Το 2020 η Apple έκανε μια τολμηρή κίνηση. πέταξαν την Intel και στράφηκαν στο ιδιόκτητο πυρίτιο τους για να τροφοδοτήσουν τα MacBook τους. Αν και η μετάβαση στην αρχιτεκτονική ARM από τη γλώσσα σχεδιασμού x86 δημιούργησε αρκετά φρύδια, η Apple απέδειξε ότι όλοι έκαναν λάθος όταν τα MacBook που τροφοδοτούνταν από πυρίτιο της Apple προσέφεραν εκπληκτική απόδοση ανά βάτ.
Σύμφωνα με αρκετούς ειδικούς, η στροφή στην αρχιτεκτονική ARM ήταν ένας μεγάλος λόγος για την ώθηση στην απόδοση/watt. Ωστόσο, το νέο Unified Memory Architecture έπαιξε επίσης καθοριστικό ρόλο στη βελτίωση της απόδοσης των MacBook νέας γενιάς.
Λοιπόν, τι είναι η Ενοποιημένη Αρχιτεκτονική Μνήμης της Apple και πώς λειτουργεί; Λοιπόν, ας μάθουμε.
Γιατί ο υπολογιστής σας χρειάζεται μνήμη;
Προτού εισέλθετε στην Ενοποιημένη Αρχιτεκτονική Μνήμης της Apple, είναι απαραίτητο να κατανοήσετε γιατί απαιτούνται αρχικά συστήματα κύριας αποθήκευσης όπως η μνήμη τυχαίας πρόσβασης (RAM).
Βλέπετε, ένας παραδοσιακός επεξεργαστής λειτουργεί με ταχύτητα ρολογιού 4 GHz κατά τη διάρκεια ενός
ώθηση τούρμπο. Σε αυτή την ταχύτητα ρολογιού, ένας επεξεργαστής μπορεί να εκτελέσει εργασίες σε ένα τέταρτο του νανοδευτερόλεπτου. Ωστόσο, οι μονάδες αποθήκευσης, όπως οι SSD και οι σκληροί δίσκοι, μπορούν να παρέχουν δεδομένα στην CPU μόνο κάθε δέκα χιλιοστά του δευτερολέπτου—δηλαδή 10 εκατομμύρια νανοδευτερόλεπτα. Αυτό σημαίνει ότι στο διάστημα που μεσολαβεί μεταξύ της ολοκλήρωσης της επεξεργασίας των δεδομένων στα οποία εργάζεται η CPU και της λήψης της επόμενης δέσμης πληροφοριών, παραμένει αδρανής.Αυτό δείχνει ξεκάθαρα ότι οι μονάδες αποθήκευσης δεν μπορούν να συμβαδίσουν με την ταχύτητα του επεξεργαστή. Οι υπολογιστές επιλύουν αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας κύρια συστήματα αποθήκευσης όπως η RAM. Αν και αυτό το σύστημα μνήμης δεν μπορεί να αποθηκεύσει μόνιμα δεδομένα, είναι πολύ πιο γρήγορο σε σύγκριση με τους SSD—μπορεί να στείλει δεδομένα σε μόλις 8,8 νανοδευτερόλεπτα: απείρως ταχύτερο από τους πιο γρήγορους SSD αυτή τη στιγμή.
Αυτός ο χαμηλός χρόνος πρόσβασης επιτρέπει στην CPU να λαμβάνει δεδομένα γρηγορότερα, επιτρέποντάς της να συλλαμβάνει συνεχώς πληροφορίες αντί να περιμένει τον SSD να στείλει άλλη παρτίδα για επεξεργασία.
Λόγω αυτής της αρχιτεκτονικής σχεδιασμού, τα προγράμματα στις μονάδες αποθήκευσης μετακινούνται στη μνήμη RAM και στη συνέχεια προσπελάζονται από την CPU μέσω των καταχωρητών της CPU. Επομένως, ένα ταχύτερο σύστημα κύριας αποθήκευσης βελτιώνει την απόδοση ενός υπολογιστή, και αυτό ακριβώς κάνει η Apple με την Ενοποιημένη Αρχιτεκτονική Μνήμης.
Κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των παραδοσιακών συστημάτων μνήμης
Τώρα που ξέρουμε γιατί χρειάζεται η RAM, πρέπει να καταλάβουμε πώς η GPU και η CPU τη χρησιμοποιούν. Αν και τόσο η GPU όσο και η CPU έχουν σχεδιαστεί για επεξεργασία δεδομένων, η CPU έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί υπολογισμούς γενικής χρήσης. Αντίθετα, η GPU έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί την ίδια εργασία σε διαφορετικούς πυρήνες. Λόγω αυτής της διαφοράς στο σχεδιασμό, η GPU είναι εξαιρετικά αποτελεσματική στην επεξεργασία και την απόδοση εικόνας.
