U 2020. Apple je napravio hrabar potez; odbacili su Intel i prebacili se na njihov vlasnički silicij za napajanje svojih MacBook računala. Iako je prelazak na arhitekturu ARM s jezika dizajna x86 podigao nekoliko obrva, Apple pokazalo se da su svi bili u krivu kada su MacBookovi pokretani Appleovim silikonom ponudili nevjerojatne performanse po vat.
Prema nekoliko stručnjaka, prelazak na ARM arhitekturu bio je veliki razlog za povećanje performansi/vata. Međutim, nova Unified Memory Architecture također je odigrala ključnu ulogu u poboljšanju performansi nove generacije MacBook računala.
Dakle, što je Appleova objedinjena arhitektura memorije i kako funkcionira? Pa, idemo saznati.
Zašto je vašem računalu potrebna memorija?
Prije nego što uđete u Appleovu Unified Memory Architecture, važno je razumjeti zašto su primarni sustavi pohrane kao što je Random Access Memory (RAM) uopće potrebni.
Vidite, tradicionalni procesor radi na taktu od 4 GHz tijekom a turbo ubrzanje. Pri ovoj brzini takta procesor može izvršiti zadatke za četvrtinu nanosekunde. Međutim, diskovi za pohranu, poput SSD-ova i HDD-ova, mogu dostaviti podatke CPU-u samo svakih deset milisekundi—to je 10 milijuna nanosekundi. To znači da u vremenu između završetka obrade podataka na kojima radi i primanja sljedeće serije informacija CPU miruje.
To jasno pokazuje da diskovi za pohranu ne mogu pratiti brzinu procesora. Računala rješavaju ovaj problem korištenjem primarnih sustava za pohranu kao što je RAM. Iako ovaj memorijski sustav ne može trajno pohranjivati podatke, puno je brži u usporedbi s SSD-ovima—može poslati podatke za samo 8,8 nanosekundi: beskrajno brže od trenutno najbržih SSD-ova.
Ovo malo vrijeme pristupa omogućuje CPU-u da brže prima podatke, dopuštajući mu da kontinuirano analizira informacije umjesto da čeka da SSD pošalje drugu seriju na obradu.
Zbog ove arhitekture dizajna, programi u pogonima za pohranu se premještaju u RAM, a zatim im CPU pristupa preko CPU registara. Stoga brži sustav primarne pohrane poboljšava performanse računala, a to je upravo ono što Apple radi sa svojom Unified Memory Architecture.
Razumijevanje načina na koji funkcioniraju tradicionalni sustavi pamćenja
Sada kada znamo zašto je RAM potreban, moramo razumjeti kako ga GPU i CPU koriste. Iako su i GPU i CPU dizajnirani za obradu podataka, CPU je dizajniran za izvođenje računanja opće namjene. Naprotiv, GPU je dizajniran za obavljanje istog zadatka na različitim jezgrama. Zbog ove razlike u dizajnu, GPU je vrlo učinkovit u obradi i renderiranju slike.
Iako CPU i GPU imaju različite arhitekture, oni ovise o primarnim sustavima pohrane za dobivanje podataka. Postoje dvije vrste memorije s izravnim pristupom na tradicionalnom sustavu s namjenskim GPU-om. Ovo je VRAM i RAM sustava. Također poznat kao video RAM, VRAM je odgovoran za slanje podataka u GPU, a RAM sustava prenosi podatke u CPU.
Ali da bismo bolje razumjeli sustave upravljanja memorijom, pogledajmo vaš primjer iz stvarnog života kako igrate igru.
Kada otvorite igru, CPU dolazi u sliku, a programski podaci za igru premještaju se u RAM sustava. Nakon toga CPU obrađuje podatke i šalje ih u VRAM. GPU zatim obrađuje te podatke i šalje ih natrag u RAM kako bi CPU prikazao informacije na zaslonu. U slučajevima integriranog GPU sustava, oba računalna uređaja dijele isti RAM, ali pristupaju različitim prostorima u memoriji.
Ovaj tradicionalni pristup uključuje puno kretanja podataka što sustav čini neučinkovitim. Kako bi riješio ovaj problem, Apple koristi Unified Memory Architecture.
