Apple M1 und seine Perspektiven für die Zukunft des Rechnens auf Apples Mac

Im Juni dieses Jahres kündigte Apple seinen Plan an, seine Mac-Reihe auf Apple-Silizium umzustellen – und Intel, seinen SoC-Lieferanten für Macs seit 2006, abzulehnen. Ein Übergang, der laut dem Cupertino-Riesen zwei Jahre dauern würde und eine gemeinsame Architektur schaffen wird, die App-Entwickler weiter ermächtigen wird, besser Apps für das gesamte Ökosystem zu schreiben und zu optimieren. Um sein Versprechen einzuhalten, stellte das Unternehmen ein paar Monate später, gestern, auf der Veranstaltung ‘ One More Thing ‘ seine neueste Mac-Reihe vor, die von Apples Silizium (M1) angetrieben wird. Hier ist ein näherer Blick auf alle wesentlichen Details über Apples benutzerdefinierten ARM-basierten M1-Chip und was das für das Rechnen auf den Macs in den kommenden Jahren bedeutet.

Apples Weg zu benutzerdefinierten SoCs

Um Ihnen einen Hintergrund über Apples Fähigkeit zur Gestaltung benutzerdefinierter SoCs zu geben, hat der Technologieriese bisher insgesamt sechs Serien auf seinem Konto. Dazu gehören:

i. A-Serie: für iPhone, iPad und (bestimmte) iPod-Modelle
ii. S-Serie: verwendet in der Apple Watch
iii. T-Serie: verantwortlich für das Management von SMC und TouchID, im Grunde ein Sicherheitschip für Mac-Computer
iv. W-Serie: Verbindungschip, verwendet in AirPods und Apple Watch
v. H-Serie: speziell für Audioprodukte (AirPods und Powerbeats)
vi. U-Serie: Chip mit Ultrawideband-Fähigkeit, der im neuen iPhone und der Apple Watch zu finden ist

Die M-Serie ist die neueste Ergänzung zur Apples Familie von SiP (Systeme in einem Paket), wobei der M1 der erste SoC in der Reihe für einige seiner Mac-Computer ist. Bis jetzt wurde der Buchstabe ‘ M ‘ von Apple für seine Bewegungskoprozessoren verwendet, die Daten von integrierten Sensoren auf iPhones und iPads sammeln.

Apple M1 Spezifikationen und Details

Apple M1 ist der erste ARM-basierte SoC (System auf einem Paket), der von Apple entworfen wurde. Er basiert auf dem 5nm-Knoten von TSMC und treibt derzeit den Mac mini, MacBook Air und das MacBook Pro (13″) an. Um Ihnen etwas Kontext zu geben: Der neueste Prozessor von Apple für das iPhone, der A14, ist ebenfalls auf TSMCs 5nm-Knoten aufgebaut. Apple behauptet, der M1 sei der erste kommerzielle Computerchip, der mit dem 5nm-Prozess hergestellt wurde, und sagt, er packe erstaunliche 16 Milliarden Transistoren ein.

Bis jetzt haben Macs und PCs eine Vielzahl von Chips für unterschiedliche Verarbeitungs- und Konnektivitätsbedürfnisse, wie CPU, I/O, Sicherheit, Speicher und mehr, verbaut. Mit dem M1 zielt Apple jedoch darauf ab, diese Praxis mit einem kompakteren und All-in-One-Ansatz zu ändern, der alle Elemente zusammen integriert, um ein effizienteres und leistungsstärkeres Paket anzubieten. Dadurch möchte das Unternehmen es dem System erleichtern, alle verschiedenen Ressourcen, die für unterschiedliche Operationen erforderlich sind, aus einem einzigen Pool innerhalb des Pakets zu nutzen. Und wiederum eine ausgewogene Leistung aus der Maschine (auf der sie installiert ist) mit verbesserter Effizienz zu bieten.

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CPU, GPU und Neural Engine

Wenn wir über die Architektur selbst sprechen, integriert der M1 vier Leistungskerne und vier hocheffiziente Kerne, die theoretisch eine ausgewogene Leistung auf den Computern bieten sollen. Neben der CPU hat die GPU des M1 ebenfalls einige vielversprechende Spezifikationen. Sie kommt mit acht Kernen, die laut Apple 2,6 Teraflops Durchsatz versprechen.

Apple hat sich auf der mobilen Seite auf die Neural Engine verlassen, um alle Verarbeitungsressourcen für die Leistung des maschinellen Lernens (ML) bereitzustellen. Mit dem M1 wird es jedoch einen Gang höher geschaltet und bietet eine 16-Kern-Architektur, die angeblich 11 Billionen Operationen pro Sekunde ermöglicht, was schnellere Verarbeitung bei Aufgaben wie Bildverarbeitung, Spracherkennung und Videoanalyse ermöglicht.