Αν και η CPU και η GPU έχουν διαφορετικές αρχιτεκτονικές, εξαρτώνται από τα κύρια συστήματα αποθήκευσης για τη λήψη δεδομένων. Υπάρχουν δύο τύποι μνημών τυχαίας πρόσβασης σε ένα παραδοσιακό σύστημα με αποκλειστική GPU. Αυτή είναι η VRAM και η RAM του συστήματος. Γνωστή και ως Video RAM, η VRAM είναι υπεύθυνη για την αποστολή δεδομένων στη GPU και η RAM του συστήματος μεταφέρει δεδομένα στην CPU.
Αλλά για να κατανοήσουμε καλύτερα τα συστήματα διαχείρισης μνήμης, ας δούμε ένα πραγματικό παράδειγμα από εσάς που παίζετε ένα παιχνίδι.
Όταν ανοίγετε το παιχνίδι, η CPU εμφανίζεται στην εικόνα και τα δεδομένα προγράμματος για το παιχνίδι μετακινούνται στη μνήμη RAM του συστήματος. Μετά από αυτό, η CPU επεξεργάζεται τα δεδομένα και τα στέλνει στη VRAM. Στη συνέχεια, η GPU επεξεργάζεται αυτά τα δεδομένα και τα στέλνει πίσω στη μνήμη RAM για να εμφανίσει η CPU τις πληροφορίες στην οθόνη. Σε περιπτώσεις ενσωματωμένου συστήματος GPU, και οι δύο υπολογιστικές συσκευές μοιράζονται την ίδια μνήμη RAM αλλά έχουν πρόσβαση σε διαφορετικούς χώρους στη μνήμη.
Αυτή η παραδοσιακή προσέγγιση περιλαμβάνει πολλή κίνηση δεδομένων καθιστώντας το σύστημα αναποτελεσματικό. Για να λύσει αυτό το πρόβλημα, η Apple χρησιμοποιεί την Αρχιτεκτονική Ενοποιημένης Μνήμης.
Πώς λειτουργεί η αρχιτεκτονική ενοποιημένης μνήμης στο Apple Silicon;
Η Apple κάνει πολλά πράγματα διαφορετικά όταν πρόκειται για συστήματα μνήμης.
Στην περίπτωση των γενικών συστημάτων, η μνήμη RAM συνδέεται με την CPU χρησιμοποιώντας μια υποδοχή στη μητρική πλακέτα. Αυτή η σύνδεση περιορίζει τον όγκο των δεδομένων που αποστέλλονται στην CPU.
Αφ 'ετέρου, Πυρίτιο μήλου χρησιμοποιεί το ίδιο υπόστρωμα για την τοποθέτηση της μνήμης RAM και του SoC. Αν και η RAM δεν αποτελεί μέρος του SoC σε μια τέτοια αρχιτεκτονική, η Apple χρησιμοποιεί ένα υπόστρωμα παρεμβολής (Fabric) για να συνδέσει τη μνήμη RAM με το SoC. Το interposer δεν είναι παρά ένα στρώμα πυριτίου μεταξύ του SOC και της RAM.
Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές υποδοχές, οι οποίες βασίζονται σε καλώδια για τη μεταφορά δεδομένων, το interposer επιτρέπει στη μνήμη RAM να συνδεθεί με το chipset χρησιμοποιώντας διόδους πυριτίου. Αυτό σημαίνει ότι τα MacBook που τροφοδοτούνται με πυρίτιο της Apple έχουν τη μνήμη RAM απευθείας στη συσκευασία, καθιστώντας ταχύτερη τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ της μνήμης και του επεξεργαστή. Η RAM είναι επίσης φυσικά πιο κοντά στο σημείο που χρειάζονται τα δεδομένα (τους επεξεργαστές), επιτρέποντας έτσι στα δεδομένα να φτάσουν εκεί που χρειάζονται νωρίτερα.
Λόγω αυτής της διαφοράς στη σύνδεση της μνήμης RAM στο chipset, μπορεί να έχει πρόσβαση σε υψηλά εύρη ζώνης δεδομένων.
