Історія Apple Silicon: як ARM процесори Apple змінили комп’ютерну індустрію

У 2020 році Apple зробила вдалий, правильний та без перебільшення, революційний крок, оголосивши про перехід на власні процесори Apple Silicon для комп’ютерів Mac. Цей момент став кульмінацією багаторічної роботи компанії у сфері апаратного забезпечення, яка розпочалася ще з перших спроб створення власних чіпів для iPhone. Нові чипи Apple Silicon змінили правила гри на ринку, дозволивши компанії досягти нових вершин і побити рекорди продажів, адже в плані продуктивності та енергоефективності їм досі не має рівних.

План спрацював

Apple Silicon — серія процесорів Apple для iMac, Mac mini, MacBook та iPad, яка вже майже чотири роки як поставила нові стандарти у сфері комп’ютерних технологій.  Історія процесорів Apple Silicon починається з анонсу у 2020 році, але передумови до цього рішення формувалися десятиліттями. В компанії добре знали, чого хочуть і йшли до реалізації своєї мети довше, ніж може здатися на перший погляд.

Перехід на власні ЦП став значним кроком у стратегії Apple, спрямованій на контроль над всіма циклами розробки своїх продуктів. Особливо позитивно це відбилося на вартості техніки, як стала дійсно вигідною, а не як було за часів Intel + Apple, коли їх ноутбуки називали «оверпрайсом». 

Розглянемо історію процесорів Apple M1, M2, M3, M4 та їх версій Pro, Max, Ultra. Розберемось в чому секрет успіху та чому досі немає жодного натяку на конкуренцію з боку Samsung, Qualcomm, Mediatek, Huawei, Google, Intel та AMD.

Ранні роки: від PowerPC до Intel

Apple розпочала свою діяльність у сфері розробки комп’ютерів ще в 1976 році, але перші кілька десятиліть використовувала процесори інших виробників. Наприклад, в 1990-х роках в Apple були процесори PowerPC, розроблені спільно з IBM та Motorola. 

Це був розумний крок для Apple, оскільки тоді PowerPC процесори мали значні переваги у продуктивності порівняно з процесорами Intel. Можна сказати, були королями ринку. Архітектура PowerPC справді була вдалою, але з часом досягла свого піка, не маючи потенціалу для розвитку, чого не сказати про архітектуру x86, яка тоді стрімко набирала обертів.

До середини 2000-х років стало очевидно, що PowerPC процесори більше не відповідають потребам Apple. Проблеми з тепловиділенням та енергоспоживанням у поєднанні з відставанням від Intel у продуктивності змусили Apple зробити болісне рішення про перехід на процесори Intel у 2005 році.

Власники флагманських PowerBook були розчаровані, адже більше не отримували оновлення програмного забезпечення. Архітектури сильно відрізнялися, тому зворотної сумісності не було. Цей крок був сприйнятий як ризикований, але в підсумку став успішним.

Перехід до власних чіпів: початок епохи ARM

Перехід на Intel не означав, що Apple повністю відмовилася від ідеї розробки власних процесорів. Радше Intel став тимчасовим «костуром» на період розробки власних процесорів.

У 2008 році Apple купила компанію P.A. Semi, яка займалася розробкою енергоефективних процесорів на основі архітектури ARM. Це придбання стало першим кроком у довгостроковій стратегії Apple щодо повного контролю над розробкою апаратного забезпечення.

Сотні мільйонів iPhone продавалися по всьому світу, б’ючи рекорди продажів. Небачений попит, кілометрові черги за новим смартфоном спричинив стрімкий ріст акцій та приємний фінансовий клімат всередині корпорації.

Грошей було багато і їх не жаліли на власні розробки. У 2010 році компанія представила свій перший власний процесор A4, який використовувався в iPhone 4. Він був розроблений на основі архітектури ARM і став першим серйозним кроком Apple у створенні CPU. 

Відтоді Apple постійно вдосконалювала свої процесори серії A, які використовуються в iPhone та iPad, поступово нарощуючи свою значущість в галузі розробки чіпів.