Secure Enclave und ISP

Neben den drei Kernelementen integriert der M1 auch die sichere Enklave, um Benutzerdaten zu schützen und alle Sicherheitsoperationen zu verwalten. Und damit verfügt er auch über einen Bildsignalprozessor (ISP), der qualitativ hochwertiges Video mit besserem Dynamikbereich und Weißabgleich ermöglicht.

Bedeutung der Apple M1 Spezifikationen und Details

Nun, zumindest für jetzt, bis die neu angekündigten Macs herauskommen, müssen wir uns an Apples Behauptungen halten, die während der Live-Veranstaltung präsentiert wurden.

Hier ist, was der Technologieriese basierend auf der gesamten Verarbeitungsleistung des Prozessors zu sagen hatte: “ M1 bietet bis zu 3,5x schnellere CPU-Leistung, bis zu 6x schnellere GPU-Leistung und bis zu 15x schnellere maschinelles Lernen, während die Akkulaufzeit bis zu 2x länger ist als bei Macs der vorherigen Generation. ”

Das Leistungs-zu-Power-Diagramm, das das Unternehmen verwendet hat, um die Schlussfolgerung zu ziehen – bis zu 2x schnellere CPU-Leistung, mit Spitzenleistung bei nur 25% der Energie – scheint vage zu sein aufgrund des Fehlens einer Referenzskala. Aber wie bereits erwähnt, sind dies natürlich nur Behauptungen, die von Apple aufgestellt wurden, also müssen wir sie mit Vorsicht genießen. Denn da hier keine klaren Unterscheidungen getroffen werden, gegen welche Geräte/Chipsets das Unternehmen den M1 getestet hat, um diese Zahlen zu extrahieren, müssen wir abwarten, wie der Prozessor im täglichen Betrieb abschneidet. Und erst dann würden wir wissen, ob diese Behauptungen theoretisch bestehen und die Zahlen rechtfertigen, die Apple angibt.

M1 + Big Sur = verbesserte Leistung und Effizienz?

Apples nächstes Betriebssystem-Update für den Mac, macOS Big Sur, wurde auf der WWDC 2020 Anfang dieses Jahres vorgestellt. Während andere Betriebssysteme, die auf der Veranstaltung angekündigt wurden – iOS, iPadOS, watchOS, bereits der Öffentlichkeit zugänglich gemacht wurden, wurde macOS Big Sur auf einen späteren Veröffentlichungstermin verschoben. Rückblickend scheint das ein absichtlicher Schritt von Apple zu sein, da sie anscheinend etwas Zeit gewinnen wollten und wollten, dass ihre neueste Mac-Hardware die ersten Geräte sind, die Big Sur ausführen.

Laut Apple ist macOS Big Sur so konzipiert, dass es alle Verarbeitungsfähigkeiten des Apple M1 nutzt, um eine Verbesserung der Gesamtleistung sowie eine verbesserte Akkulaufzeit zu liefern. Neben Leistungsänderungen und -verbesserungen eröffnet der brandneue SoC auch den Zugang zu einer noch breiteren Sammlung von Apps als zuvor. Er ermöglicht es Benutzern, iPhone- und iPad-Apps nativ auf ihren Mac-Computern auszuführen, wobei bestehende Apps, die nicht auf Universal aktualisiert wurden, auf Apples Rosetta 2-Technologie zurückgreifen müssen. Für die Unwissenden: Rosetta ist ein binärer Übersetzer (Quellcode –> Befehlssatz), der es App-Entwicklern ermöglicht, alte Apps auf neuerer Hardware auszuführen, bis sie aktualisiert werden. Und die neueste Version dafür, Rosetta 2, ist das, was in macOS Big Sur enthalten ist, um Apps, die für Intel-basierte Macs geschrieben wurden, während der Übergangsphase auf den neuen ARM-basierten M1-Chip zu übersetzen.

Warum zu einem benutzerdefinierten Prozessor wechseln?

Nun, dies ist nicht das erste Mal, dass Apple einen Siliziumhersteller für seine Mac-Computer abweist. 2005 wechselte das Unternehmen von IBM (mit seinem PowerPC G5) zu Intel x86 zugunsten besserer Leistung. Der PowerPC wurde von der AIM-Allianz, die 1991 von Apple, IBM und Motorola gegründet wurde, geschaffen. Aber da es an Geschwindigkeiten mangelte und nicht den Anforderungen von Apple gerecht wurde, beschloss das Unternehmen, es loszulassen und sich Intel anzuschließen. Danach hat das Unternehmen all die Jahre Intel-Prozessoren in seinen Mac-Computern verwendet – bis Juni, als es seinen Plan ankündigte, auf sein eigenes benutzerdefiniertes Silizium umzusteigen.

