Η Αρχιτεκτονική Ενοποιημένης Μνήμης της Apple έφερε για πρώτη φορά αλλαγές στο Mac με τα τσιπ Apple Silicon M1. Υπάρχουν σαφή αρχιτεκτονικά οφέλη για το υλικό — και είναι τόσο καλό όσο και κακό για τους καταναλωτές. Να γιατί.
Το Unified Memory Architecture (UMA) της Apple ανακοινώθηκε τον Ιούνιο. 2020 μαζί με τους νέους επεξεργαστές Apple Silicon. Το UMA έχει μια σειρά από πλεονεκτήματα σε σύγκριση με πιο παραδοσιακές προσεγγίσεις μνήμης και αντιπροσωπεύει μια επανάσταση τόσο στην απόδοση όσο και στο μέγεθος.
Στον παραδοσιακό σχεδιασμό επιτραπέζιου και φορητού υπολογιστή, η κύρια μνήμη συστήματος γνωστή ως RAM βρίσκεται σε έναν δίαυλο συστήματος που είναι ξεχωριστός από την CPU και τη GPU.
Τυπικά απαιτείται ένας ελεγκτής διαύλου, ο οποίος χρησιμοποιεί διακοπές όταν η CPU χρειάζεται δεδομένα από την κύρια μνήμη του συστήματος. Οι διακοπές είναι σήματα υλικού που χρησιμοποιούν διαφορετικά μέρη ενός υπολογιστή για την παύση άλλων τμημάτων του συστήματος κατά την εκτέλεση μιας εργασίας.
Οι διακοπές προκαλούν καθυστερήσεις στην επεξεργασία του συστήματος.
Έτσι, για παράδειγμα, κάθε φορά που η CPU χρειάζεται πρόσβαση σε δεδομένα στη μνήμη ή κάθε φορά που χρειάζεται ανανέωση της οθόνης, δημιουργείται μια διακοπή, το σύστημα διακόπτεται και η εργασία ολοκληρώνεται. Όταν ολοκληρωθεί η εργασία, το σύστημα συνεχίζει τη γενική επεξεργασία.
Η Direct Memory Access (DMA) εισήχθη αργότερα, αλλά λόγω των μεγεθών και των αποστάσεων της μητρικής πλακέτας, η πρόσβαση στη μνήμη RAM μπορεί να είναι ακόμα αργή. Το DMA είναι μια έννοια στην οποία ορισμένα υποσυστήματα υπολογιστών μπορούν να έχουν πρόσβαση στη μνήμη ανεξάρτητα από τη CPU.
Στο DMA η CPU εκκινεί μια μεταφορά μνήμης και μετά εκτελεί άλλη εργασία. Όταν ολοκληρωθεί η λειτουργία DMA, ο ελεγκτής μνήμης δημιουργεί μια διακοπή που σηματοδοτεί την CPU ότι τα δεδομένα είναι έτοιμα.
Η πρόσβαση στη μνήμη RAM δεν είναι παρά ένας τύπος διακοπής στην παραδοσιακή αρχιτεκτονική του υπολογιστή. Γενικά, όσο περισσότερα λεωφορεία και διακοπές, τόσο περισσότερα σημεία συμφόρησης απόδοσης υπάρχουν σε έναν υπολογιστή.
Σύστημα σε ένα τσιπ
Οι μονάδες επεξεργασίας γραφικών (GPU) και οι κονσόλες παιχνιδιών έχουν λύσει εδώ και καιρό αυτό το πρόβλημα ενσωματώνοντας στοιχεία σε μεμονωμένα τσιπ, τα οποία εξαλείφουν τους διαύλους και τις διακοπές. Οι GPU, για παράδειγμα, έχουν συνήθως τη δική τους μνήμη RAM συνδεδεμένη στο τσιπ, η οποία επιταχύνει την επεξεργασία και επιτρέπει ταχύτερα γραφικά.
Αυτή η σχεδίαση System on a Chip (SoC) είναι η νέα τάση στο σχεδιασμό του συστήματος και της CPU, επειδή αυξάνει την ταχύτητα και μειώνει τον αριθμό εξαρτημάτων-γεγονός που μειώνει το συνολικό κόστος των προϊόντων.