Якщо на початку свого шляху їх процесори не були чимось дивовижним, часто програвали конкурентам, то з виходом Apple iPhone 8 все змінилося. Apple iPhone 8 Plus на базі Apple A11 Bionic не залишив шансів Qualcomm Snapdragon 835. Наприклад, Samsung Galaxy S8 в тесті Geekbench 6 у два рази слабший за однолітка-конкурента від Apple.

На сьогодні відрив дещо скоротився (SD 8 Gen 3 лише на 30-35% повільніший за Apple A17 Pro в Single Core), але все ще залишається надто великим, щоб говорити про гідну конкуренцію між виробниками. Все це відбивається на поганих продажах флагманських смартфонів Android, натомість Apple збирає рясні «врожаї» покупців, займаючи перші місця в чартах. 

Головним натяком на те, що ці процесори рано чи пізно вилізуть з мобільного ринку на комп’ютерний став перший Apple iPad Pro на базі Apple A12Z Bionic. Цей процесор став вдвічі потужнішим за A12 (iPhone XS) і в синтетичних тестах затикав за пояс потужні ультрабуки того часу. Так і сталося – монстр виліз з корпуса планшета та почав «хрестовий похід» проти x86 архітектури.

Зустрічайте, його величність Apple Silicon

У червні 2020 року під час щорічної конференції WWDC Apple оголосила про свій план перейти на власні процесори для комп’ютерів Mac, названих Apple Silicon. Цей анонс став частиною більш масштабної стратегії компанії з інтеграції апаратного та програмного забезпечення (ПЗ відіграло не меншу роль).

За словами Apple, перехід на Apple Silicon дозволить створювати потужніші, енергоефективніші та компактніші комп’ютери. Так і сталося – маркетологи не збрехали (нонсенс), а фанати класичних комп’ютерів ще довго не могли оговтатися від неймовірної, тотальної поразки. 

Перший процесор Apple Silicon був представлений у листопаді 2020 року і отримав назву M1. Він став сенсацією на ринку завдяки своїй високій продуктивності, низькому енергоспоживанню та якісній програмній підтримці – вже через рік після релізу майже неможливо було знайти програму для Mac OS, яка не працюватиме на ARM M1.

Щобільше, в автономному режимі M1 виявився швидшим за більшість x86 Windows конкурентів з використанням емулятора середовища Windows. Якщо конкурент через емуляцію виконує ту саму роботу швидше, ніж наші процесори нативно, то пора бити на сполох – в AMD та Intel почалася паніка.

Щодо самої будови кристала, то тут взята проста і надійна схема: M1 побудований на 5-нанометровому технологічному процесі та містить 8 ядер (4 високопродуктивні та 4 енергоефективні), що дозволяє йому працювати як з простими, так і з важкими задачами, залишаючись найбільш «живучим» ноутбуком в плані автономності. 

Концепція процесорів з різними типами ядер і без «костурів» у вигляді багатопотоковості (hyper threading) стала ідеальним рішенням для сучасних ноутбуків. Також значну роль відіграв нейронний прискорювач (Neural Engine), з допомогою якого тоненький лептоп поставив на коліна потужні робочі станції в багатьох сценаріях, наприклад, під час монтажу відео високої якості.

Після M1 вже не потрібно було йти на компроміси, адже ноутбук виявився надзвичайно продуктивним (на рівні найпотужніших рішень Intel/AMD того часу) і при цьому споживав в рази менше електроенергії.

Перехід на Apple Silicon дозволив не лише покращити автономність, а й вперше в історії зробити продуктивний ноутбук з нульовими втратами швидкодії без підключеного блока живлення. Якщо читаєте наші огляди лептопів на ITC, то може помітили, що в кожному матеріалі дублюємо всі синтетичні та ігрові тести від акумулятора та блока живлення.

