيوتر M1 الأولى هذه ليست نماذج موجهة للأداء. يبدأ تفكك Apple مع Intel عملية ترحيل لمدة عامين، مما يعني أن تشكيلة Mac بأكملها (MacBook Pro و iMac و Mac Pro) ستنتقل إلى السيليكون المخصص المستند إلى Arm.
ترك شركة Intel في الخلف
تكافح Intel في مجال التصنيع بعد سنوات من التقدم المستمر. شهدت شركة Apple هذه السنوات القادمة، وبدأت العمل على شريحة سطح المكتب الخاصة بها قبل أن تحتاجها حقًا. يعود التكامل الرأسي الذي تحققه Apple إلى جذورها وكيف تُدرك دائمًا أجهزة الكمبيوتر.
أكبر الفوائد التي ستجنيها Apple من التحول إلى Arm هي تكامل النظام وكفاءته. عندما استخدموا Intel x86 من قبل، كان بإمكانهم فقط الاختيار من بين عدد قليل من العروض. في الأساس، كل ما تعتقد Intel أنه سيكون فكرة جيدة. إذا أرادت Apple تعديل شيء مثل إضافة المزيد من أداء GPU أو إزالة الأجزاء غير المستخدمة من المعالج، فهذا لم يكن ممكنًا من قبل. من ناحية أخرى، يمكن تخصيص Arm بشكل لا نهائي تقريبًا. ما يصنعه Arm هو مخططات وأجزاء صغيرة من الملكية الفكرية. إنه مثل الذهاب لتناول الطعام في بوفيه حيث يمكنك انتقاء واختيار الأشياء التي تريدها فقط. يتيح هذا التحول إلى Arm لمهندسي Apple تصميم شرائح تناسب احتياجاتهم تمامًا بدلاً من الاضطرار إلى تسوية واحدة من رقائق Intel الجاهزة.
تكافح Intel في مجال التصنيع بعد سنوات من التقدم المستمر. شهدت شركة Apple هذه السنوات القادمة، وبدأت العمل على شريحة سطح المكتب الخاصة بها قبل أن تحتاجها حقًا. يعود التكامل الرأسي الذي تحققه Apple إلى جذورها وكيف تُدرك دائمًا أجهزة الكمبيوتر.
أكبر الفوائد التي ستجنيها Apple من التحول إلى Arm هي تكامل النظام وكفاءته. عندما استخدموا Intel x86 من قبل، كان بإمكانهم فقط الاختيار من بين عدد قليل من العروض. في الأساس، كل ما تعتقد Intel أنه سيكون فكرة جيدة. إذا أرادت Apple تعديل شيء مثل إضافة المزيد من أداء GPU أو إزالة الأجزاء غير المستخدمة من المعالج، فهذا لم يكن ممكنًا من قبل. من ناحية أخرى، يمكن تخصيص Arm بشكل لا نهائي تقريبًا. ما يصنعه Arm هو مخططات وأجزاء صغيرة من الملكية الفكرية. إنه مثل الذهاب لتناول الطعام في بوفيه حيث يمكنك انتقاء واختيار الأشياء التي تريدها فقط. يتيح هذا التحول إلى Arm لمهندسي Apple تصميم شرائح تناسب احتياجاتهم تمامًا بدلاً من الاضطرار إلى تسوية واحدة من رقائق Intel الجاهزة.
تصنع Intel وحدات معالجة مركزية رائعة، لكن لا شيء يمكن أن يضاهي أداء وكفاءة التصميم المخصص بالكامل. كان من المفترض أن تكون شركة Apple "المُدرج الأول للمشاكل في هندسة [x86]" وفقًا لأحد المهندسين السابقين. أدت مشكلات الجودة مع Skylake أخيرًا إلى دفع شركة Apple إلى الحافة لتقرر فقط بناء وحدات المعالجة المركزية الخاصة بها. القرار سوف يضر بالنتيجة النهائية لشركة Intel، ولكن ليس بهذا القدر. تمثل Apple حوالي 3% فقط من مبيعات Intel.
ليست CPU، بل SoC
ليس فقط الأجهزة الأولية M1 قادرة. كما أنها فعالة للغاية. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يقوم بأشياء SoC، لذا فإن معالجة + الرسومات + IO + ذاكرة النظام، كلها في نفس الحزمة. من المحتمل أن يكون لدى Apple إصدار أقل من M1 جاهز منذ أكثر من عام، لكنهم انتظروا حتى يتمكنوا من القفز على بقية الصناعة من حيث الأداء لكل واط.