Επίσης, επιτρέπει στα συστήματα να είναι μικρότερα. Τα smartphone χρησιμοποιούν εδώ και καιρό σχέδια SoC για να μειώσουν το μέγεθος και να εξοικονομήσουν ενέργεια, όπως με το iPhone ARM SoC της Apple.
Το PlayStation 2 της Sony ήταν η πρώτη καταναλωτική κονσόλα παιχνιδιών που κυκλοφόρησε με ένα ενσωματωμένο SoC που ονομάζεται Emotion Engine το οποίο ενσωμάτωσε πάνω από δώδεκα παραδοσιακά εξαρτήματα και υποσυστήματα σε ένα μόνο καλούπι.
Οι σχεδιασμοί τσιπ M1 και M2 ARM της Apple είναι παρόμοιοι. Είναι ουσιαστικά ένα σχέδιο SoC που ενσωματώνει CPU, GPU, κύρια μνήμη RAM και άλλα στοιχεία σε ένα ενιαίο τσιπ.
Με αυτόν τον σχεδιασμό, αντί να χρειάζεται η CPU να έχει πρόσβαση στα περιεχόμενα της μνήμης RAM μέσω ενός διαύλου μνήμης, η RAM συνδέεται απευθείας με τη CPU. Όταν η CPU χρειάζεται να αποθηκεύσει ή να ανακτήσει δεδομένα στη μνήμη RAM, απλώς πηγαίνει απευθείας στα τσιπ RAM.
Με αυτήν την αλλαγή, δεν υπάρχουν άλλες διακοπές του λεωφορείου.
Αυτός ο σχεδιασμός εξαλείφει τα σημεία συμφόρησης του διαύλου RAM, τα οποία βελτιώνουν σημαντικά την απόδοση. Το M1 Max, για παράδειγμα, παρέχει 400 GB/sec απόδοσης μνήμης-πλησιάζει αυτή των σύγχρονων κονσολών παιχνιδιών όπως το PlayStation 5 της Sony.
Η ενσωμάτωση SoC είναι ένας από τους κύριους λόγους που οι σειρές CPU της M1 και M2 είναι τόσο γρήγορα-και γιατί τα σύγχρονα γραφικά σε επίπεδο κονσόλας έρχονται επιτέλους στο Mac.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το macOS τελικά αισθάνεται ευέλικτο και ανταποκρίνεται αφού αισθάνεται ελαφρώς ελαστικό για δεκαετίες.
Οι SoC μειώνουν επίσης σημαντικά την κατανάλωση ενέργειας και τη θερμότητα, γεγονός που τις καθιστά ιδανικές για φορητούς υπολογιστές, τηλέφωνα, tablet και άλλες φορητές συσκευές. Λιγότερη θερμότητα σημαίνει επίσης ότι τα εξαρτήματα διαρκούν περισσότερο και υφίστανται λιγότερη υποβάθμιση του υλικού με την πάροδο του χρόνου.
Η θερμότητα επηρεάζει την απόδοση του συστήματος με την πάροδο του χρόνου καθώς μειώνει αργά τις ιδιότητες των υλικών που περιέχονται στα εξαρτήματα, γεγονός που οδηγεί σε ελαφρώς χαμηλότερη απόδοση. Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους οι πολύ παλιοί υπολογιστές φαίνονται να «επιβραδύνουν» με τον καιρό και μια μεγάλη αιτία αστοχιών.
«Η θερμότητα είναι ο εχθρός των ηλεκτρονικών», όπως λένε στον κόσμο της ΕΕ.
Ο επεξεργαστής M1 της Apple με ενσωματωμένη μνήμη RAM.
Το μειονέκτημα της ενσωματωμένης μνήμης στο Apple Silicon
Ενώ τα σχέδια SoC της Apple έχουν αποδειχθεί. Για να έχει τεράστιες βελτιώσεις σε σχέση με τα παραδοσιακά του σχέδια, υπάρχουν ορισμένα μειονεκτήματα.
