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開発者が Apple の M1 チップが高速な理由を詳しく調査

11月 26, 2020

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Apple の M1 チップは、シングルコア CPU ベンチマークスコアに基づくと、Apple がこれまで Mac でリリースした中で最速のチップであり、マルチコアパフォーマンスに関しては多くのハイエンド Intel Mac を上回っています。開発者のエリック・エンハイム氏は最近、「M1」チップの詳細を共有し、Apple の新しいプロセッサーが、置き換えられる Intel チップよりもはるかに高速である理由を探りました。

何よりもまず、「M1」は単純な CPU ではありません。 Apple が説明したように、これは System-on-a-Chip であり、すべて 1 つのシリコンパッケージにまとめて収容された一連のチップです。「M1」には、8 コア CPU、8 コア GPU (一部の MacBook Air モデルでは 7 コア)、ユニファイドメモリ、SSD コントローラ、画像信号プロセッサ、Secure Enclave などが搭載されています。

Intel と AMD も複数のマイクロプロセッサを 1 つのパッケージで出荷していますが、Engheim 氏の説明によれば、Apple は競合他社のような汎用 CPU コアではなく、特殊なタスクを処理する特殊なチップに重点を置いているため、優位性を持っています。

CPU (高性能かつ高効率のコアを搭載) と GPU に加えて、「M1」には、音声認識やカメラ処理などの機械学習タスク用のニューラルエンジン、電力効率よく変換するための内蔵ビデオデコーダ/エンコーダが搭載されています。ビデオファイル、暗号化を処理する Secure Enclave、音楽ファイルの解凍などの数学的に集中的な機能を処理するデジタルシグナルプロセッサ、および画像処理アプリによって実行されるタスクを高速化する画像処理ユニットです。

特に、CPU、GPU、およびその他のコアが相互に情報を交換できるようにする新しいユニファイドメモリアーキテクチャもあり、ユニファイドメモリを使用すると、CPU と GPU は、ある領域間でデータをコピーするのではなく、メモリに同時にアクセスできます。コピーを必要とせずに同じメモリプールにアクセスすると、情報交換が高速化され、全体的なパフォーマンスが向上します。

特定の目的を備えたこれらのチップはすべて、特定のタスクを高速化し、人々が目にする改善につながります。

これが、M1 Mac で画像やビデオの編集に取り組んでいる多くの人が速度の向上を実感している理由の 1 つです。彼らが行うタスクの多くは、専用のハードウェア上で直接実行できます。これにより、高価な iMac ではすべてのファンがフル稼働していても追いつけない一方で、安価な M1 Mac Mini では大きなビデオファイルを汗をかくことなくエンコードできるのです。

専用チップは長年使用されてきたが、エンハイム氏が説明するように、Apple は「この方向へのより根本的な転換」を行っている。 AMDなど他のArmチップメーカーも同様のアプローチをとっているが、IntelとAMDは汎用CPUの販売に依存しており、ライセンス上の理由から、DellやHPなどのPCメーカーはAppleのように完全なSoCを自社で設計することはできない可能性が高い。。

Apple は、他のほとんどの企業が真似できない方法でハードウェアとソフトウェアを統合することができます。これが常に iPhone と iPad に他のスマートフォンやタブレットに対する優位性を与えています。

確かに、Intel と AMD は完成した SoC 全体の販売を開始するかもしれません。しかし、これらには何が含まれているのでしょうか？ PC メーカーは、何を搭載すべきかについてさまざまな考えを持っている可能性があります。これらはソフトウェアのサポートが必要となるため、どのような特殊なチップを搭載すべきかについて、Intel、AMD、Microsoft、および PC メーカーの間で競合が発生する可能性があります。

自社設計のシステムオンチップの利点に加えて、Apple は「本当に高速」で、アウトオブオーダー実行を通じてより多くの命令を並列実行できる Firestorm CPU コアも「M1」で使用しています。 RISC アーキテクチャと、Apple が実装したいくつかの特定の最適化については、Engheim が詳しく説明しています。