История Apple Silicon: как ARM процессоры Apple изменили компьютерную индустрию

В 2020 году Apple сделала удачный, правильный и без преувеличения, революционный шаг, объявив о переходе на собственные процессоры Apple Silicon для компьютеров Mac. Этот момент стал кульминацией многолетней работы компании в сфере аппаратного обеспечения, которая началась еще с первых попыток создания собственных чипов для iPhone. Новые чипы Apple Silicon изменили правила игры на рынке, позволив компании достичь новых вершин и побить рекорды продаж, ведь в плане производительности и энергоэффективности им до сих пор нет равных.

План сработал

Apple Silicon — серия процессоров Apple для iMac, Mac mini, MacBook и iPad, которая уже почти четыре года как поставила новые стандарты в сфере компьютерных технологий. История процессоров Apple Silicon начинается с анонса в 2020 году, но предпосылки к этому решению формировались десятилетиями. В компании хорошо знали, чего хотят и шли к реализации своей цели дольше, чем может показаться на первый взгляд.

Переход на собственные ЦП стал значительным шагом в стратегии Apple, направленной на контроль над всеми циклами разработки своих продуктов. Особенно положительно это отразилось на стоимости техники, как стала действительно выгодной, а не как было во времена Intel + Apple, когда их ноутбуки называли «оверпрайсом».

Рассмотрим историю процессоров Apple M1, M2, M3, M4 и их версий Pro, Max, Ultra. Разберемся в чем секрет успеха и почему до сих пор нет никакого намека на конкуренцию со стороны Samsung, Qualcomm, Mediatek, Huawei, Google, Intel и AMD.

Ранние годы: от PowerPC до Intel

Apple начала свою деятельность в сфере разработки компьютеров еще в 1976 году, но первые несколько десятилетий использовала процессоры других производителей. Например, в 1990-х годах у Apple были процессоры PowerPC, разработанные совместно с IBM и Motorola.

Это был разумный шаг для Apple, поскольку тогда процессоры PowerPC имели значительные преимущества в производительности по сравнению с процессорами Intel. Можно сказать, были королями рынка. Архитектура PowerPC действительно была удачной, но со временем достигла своего пика, не имея потенциала для развития, чего не сказать об архитектуре x86, которая тогда стремительно набирала обороты.

К середине 2000-х годов стало очевидно, что PowerPC процессоры больше не соответствуют потребностям Apple. Проблемы с тепловыделением и энергопотреблением в сочетании с отставанием от Intel в производительности заставили Apple принять болезненное решение о переходе на процессоры Intel в 2005 году.

Владельцы флагманских PowerBook были разочарованы, ведь больше не получали обновления программного обеспечения. Архитектуры сильно отличались, поэтому обратной совместимости не было. Этот шаг был воспринят как рискованный, но в итоге стал успешным.

Переход к собственным чипам: начало эпохи ARM

Переход на Intel не означал, что Apple полностью отказалась от идеи разработки собственных процессоров. Скорее Intel стал временным «костуром» на период разработки собственных процессоров.

В 2008 году Apple купила компанию P.A. Semi, которая занималась разработкой энергоэффективных процессоров на основе архитектуры ARM. Это приобретение стало первым шагом в долгосрочной стратегии Apple по полному контролю над разработкой аппаратного обеспечения.

Сотни миллионов iPhone продавались по всему миру, бьющие рекорды продаж. Невиданный спрос, километровые очереди за новым смартфоном вызвал стремительный рост акций и приятный финансовый климат внутри корпорации.

Денег было много и их не жалели на собственные разработки. В 2010 году компания представила свой первый собственный процессор A4, который использовался в iPhone 4. Он был разработан на основе архитектуры ARM и стал первым серьезным шагом Apple в создании CPU с тех пор Apple постоянно совершенствовала свои процессоры серии A, которые используются в iPhone и iPad, постепенно наращивая свою значимость в области разработки чипов.

Если в начале своего пути их процессоры не были чем-то удивительным, часто проигрывали конкурентам, то с выходом Apple iPhone 8 все изменилось. Apple iPhone 8 Plus на базе Apple A11 Bionic не оставил шансов Qualcomm Snapdragon 835. Например, Samsung Galaxy S8 в тесте Geekbench 6 у в два раза слабее за сверстника-конкурента от Apple.

На сегодня отрыв несколько сократился (SD 8 Gen 3 только на 30-35% медленнее, чем Apple A17 Pro в Single Core), но все еще остается слишком большим, чтобы говорить о достойной конкуренции между производителями. Все это отражается на плохих продажах флагманских смартфонов Android, в то время как Apple собирает обильные «урожаи» покупателей, занимая первые места в чарты. 

Главным намеком на то, что эти процессоры рано или поздно вылезут с мобильного рынка на компьютерный стал первый Apple iPad Pro на базе Apple A12Z Bionic. Этот процессор стал вдвое мощнее A12 (iPhone XS) и в синтетических тестах затыкал за пояс мощные ультрабуки того времени. Так и произошло – монстр вылез из корпуса планшета и начал «крестовый поход» против x86 архитектуры.

Встречайте, его величество Apple Silicon

В июне 2020 года во время ежегодной конференции WWDC Apple объявила о своем плане перейти на собственные процессоры для компьютеров Mac, названных Apple Silicon. Этот анонс стал частью более масштабной стратегии компании по интеграции аппаратного и программного обеспечения (ПО сыграло не меньшую роль).

По словам Apple, переход на Apple Silicon позволит создавать более мощные, энергоэффективные и компактные компьютеры. Так и произошло — маркетологи не соврали (нонсенс), а фанаты классических компьютеров еще долго не могли оправиться от невероятного, тотального поражения.

