La arquitectura de memoria unificada de Apple primero trajo cambios a la Mac con chips Apple Silicon M1. Hay beneficios arquitectónicos claros para el hardware, y es bueno y malo para los consumidores. Este es el por qué.
La arquitectura de memoria unificada (UMA) de Apple se anunció en junio. 2020 junto con sus nuevas CPU Apple Silicon. UMA tiene una serie de beneficios en comparación con los enfoques de memoria más tradicionales y representa una revolución tanto en rendimiento como en tamaño.
En el diseño tradicional de computadoras de escritorio y portátiles, la memoria principal del sistema conocida como RAM se encuentra en un bus del sistema que está separado de la CPU y la GPU.
Por lo general, se requiere un controlador de bus, que utiliza interrupciones cuando la CPU necesita datos de la memoria principal del sistema. Las interrupciones son señales de hardware que diferentes partes de una computadora usan para pausar otras partes del sistema mientras se realiza una tarea.
Las interrupciones provocan retrasos en el procesamiento del sistema.
Entonces, por ejemplo, cada vez que la CPU necesita acceder a datos en la memoria o cada vez que la pantalla necesita actualizarse, se genera una interrupción, el sistema se detiene y la tarea se completa. Cuando finaliza la tarea, el sistema reanuda el procesamiento general.
El acceso directo a la memoria (DMA) se introdujo más tarde, pero debido a los tamaños y las distancias de la placa base, el acceso a la RAM aún puede ser lento. DMA es un concepto en el que algunos subsistemas informáticos pueden acceder a la memoria independientemente de la CPU.
En DMA, la CPU inicia una transferencia de memoria y luego realiza otro trabajo. Cuando se completa la operación DMA, el controlador de memoria genera una interrupción que indica a la CPU que los datos están listos.
El acceso a la RAM es solo un tipo de interrupción en la arquitectura informática tradicional. En general, cuantos más buses e interrupciones, más cuellos de botella en el rendimiento hay en una computadora.
Sistema en un chip
Las unidades de procesamiento de gráficos (GPU) y las consolas de juegos han resuelto este problema durante mucho tiempo al integrar componentes en chips únicos que eliminan los buses y las interrupciones.. Las GPU, por ejemplo, generalmente tienen su propia RAM adjunta al chip, lo que acelera el procesamiento y permite gráficos más rápidos.
Este diseño de sistema en un chip (SoC) es la nueva tendencia en el diseño de sistemas y CPU porque aumenta la velocidad y reduce la cantidad de componentes, lo que reduce el costo total de los productos.
También permite que los sistemas sean más pequeños. Los teléfonos inteligentes han utilizado durante mucho tiempo diseños de SoC para reducir el tamaño y ahorrar energía, como con el propio SoC ARM para iPhone de Apple.
La PlayStation 2 de Sony fue la primera consola de juegos de consumo que se envió con un SoC integrado llamado Motor de emociones que integró más de una docena de componentes y subsistemas tradicionales en un solo troquel.
Los diseños de chips basados en ARM M1 y M2 de Apple son similares. Son esencialmente un diseño de SoC que integra CPU, GPU, RAM principal y otros componentes en un solo chip.
Con este diseño, en lugar de que la CPU tenga que acceder al contenido de la RAM a través de un bus de memoria, la RAM se conecta directamente a la CPU. Cuando la CPU necesita almacenar o recuperar datos en la RAM, simplemente va directamente a los chips de RAM.
Con este cambio, no hay más interrupciones de bus.
Este diseño elimina los cuellos de botella del bus RAM, lo que mejora enormemente actuación. M1 Max, por ejemplo, proporciona 400 GB/s de rendimiento de memoria, lo que se acerca al de las consolas de juegos modernas, como la PlayStation 5 de Sony.
La integración SoC es una de las razones principales por las que las series de CPU M1 y M2 son tan rápido, y por qué los gráficos de nivel de juego de consola moderna finalmente están llegando a la Mac.
Es por eso que macOS finalmente se siente ágil y receptivo después de sentirse un poco gomoso durante décadas.
Los SoC también reducen enormemente el consumo de energía y el calor, lo que los hace ideales para computadoras portátiles, teléfonos, tabletas y otros dispositivos portátiles. Menos calor también significa que los componentes duran más y sufren menos degradación del material con el tiempo.
El calor afecta el rendimiento del sistema con el tiempo, ya que disminuye lentamente las propiedades de los materiales contenidos en los componentes, lo que conduce a un rendimiento ligeramente inferior. Esta es una de las razones por las que las computadoras muy antiguas parecen”desacelerar”con el tiempo y una de las principales causas de fallas.
“El calor es el enemigo de la electrónica”como dicen en el mundo EE.
CPU M1 de Apple con RAM integrada.
La desventaja de la memoria integrada en Apple Silicon
Si bien los diseños de SoC de Apple han demostrado ser grandes mejoras con respecto a sus diseños tradicionales, existen algunas desventajas.
La primera y más obvia son las actualizaciones: con la RAM del sistema contenida en la propia CPU, no hay forma de actualizar la RAM más tarde, excepto para reemplazar la CPU, que, con el moderno dispositivo de montaje en superficie (SMD) tecnología de soldadura, probablemente no querrá hacerlo.
Los modelos anteriores de Mac tenían bancos de RAM DIMM (módulos de memoria duales en línea) o”tarjetas de memoria”que podían intercambiarse por tamaños más grandes para actualizar la memoria.
Con Apple Silicon esa opción desaparece ya que los propios chips de RAM se fabrican en la CPU. Cuando compras una Apple Silicon Mac, te quedas con el tamaño de RAM que pediste inicialmente.
Otra desventaja es que si falla la RAM o la CPU, falla todo. No se reemplaza solo una parte, hay que hacerlo todo.
Las placas base Mac modernas son muy pequeñas y en su mayoría tienen componentes SMD. En la mayoría de los casos, es más barato y rápido simplemente reemplazar todo, o simplemente comprar una nueva Mac.
Otra desventaja igualmente obvia de los SoC es que el uso de GPU integradas significa que no hay forma de actualizar la tarjeta gráfica de su Mac más adelante para obtener una versión más rápida o más grande. Y con Apple eliminando el soporte para cajas de expansión de GPU Thunderbolt externas en Apple Silicon, incluso la expansión de GPU externa ya no es una opción.
Lo que todo esto significa, por supuesto, es que las Mac modernas se están convirtiendo cada vez más en”dispositivos”que en computadoras, tal como las hemos considerado tradicionalmente.
En general, esto es algo bueno.
Significa que vas a querer comprar una nueva Mac cada pocos años, pero las mejoras de rendimiento hacen que la ruta de actualización valga la pena. En comparación con la antigua arquitectura tradicional basada en Intel de Apple, Apple Silicon es una revolución completa en términos de rendimiento.
A medida que los sistemas se vuelven cada vez más pequeños, también lo harán los dispositivos. Las computadoras portátiles se volverán más delgadas y livianas, y la duración de la batería seguirá mejorando, incluso si el rendimiento mejora con el tiempo.
Dentro de unos años, no hay duda de que Apple habrá avanzado lo suficiente en Apple Silicon como para que una nueva Mac haga que el costo valga la pena. El tiempo es dinero, y la cantidad de trabajo que puede realizar en las Mac modernas que usan Apple Silicon supera con creces el costo de la actualización.
Puede leer más sobre los detalles técnicos de Apple Silicon en el sitio web para desarrolladores de Apple.