Einer der größten Gründe für den Wechsel zu einem benutzerdefinierten ARM-basierten SoC scheint die Stärkung der Kontrolle über die Hardware zu sein. Während Apple alle Modifikationen an seinem Betriebssystem vornehmen kann, um mehr aus der Hardware seiner Maschinen herauszuholen, gibt es immer noch bestimmte Elemente, die das Unternehmen daran hindern, das Potenzial der internen Komponenten – insbesondere des Prozessors – zu nutzen. Das lässt sich nicht leugnen, das wirkt sich auch auf die Apps aus, die für die Macs entwickelt werden, die manchmal Schwierigkeiten haben, ihr volles Potenzial auszuschöpfen, aufgrund des Fehlens von Optimierungen, die die Entwickler beabsichtigen zu verwenden.

Der Umstieg auf eigene benutzerdefinierte Hardware bedeutet, dass Apple nun sowohl die Kontrolle über die Hardware als auch die Software hat – etwas, das das Unternehmen in eine bessere Position bringen sollte, um mehr aus ihren Maschinen herauszuholen. Ein gutes Beispiel, wo Apple in dieser Hinsicht glänzt, sind das iPhone und das iPad, die von dem eigenen Silizium des Unternehmens betrieben werden und deren Betriebssysteme darüber laufen.

Zukünftige Perspektiven des Rechnens für Mac-Computer

Da Apple die gesamte vertikale Kette – Hardware und Software – in der Hand hat, gibt es nur sehr wenige Dinge, die gegen den Willen von Apple sprechen können. Denn da es keine Abhängigkeit von einem Drittanbieter für den SoC gibt, ist Apple nicht durch irgendwelche Hardwarebeschränkungen eingeschränkt, die es daran hindern, seine vollen Fähigkeiten zu nutzen, um bestimmte Funktionen oder Funktionalitäten auf den Macs zu implementieren. Sie sind also frei, die Hardware nach ihren Anforderungen zu nutzen und tatsächlich das Beste daraus zu machen.

Eine der größten Anwendungen dieser Implementierung, die wir sofort sehen können, ist die Fähigkeit der neuen Macs, native iPhone- und iPad-Apps auszuführen, was zuvor mit Intel-betriebenen Maschinen nicht möglich war. Und da diese Apps jetzt universell sind, gibt es nur sehr wenig oder keine Quellcode-Übersetzung.

Darüber hinaus, basierend auf dem, was Apple während der Veranstaltung präsentiert hat, wird der Umstieg auf einen benutzerdefinierten M1-Chip auch einer breiten Palette von Benutzern (von Programmierern bis hin zu kreativen Fachleuten) ermöglichen, das beste Erlebnis aus ihrem Mac herauszuholen. Um einige Zahlen zu nennen, sagt Apple, dass das brandneue 13-Zoll MacBook Pro, das vom M1-Chip angetrieben wird, Code in Xcode bis zu 2,8x schneller erstellen kann; komplizierte Spielszene im Unity Editor bis zu 3,5x schneller gestalten; ML-Aufgaben in Create ML bis zu 11x schneller ausführen; einen komplexen 3D-Titel in Final Cut Pro X bis zu 5,9x schneller rendern und 8K ProRes-Video in DaVinci Resolve ohne Frame-Drops wiedergeben kann. Ebenso bringt das neue MacBook Air Unterstützung für die Wiedergabe und Bearbeitung von 4K ProRes-Video in Final Cut Pro, was auf einer Maschine ohne Lüfter zu anspruchsvoll klingt. Aber wenn wir Apples Behauptungen für den M1-Chip zugrunde legen, können solche Behauptungen sicherlich nicht sofort übersehen werden.

Wenn wir über die Nachteile des Übergangs sprechen, ist es noch zu früh zu sagen, welche Probleme oder Hürden aufgrund des Wechsels zu einem benutzerdefinierten SoC auftreten können. Abgesehen von Kompatibilitätsproblemen mit älteren Apps oder bestimmten Einschränkungen, die zu Beginn der Übergangsphase auferlegt werden könnten, die möglicherweise die Kontrolle aus den Händen der Benutzer nehmen oder einige triviale Mängel hier und da verursachen, scheinen die Vorteile die Nachteile zu überwiegen – zumindest für jetzt.

Macs, die von Apple M1 betrieben werden

Bisher haben wir drei neue Macs: Mac mini, MacBook Air und MacBook Pro, die alle vom brandneuen ARM-basierten M1-Chip betrieben werden, während der iMac, iMac Pro und Mac Pro noch auf den Übergang warten. Der Mac mini beginnt bei 699 $ (Rs 84.900), während das MacBook Air und das MacBook Pro (13″) bei 999 $ (Rs 92.900) bzw. 1299 $ (Rs 1.22.900) liegen.

Basierend auf dem, was die Zahlen suggerieren (und wenn sie sich in einer Verbesserung der Gesamtleistung und Effizienz niederschlagen), können wir erwarten, dass Apples Desktops in den kommenden Monaten oder vielleicht Jahren auf M1 umschalten, da Apple bereits erklärt hat, dass es erwartet, alle seine Macs in den nächsten zwei Jahren von Intel auf seine eigenen Prozessoren umzustellen.