Η πρώτη και πιο προφανής είναι οι αναβαθμίσεις — με τη μνήμη RAM του συστήματος που περιέχεται στην ίδια την CPU, δεν υπάρχει τρόπος να αναβαθμίσετε τη μνήμη RAM αργότερα, εκτός από την αντικατάσταση της CPU-η οποία, με τη σύγχρονη συσκευή Surface-Mount Τεχνολογία συγκόλλησης (SMD), πιθανότατα δεν θα θέλατε να κάνετε.
Πρώιμα μοντέλα Mac διέθεταν συστοιχίες RAM DIMM (Διπλές ενσωματωμένες μονάδες μνήμης) ή”sticks”μνήμης που μπορούσαν να εναλλάσσονται μέσα και έξω με μεγαλύτερα μεγέθη για την αναβάθμιση της μνήμης.
Με την Apple Silicon αυτή η επιλογή εξαφανίζεται καθώς τα ίδια τα τσιπ RAM κατασκευάζονται στην CPU. Όταν αγοράζετε ένα Apple Silicon Mac, έχετε κολλήσει με όποιο μέγεθος RAM παραγγείλατε αρχικά.
Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι εάν αποτύχει η RAM ή η CPU, αποτυγχάνει ολόκληρο το πράγμα. Δεν υπάρχει αντικατάσταση μόνο ενός εξαρτήματος, πρέπει να τα κάνετε όλα.
Οι σύγχρονες μητρικές κάρτες Mac είναι τόσο μικροσκοπικές με κυρίως εξαρτήματα SMD. Στις περισσότερες περιπτώσεις, είναι φθηνότερο και πιο γρήγορο απλώς να αντικαταστήσετε ολόκληρο το αντικείμενο ή απλώς να αγοράσετε ένα νέο Mac.
Ένα άλλο, και εξίσου προφανές μειονέκτημα των SoC είναι ότι η χρήση ενσωματωμένων GPU σημαίνει ότι δεν υπάρχει τρόπος να αναβαθμίσετε την κάρτα γραφικών του Mac σας αργότερα για ταχύτερη ή μεγαλύτερη έκδοση. Και με την Apple να εγκαταλείπει την υποστήριξη για εξωτερικά κουτιά επέκτασης Thunderbolt GPU στο Apple Silicon, ακόμη και η εξωτερική επέκταση GPU δεν είναι πλέον επιλογή.
Όλα αυτά σημαίνουν, φυσικά, ότι οι σύγχρονοι Mac γίνονται όλο και περισσότερο σαν”συσκευές”παρά σαν υπολογιστές, όπως τους πιστεύαμε παραδοσιακά.
Σε γενικές γραμμές, αυτό είναι καλό.
Σημαίνει ότι θα θέλετε να αγοράζετε ένα νέο Mac κάθε λίγα χρόνια, αλλά οι βελτιώσεις απόδοσης κάνουν αυτή τη διαδρομή αναβάθμισης να αξίζει τον κόπο. Σε σύγκριση με την παλιά παραδοσιακή αρχιτεκτονική της Apple που βασίζεται στην Intel, το Apple Silicon είναι μια πλήρης επανάσταση όσον αφορά τις επιδόσεις.
Όσο τα συστήματα γίνονται όλο και μικρότερα, το ίδιο θα γίνεται και με τις συσκευές. Οι φορητοί υπολογιστές θα γίνουν πιο λεπτοί και ελαφρύτεροι και η διάρκεια ζωής της μπαταρίας θα συνεχίσει να βελτιώνεται-ακόμη και όταν η απόδοση βελτιώνεται με την πάροδο του χρόνου.
Σε λίγα χρόνια, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η Apple θα έχει προχωρήσει αρκετά το Apple Silicon ώστε ένας νέος Mac να κάνει το κόστος να αξίζει τον κόπο. Ο χρόνος είναι χρήμα και ο όγκος της δουλειάς που μπορείτε να κάνετε σε σύγχρονους Mac που χρησιμοποιούν Apple Silicon υπερτερεί κατά πολύ του κόστους της αναβάθμισης.
Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με τις τεχνικές λεπτομέρειες του Apple Silicon στον ιστότοπο προγραμματιστών της Apple.