Первый процессор Apple Silicon был представлен в ноябре 2020 года и получил название M1. Он стал сенсацией на рынке благодаря своей высокой производительности, низкому энергопотреблению и качественной программной поддержке – уже через год после релиза почти невозможно было найти программу для Mac OS, которая не будет работать на ARM M1.

Более того, в автономном режиме M1 оказался быстрее большинства x86 Windows конкурентов с использованием эмулятора среды Windows. Если конкурент через эмуляцию выполняет ту же работу быстрее, чем наши процессоры нативно, то пора бить тревогу — у AMD и Intel началась паника.

Что касается самого строения кристалла, то здесь взята простая и надежная схема: M1 построен на 5-нанометровом технологическом процессе и содержит 8 ядер (4 высокопроизводительных и 4 энергоэффективных), что позволяет ему работать как с простыми, так и с тяжелыми задачами, оставаясь самым «живучим» ноутбуком в плане автономности. 

Концепция процессоров с разными типами ядер и без «костылей» в виде многопоточности (hyper threading) стала идеальным решением для современных ноутбуков. Также значительную роль сыграл нейронный ускоритель (Neural Engine), с помощью которого тоненький лэптоп поставил на колени мощные рабочие станции во многих сценариях, например, при монтаже видео высокого качества.

После M1 уже не нужно было идти на компромиссы, ведь ноутбук оказался чрезвычайно производительным (на уровне самых мощных решений Intel/AMD того времени) и при этом потреблял в разы меньше электроэнергии.

Переход на Apple Silicon позволил не только улучшить автономность, но и впервые в истории сделать производительный ноутбук с нулевыми потерями быстродействия без подключенного блока питания. Если читаете наши обзоры лэптопов на ITC, то может заметили, что в каждом материале дублируем все синтетические и игровые тесты от аккумулятора и блока питания.

Это важный параметр, ведь типичные x86 процессоры высокого класса теряют до 50-60% своей производительности, если вытащить кабель из розетки. Apple Silicon положил этому конец, ведь процессору для полноценной работы нужно мало энергии. Казалось бы, M1 стал идеальным продуктом, но на этом компания не остановилась.

Эволюция процессоров Apple Silicon: от M1 до M4: от M1 до M4

После успеха M1 Apple продолжила развивать линейку своих процессоров. В октябре 2021 года были представлены процессоры M1 Pro и M1 Max, которые стали более мощными версиями M1, предназначенными для профессиональных пользователей.

M1 Pro имеет до 10 ядер CPU и 16 ядер GPU, тогда как M1 Max оснащен до 32 ядер GPU.В марте 2022 года Apple представила M1 Ultra, который объединил два чипа M1 Max в единую систему. M1 Ultra стал самым мощным процессором в линейке M1, предлагая невероятную производительность для обработки видео, трехмерной графики и других тяжелых задач.

Следующий шаг в развитии Apple Silicon произошел в июне 2022 года, когда анонсировали M2. Этот чип предлагает лишь немного более высокую производительность по сравнению с предшественниками, зато стал еще более экономным. Преемники М3 и М4 также выглядят логическим продолжением, но точно не феноменом, как это было в 2020 году с M1.

• M1, M2, M3, M4: базовый чип Apple с балансом производительности и энергоэффективности. Используются в MacBook Air, iMac, Mac mini и iPad. Самый новый M4 пока доступен только в iPad Pro 2024;
• M1 Pro, M2 Pro и M3 Pro: чип Apple Silicon среднего класса с дополнительными высокопроизводительными ядрами процессора. Также они имеют вдвое большую пропускную способность памяти, чем чипы M2 и M3 (200 ГБ/с), тогда как M3 Pro имеет на 50% большую пропускную способность памяти, чем чипы M2 и M3 (150 ГБ/с);
• M1 Max, M2 Max и M3 Max: еще больше графических ядер и еще более быстрая память 400 ГБ/с (топовая DDR5 80-100 ГБ/с может только мечтать о такой скорости). M3 Max также добавляет дополнительные ядра CPU;
• M1 Ultra и M2 Ultra: «спаренные» чипы M1 Max или M2 Max ставят в самые мощные компьютеры Apple для увеличения производительности CPU и GPU, а также вдвое большей пропускной способности памяти до 800 ГБ/с, что до 8-10 раз больше, чем у самых лучших x86 ноутбуков с DDR5.

Выводы и прогнозы

Apple Silicon заставили взглянуть на компьютерную технику через новую призму как конкурентов-производителей, так и самих пользователей. Пользу от этой революции ощутили не только любители техники Apple, но и их ненавистники, ведь в условиях сильной конкуренции на свет появилось много замечательных решений AMD, Intel, а недавно еще и Qualcomm для компьютеров.

Массовый переход на ARM оказался удачным, поэтому в ближайшем будущем эта отрасль гарантированно будет еще больше развиваться. Именно благодаря отказу от Intel и переходу на Apple Silicon компания смогла повысить производительность и энергоэффективность своих продуктов, заложить основу для будущих инноваций и перечеркнуть устаревшие планы конкурентов.

Очень важным аспектом стал софт, ведь уже в середине 2021 года переход с x86 архитектуры на ARM был безболезненным — каждая крупная компания считала за честь в приоритете переписать свои программы под Apple Silicon, а все остальное «вытягивает» транслятор Rosetta без проблем с быстродействием.

Но смогут ли другие производители сделать такой удачный баланс аппаратного и программного обеспечения, чтобы все работало из коробки без лишних вопросов? Время покажет, потому что Apple уже твердо стоит на ногах, а Qualcomm и другие производители из Microsoft только делают первые шаги навстречу новой эре компьютерных технологий.