Kako funkcionira unificirana memorijska arhitektura na Apple Siliconu?
Apple radi nekoliko stvari drugačije kada je riječ o memorijskim sustavima.
U slučaju generičkih sustava, RAM je povezan s CPU-om pomoću utičnice na matičnoj ploči. Ova veza sprječava količinu podataka poslanih CPU-u.
S druge strane, Jabučni silicij koristi istu podlogu za montažu RAM-a i SoC-a. Iako RAM nije dio SoC-a u takvoj arhitekturi, Apple koristi interposer supstrat (Fabric) za povezivanje RAM-a sa SoC-om. Interposer nije ništa drugo nego sloj silicija između SOC-a i RAM-a.
U usporedbi s tradicionalnim utičnicama, koje se oslanjaju na žice za prijenos podataka, interposer omogućuje RAM-u da se poveže s čipsetom pomoću silikonskih priključaka. To znači da Apple MacBookovi s silikonskim pogonom imaju svoj RAM ugrađen izravno u paket, što omogućuje brži prijenos podataka između memorije i procesora. RAM je također fizički bliži mjestu gdje su podaci potrebni (procesorima), što omogućuje podacima da prije dođu tamo gdje su potrebni.
Zbog ove razlike u povezivanju RAM-a s čipsetom, može pristupiti velikim podatkovnim propusnostima.
Uz gore spomenutu razliku, Apple je također promijenio način na koji CPU i GPU pristupaju memorijskom sustavu.
Kao što je ranije objašnjeno, GPU i CPU imaju različita spremišta memorije u tradicionalnim postavkama. Apple, naprotiv, dopušta GPU-u, CPU-u i Neural Engineu da pristupe istoj memoriji. Zbog toga se podaci ne moraju prenositi iz jednog memorijskog sustava u drugi, što dodatno poboljšava učinkovitost sustava.
Zbog svih ovih razlika u arhitekturi memorije, Unified Memory System nudi veliku propusnost podataka za SoC. Zapravo, M1 Ultra pruža propusnost od 800 GB/s. Ova propusnost znatno je veća u usporedbi s GPU-ovima visokih performansi poput AMD Radeon RX 6800 i 6800XT, koji nude propusnost od 512 GB/s.
Ova velika propusnost omogućuje CPU-u, GPU-u i Neural Engineu pristup ogromnim skupovima podataka u nanosekundama. Osim toga, Apple koristi LPDDR5 RAM module na taktu od 6400 MHz u seriji M2 za opskrbu podacima nevjerojatnim brzinama.
Koliko objedinjene memorije trebate?
Sada kada imamo osnovno razumijevanje Unified Memory Architecture, možemo vidjeti koliko toga trebate.
Iako Unified Memory Architecture nudi nekoliko prednosti, ipak ima neke nedostatke. Prvo, RAM je spojen na SoC, tako da korisnici ne mogu nadograditi RAM na svom sustavu. Nadalje, CPU, GPU i Neural Engine pristupaju istom spremištu memorije. Zbog toga se količina memorije koju sustav zahtijeva drastično povećava.
Stoga, ako ste netko tko surfa internetom i koristi tonu procesora teksta, 8 GB memorije bi vam bilo dovoljno. Ali ako često koristite programe Adobe Creative Cloud, kupnja varijante od 16 GB je bolja opcija jer ćete imati glatko iskustvo uređivanja fotografija, videa i grafike na svom računalu.
Također biste trebali razmotriti M1 Ultra sa 128 GB RAM-a ako uvježbavate mnoge modele dubinskog učenja ili radite na vremenskim trakama videozapisa s mnoštvom slojeva i 4K snimkama.
Je li objedinjena memorijska arhitektura dobra?
Unificirana memorijska arhitektura na Apple siliciju čini nekoliko promjena u memorijskim sustavima na računalu. Od promjene načina na koji je RAM povezan s računalnim jedinicama do redefiniranja memorijske arhitekture, Apple mijenja način na koji su memorijski sustavi dizajnirani kako bi poboljšao učinkovitost svojih sustava.
Ipak, nova arhitektura stvara uvjete utrke između CPU-a, GPU-a i Neural Enginea, povećavajući količinu RAM-a koja je potrebna sustavu.