من الواضح أيضًا أن شركة Apple قد استفادت من خبرتها التي امتدت لعقد من الزمان في العمل على الأجهزة المتخصصة لأجهزة iPhone. من خلال تطبيق بعض هذه المبادئ على أجهزة سطح المكتب، يتم توفير تحسينات على مستوى الأجهزة لأحمال العمل النموذجية مما يعني أن M1 يمكن أن يكون سريعًا للغاية بالنسبة لبعض المهام بما في ذلك JavaScript، والتشفير/ فك التشفير، ومعالجة الصور، والتشفير، والذكاء الاصطناعي، (وذكاء للغاية من Apple)، حتى مضاهاة x86. هذا يذكرنا بامتدادات Intel MMX من العام الماضي، ولكن على المنشطات.
كانت الطاقة والتبريد بمثابة قيود كبيرة على مدى سرعة المعالجات. يمكنك فقط إنشاء شريحة بأسرع ما يمكنك تبريدها وتشغيلها بأمان. أرقام الأداء والكفاءة الأولية لـ M1 هي المكان الذي تستحق فيه Apple أكبر قدر من الثناء. ضع في اعتبارك أن M1 هو في الأساس جهاز iPhone A14 معزز، ولكن هذه فقط البداية. لا يمكنها التنافس مع وحدات المعالجة المركزية المتطورة في الأداء، لكنها لا تحاول ذلك حتى الآن. هذا هو الجيل الأول لما سيكون على الأرجح سلسلة طويلة من المعالجات.
يعد أداء M1 وكفاءة الطاقة مقارنة بوحدات المعالجة المركزية الأخرى منخفضة الطاقة أمرًا رائعًا وهو أكبر فائدة لتحويل أجهزة Mac إلى Apple silicon.
يعد أداء M1 وكفاءة الطاقة مقارنة بوحدات المعالجة المركزية الأخرى منخفضة الطاقة أمرًا رائعًا وهو أكبر فائدة لتحويل أجهزة Mac إلى Apple silicon.
الحب والضجيج لـ Apple؟
بصفتنا متحمسين للتكنولوجيا، ليس لدينا سوى الإعجاب بالفرق الهندسية في صانعي الرقائق مثل Intel و AMD و Nvidia و Qualcomm. حقيقة أن شركة Apple قد تمكنت من الانضمام إلى المعركة، وبناء فريق على مستوى عالمي قادر على تجاوز أمثال Qualcomm وصانعي الهواتف المحمولة الآخرين أولاً، ولعب الآن نفس اللعبة مثل AMD و Intel أمر مثير للإعجاب.
أو منظر غير مثير للإعجاب ... Or a not so impressive view
في نفس الوقت، هذا ليس بالضرورة صفقة كبيرة كما يبدو من الضجة. لم تخترع Apple أي شيء جديد أو جديد بشكل خاص. لتبسيط الأمور بشكل كبير، فإن ما قامت به شركة Apple هو بناء وحدة معالجة مركزية معززة لجهاز iPhone ووضعها في جهاز كمبيوتر محمول. تذكر أن Apple تعمل على بناء iPhone SoCs داخل الشركة منذ أكثر من عقد، لذا فهي ليست جديدة تمامًا على اللعبة. هذا لا يعني أن شركة Apple لا تستحق الثناء على إنجازاتها. لتحقيق ذلك، راهنوا على مليارات الدولارات المحتملة في البحث والتطوير على أمل أن يكون هذا التبديل مفيدًا على المدى الطويل.
ما هي الصفقة مع UMA؟
تعد بنية الذاكرة الموحدة أو UMA أحد المجالات التي يمكن أن تحسنها Apple بشكل كبير من الأداء والكفاءة. يعني UMA أن وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات تعملان معًا وتتشاركان نفس الذاكرة. في النظام التقليدي، يتم استخدام ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بواسطة وحدة المعالجة المركزية (CPU) ومن ثم سيكون لبطاقة الرسومات ذاكرة فيديو مخصصة لها. يشبه الأسلوب التقليدي لوحدة المعالجة المركزية وذاكرة GPU وضع حرف في البريد وانتظار تسليمه إليهم. هذا النهج بطيء لأن جميع الرسائل يجب أن تمر عبر مكتب البريد. للمساعدة في جعل هذا أسرع، يمكن استخدام تقنية تسمى Direct Memory Access أو DMA حيث يمكن لجهاز واحد الوصول مباشرة إلى ذاكرة جهاز آخر. هذا يشبه إذا أعطوك مفتاحًا لمنزلهم وأنت تتوقف فقط لإسقاط الرسالة. إنه أسرع، لكن لا يزال يتعين عليك السفر والدخول إلى منزلهم. UMA هو ما يعادل الانتقال إلى نفس المنزل والمشاركة فيه؛ ليست هناك حاجة للانتظار أو السفر إلى أي مكان لإرسال رسالة.