Це важливий параметр, адже типові x86 процесори високого класу втрачають до 50-60% своєї продуктивності, якщо витягнути кабель з розетки. Apple Silicon поклав цьому край, адже процесору для повноцінної роботи потрібно мало енергії. Здавалося б, M1 став ідеальним продуктом, але на цьому компанія не зупинилася.

Еволюція процесорів Apple Silicon: від M1 до M4

Після успіху M1 Apple продовжила розвивати лінійку своїх процесорів. У жовтні 2021 року були представлені процесори M1 Pro та M1 Max, які стали потужнішими версіями M1, призначеними для професійних користувачів. M1 Pro має до 10 ядер CPU і 16 ядер GPU, тоді як M1 Max оснащений до 32 ядер GPU.

У березні 2022 року Apple представила M1 Ultra, який об’єднав два чіпи M1 Max у єдину систему. M1 Ultra став найпотужнішим процесором у лінійці M1, пропонуючи неймовірну продуктивність для обробки відео, тривимірної графіки та інших важких завдань.

Наступний крок у розвитку Apple Silicon стався у червні 2022 року, коли анонсували M2. Цей чіп пропонує лише трохи вищу продуктивність порівняно з попередниками, зате став ще економнішим. Наступники М3 і М4 також виглядають логічним продовженням, але точно не феноменом, як це було у 2020 році з M1.

Станом на 2024 рік наявні процесори цієї серії можна класифікувати так:

• M1, M2, M3, M4: базовий чип Apple із балансом продуктивності та енергоефективності. Використовуються в MacBook Air, iMac, Mac mini та iPad. Найновіший M4 поки що доступний лише в iPad Pro 2024;
• M1 Pro, M2 Pro та M3 Pro: чип Apple Silicon середнього класу з додатковими високопродуктивними ядрами процесора. Також вони мають вдвічі більшу пропускну здатність пам’яті, ніж чіпи M2 і M3 (200 ГБ/с), тоді як M3 Pro має на 50% більшу пропускну здатність пам’яті, ніж чіпи M2 і M3 (150 ГБ/с);
• M1 Max, M2 Max і M3 Max: ще більше графічних ядер та ще швидша пам’ять 400 ГБ/с (топова DDR5 80-100 ГБ/с може лише мріяти про таку швидкість). M3 Max також додає додаткові ядра CPU;
• M1 Ultra та M2 Ultra: «спарені» чипи M1 Max або M2 Max ставлять в найпотужніші комп’ютери Apple для збільшення продуктивності CPU та GPU, а також удвічі більшої пропускної здатності пам’яті до 800 ГБ/с, що до 8-10 разів більше, ніж в найкращих x86 ноутбуків з DDR5.

Висновки та прогнози

Apple Silicon змусили поглянути на комп’ютерну техніку через нову призму як конкурентів-виробників, так і самих користувачів. Користь від цієї революції відчули не лише любителі техніки Apple, а й їх ненависники, адже в умовах сильної конкуренції на світ з’явилося багато чудових рішень AMD, Intel, а недавно ще й Qualcomm для комп’ютерів.

Масовий перехід на ARM виявився вдалим, тому в найближчому майбутньому ця галузь гарантовано буде ще більше розвиватися. Саме завдяки відмові від Intel та переходу на Apple Silicon компанія змогла підвищити продуктивність і енергоефективність своїх продуктів, закласти основу для майбутніх інновацій та перекреслити застарілі плани конкурентів.

Дуже важливим аспектом став софт, адже вже в середині 2021 року перехід з x86 архітектури на ARM був безболісним – кожна велика компанія вважала за честь в пріоритеті переписати свої програми під Apple Silicon, а все решту «витягує» транслятор Rosetta без проблем зі швидкодією. 

Та чи зможуть інші виробники зробити такий вдалий баланс апаратного і програмного забезпечення, щоб все працювало з коробки без зайвих питань? Час покаже, бо Apple вже твердо стоїть на ногах, а Qualcomm та інші виробники з Microsoft лише роблять перші кроки назустріч новій ері комп’ютерних технологій.