Εκτός από τη διαφορά που αναφέρθηκε παραπάνω, η Apple άλλαξε επίσης τον τρόπο με τον οποίο η CPU και η GPU έχουν πρόσβαση στο σύστημα μνήμης.
Όπως εξηγήθηκε προηγουμένως, η GPU και η CPU έχουν διαφορετικές δεξαμενές μνήμης στις παραδοσιακές ρυθμίσεις. Η Apple, αντίθετα, επιτρέπει στη GPU, την CPU και το Neural Engine να έχουν πρόσβαση στην ίδια δεξαμενή μνήμης. Λόγω αυτού, δεν χρειάζεται να μεταφέρονται δεδομένα από το ένα σύστημα μνήμης στο άλλο, βελτιώνοντας περαιτέρω την απόδοση του συστήματος.
Λόγω όλων αυτών των διαφορών στην αρχιτεκτονική μνήμης, το ενοποιημένο σύστημα μνήμης προσφέρει υψηλό εύρος ζώνης δεδομένων στο SoC. Στην πραγματικότητα, το M1 Ultra παρέχει εύρος ζώνης 800 GB/s. Αυτό το εύρος ζώνης είναι σημαντικά μεγαλύτερο σε σύγκριση με GPU υψηλής απόδοσης όπως το AMD Radeon RX 6800 και 6800XT, τα οποία προσφέρουν εύρος ζώνης 512 GB/s.
Αυτό το υψηλό εύρος ζώνης επιτρέπει στην CPU, την GPU και το Neural Engine να έχουν πρόσβαση σε τεράστιες δεξαμενές δεδομένων σε νανοδευτερόλεπτα. Επιπλέον, η Apple χρησιμοποιεί μονάδες RAM LPDDR5 χρονισμένες στα 6400 MHz στη σειρά M2 για την παροχή δεδομένων με εκπληκτικές ταχύτητες.
Πόση ενοποιημένη μνήμη χρειάζεστε;
Τώρα που έχουμε μια βασική κατανόηση της Αρχιτεκτονικής Ενοποιημένης Μνήμης, μπορούμε να δούμε πόση από αυτήν χρειάζεστε.
Αν και η Αρχιτεκτονική Ενοποιημένης Μνήμης προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα, εξακολουθεί να έχει ορισμένα ελαττώματα. Πρώτον, η μνήμη RAM είναι συνδεδεμένη στο SoC, επομένως οι χρήστες δεν μπορούν να αναβαθμίσουν τη μνήμη RAM στο σύστημά τους. Επιπλέον, η CPU, η GPU και η Neural Engine έχουν πρόσβαση στην ίδια πισίνα μνήμης. Λόγω αυτού, η ποσότητα της μνήμης που απαιτείται από το σύστημα αυξάνεται δραστικά.
Επομένως, εάν είστε κάποιος που σερφάρει στο Διαδίκτυο και χρησιμοποιεί έναν τόνο επεξεργαστών κειμένου, 8 GB μνήμης θα ήταν αρκετά για εσάς. Αλλά αν χρησιμοποιείτε συχνά προγράμματα Adobe Creative Cloud, η λήψη της παραλλαγής των 16 GB είναι καλύτερη επιλογή, καθώς θα έχετε πιο ομαλή εμπειρία επεξεργασίας φωτογραφιών, βίντεο και γραφικών στον υπολογιστή σας.
Θα πρέπει επίσης να εξετάσετε το M1 Ultra με 128 GB μνήμης RAM, εάν εκπαιδεύετε πολλά μοντέλα βαθιάς εκμάθησης ή εργάζεστε σε χρονοδιαγράμματα βίντεο με τόνους επιπέδων και βίντεο 4K.
Είναι η αρχιτεκτονική της ενοποιημένης μνήμης όλα για καλό;
Το Unified Memory Architecture στο πυρίτιο της Apple κάνει αρκετές αλλαγές στα συστήματα μνήμης σε έναν υπολογιστή. Από την αλλαγή του τρόπου σύνδεσης της μνήμης RAM με τις υπολογιστικές μονάδες έως τον επαναπροσδιορισμό της αρχιτεκτονικής μνήμης, η Apple αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο τα συστήματα μνήμης έχουν σχεδιαστεί για να βελτιώσουν την απόδοση των συστημάτων τους.
Τούτου λεχθέντος, η νέα αρχιτεκτονική δημιουργεί μια συνθήκη αγώνα μεταξύ της CPU, της GPU και του Neural Engine, αυξάνοντας την ποσότητα μνήμης RAM που χρειάζεται το σύστημα.