يعد UMA رائعًا للتطبيقات منخفضة الطاقة حيث تريد أقصى تكامل لتوفير المساحة واستهلاك الطاقة. ومع ذلك، لديها مشاكل في الأداء. هناك سبب يجعل بطاقات الرسومات المخصصة المتطورة أسرع بكثير من الرسومات المدمجة. يمكنك فقط وضع الكثير من الأشياء على شريحة. هناك قضايا أخرى تنشأ مع التنازع على الموارد. إذا كنت تقوم بمهمة مكثفة للغاية لوحدة معالجة الرسومات (GPU) تستهلك قدرًا كبيرًا من الذاكرة، فأنت لا تريد أن تؤدي إلى خنق وحدة المعالجة المركزية. لقد قامت شركة Apple بعمل ممتاز في إدارة هذا الأمر لضمان أن استنزاف الموارد في منطقة واحدة لا يؤدي إلى انهيار النظام بأكمله.
ليس فقط الأجهزة، ولكن البرمجيات
إن نقل macOS إلى Arm بسلاسة ليس بالأمر الهين. نحن نعلم أن Microsoft قد كافحت مع نفس الشيء لسنوات. لذلك قامت Apple بنقل macOS إلى Arm، وجميع تطبيقات الطرف الأول، وطوّرت ترجمة Rosetta للتوافق مع x86، وعملت على أدوات المطور التي ستسهل الانتقال لجميع المطورين المستثمرين بالفعل في نظام Mac البيئي.
إن نقل macOS إلى Arm بسلاسة ليس بالأمر الهين. نحن نعلم أن Microsoft قد كافحت مع نفس الشيء لسنوات. لذلك قامت Apple بنقل macOS إلى Arm، وجميع تطبيقات الطرف الأول، وطوّرت ترجمة Rosetta للتوافق مع x86، وعملت على أدوات المطور التي ستسهل الانتقال لجميع المطورين المستثمرين بالفعل في نظام Mac البيئي.
Changing the scaled display resolution on the new #AppleM1 MacBook (left) is absolutely instantaneous 🔥 compared to the delay and screen blanking required by the Intel graphics on the 16 inch MacBook Pro (right) pic.twitter.com/YybbPF09TF
— Daniel Eran Dilger (@DanielEran) November 20, 2020
كانت شركة Apple تستخدم وحدات المعالجة المركزية Intel x86 في مجموعة منتجاتها الخاصة بنظام Mac منذ عام 2005. قبل ذلك استخدمت PowerPC و Motorola حتى قبل ذلك. يحتوي كل مفتاح في البنى على قائمة كبيرة من الإيجابيات والسلبيات. أكبر مشكلة في تبديل البنى هي أنه يجب إعادة تجميع كل البرامج.
يبدو الأمر كما لو أن نظام التشغيل يتحدث الإنجليزية بينما يتحدث المعالج الفرنسية. عليهم أن يتطابقوا وإلا لن ينجح شيء. من السهل إجراء ذلك بشكل ثابت لبعض التطبيقات، ولكن من الصعب جدًا القيام بذلك عبر نظام متكامل بأكمله. يمكن أن تشمل فوائد بنيات التحويل زيادة الكفاءة وانخفاض التكلفة والأداء العالي وغير ذلك الكثير.
يبدو الأمر كما لو أن نظام التشغيل يتحدث الإنجليزية بينما يتحدث المعالج الفرنسية. عليهم أن يتطابقوا وإلا لن ينجح شيء. من السهل إجراء ذلك بشكل ثابت لبعض التطبيقات، ولكن من الصعب جدًا القيام بذلك عبر نظام متكامل بأكمله. يمكن أن تشمل فوائد بنيات التحويل زيادة الكفاءة وانخفاض التكلفة والأداء العالي وغير ذلك الكثير.
x86 و Rosetta والتوافق
قلنا سابقًا أن التبديل إلى Arm يعني أن أجهزة Mac ستتحدث لغة أخرى. تقوم Rosetta بترجمة التطبيقات من x86 إلى Arm. يمكنه إما إجراء هذه الترجمة في وقت مبكر عند تثبيت أحد التطبيقات أو في الوقت الفعلي أثناء تشغيل التطبيق. هذه ليست مهمة سهلة بالنظر إلى التعقيد ومتطلبات زمن الوصول.
حقيقة أن شركة Apple قد تغلبت على أجهزة Intel التي تعمل بنفس الكود في ظروف معينة تستحق جولة كبيرة من التصفيق لفريق Rosetta. على الرغم من أنها ليست مثالية. تعمل بعض البرامج بنسبة 50% من سرعتها مقارنة بأجهزة x86 الأصلية، والبعض الآخر لا يعمل على الإطلاق. هذه ليست نهاية العالم. تهدف Rosetta فقط إلى تسهيل الانتقال من خلال تقديم طريقة لمواصلة تشغيل تطبيقات x86 قبل أن يقوم المطورون بنقل أكوادهم إلى Arm.
لم تقم Apple بإعادة اختراع العجلة باستخدام M1، لكنهم بدأوا بشكل أو بآخر في إنتاج عجلاتهم المعدلة المخصصة. ستستمر Intel و AMD في الهيمنة على سوق وحدات المعالجة المركزية عالية الأداء لسنوات قادمة، لكن Apple ليست بالضرورة متأخرة كثيرًا. لا يمكنك التخلص من هذه الأشياء بين عشية وضحاها، لذلك سيستغرق الأمر بعض الوقت.
هواة ألعاب الكمبيوتر لا يهتمون
على المدى القصير إلى المتوسط، لن يتأثر اللاعبون والمتحمسون وبناة الكمبيوتر الشخصي تمامًا. سيستغرق الأمر من Apple دورة أو دورتين إضافيتين من دورات الإصدار لمطابقة أفضل ما يمكنك شراؤه على سطح المكتب اليوم، ولكن حتى عندما/ إذا حدث ذلك، فإن نظام Apple البيئي ليس هو نفس المكان الذي يعيش فيه اللاعبون. في الوقت نفسه، لكل مستخدم يشتري Apple فقط، هناك مستخدم واحد على الأقل لن يشتري Apple أبدًا أيضًا.
على المدى القصير إلى المتوسط، لن يتأثر اللاعبون والمتحمسون وبناة الكمبيوتر الشخصي تمامًا. سيستغرق الأمر من Apple دورة أو دورتين إضافيتين من دورات الإصدار لمطابقة أفضل ما يمكنك شراؤه على سطح المكتب اليوم، ولكن حتى عندما/ إذا حدث ذلك، فإن نظام Apple البيئي ليس هو نفس المكان الذي يعيش فيه اللاعبون. في الوقت نفسه، لكل مستخدم يشتري Apple فقط، هناك مستخدم واحد على الأقل لن يشتري Apple أبدًا أيضًا.
ماذا كان يفعل صانعو الرقائق كل هذا الوقت؟
سؤال نموذجي إلى حد ما رأيناه تم طرحه في الشهر الماضي: لماذا لم تفعل AMD أو Intel هذا أو ذاك؟ كيف يمكن أن تكون شركة Apple قد توصلت فجأة إلى طريقة جديدة لدمج الذاكرة في وحدة المعالجة المركزية لتصبح أكثر كفاءة؟
تذكر أنه لولا AMD، لكانت مساحة أجهزة الكمبيوتر المكتبية راكدة خلال نصف العقد الماضي. ولكن تمامًا مثلما كانت AMD تعمل جاهدة على بناء بنية Zen لسطح المكتب، ومحطة العمل، وأعباء عمل الخادم، كانت Apple تفعل الشيء نفسه ولكنها تبني من نطاق متنقل أكثر تقييدًا.
لا يزال هناك الكثير لنتعلمه حول المدى البعيد الذي يمكن أن تقوم به شركة Apple لدفع M1 وخلفائها و UMA إلى بناء شريحة أكثر تعقيدًا يمكنها التوسع للحصول على المزيد من النوى والذاكرة.
كيف يمكن أن تستفيد صناعة الكمبيوتر
كان المهندسون قادرين على تحسين البرامج للعمل بشكل أفضل على أجهزة معينة لفترة طويلة. نظرًا لأن Apple تقوم الآن بتصميم معالجات سطح المكتب الخاصة بها، فيمكنها أيضًا تحسين الأجهزة لتشغيل البرنامج بشكل أفضل.
يعد هذا تهديدًا حقيقيًا لنظام Windows PC البيئي، والبقاء في الخلف ليس خيارًا. وبالتالي، لن نتفاجأ إذا بدأ بعض الممثلين الرئيسيين في هذا المجال: Microsoft و AMD و Intel و Nvidia و HP و Dell و Lenovo وما إلى ذلك، في العمل معًا لتقديم تحسينات مماثلة على الأجهزة/ البرامج لجعل أجهزة الكمبيوتر أسرع أو أفضل أو أكثر كفاءة.
وخير مثال على ذلك هو أن وحدات تحكم الألعاب من الجيل التالي تحصل على سعة تخزين وإدخال/ إخراج سريعة، وذلك بفضل الأجهزة والبرامج المدمجة بإحكام التي تتيح مثل هذه التجربة. كانت Nvidia حريصة على الإعلان عن أن بطاقات RTX الرسومية يمكن أن توفر مثل هذا المسار إلى زمن انتقال منخفض وتخزين أسرع مع RTX I / O، بينما سيتم توفير مكافئ مباشر أكثر لحل Xbox Series X كميزة DirectX 12 تسمى DirectStorage.
كان من سمات صناعة الأجهزة أنه عندما يدخل لاعب أو تقنية جديدة إلى السوق، فإنها تعمل على تعطيل الوضع الراهن. لقد فعلت M1 من Apple ذلك بالضبط.
