Protsessor M1 arvuti Mac mini emaplaadil; võrdluseks (ülal) protsessor A13 SOC telefoni iPhone 11 CPU-plaadil
**Apple M1** on esimene ARM-arhitektuuril põhinev süsteemikiip (SoC) Mac-arvutitele. See kiip on alates 2020. aasta lõpust kasutusel 4. põlvkonna arvutis MacBook Air, 5. põlvkonna arvutis MacBook Air ja lauaarvutis Mac mini. See on esimene personaalarvuti kiip, mis on valmistatud 5 nm tehnoloogias ja seda toodab Taiwani ettevõte TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company).

Üldine ülesehitus
-----------------

Kiibil M1 on neli suure jõudlusega tuuma (nimega Firestorm) ja neli energiasäästlikku tuuma (Icestorm). Üldkonfiguratsioonilt on M1 sarnane protsessoriga Arm big.LITTLE. Niisugune tuumade kombinatsioon võimaldab optimeerida energiatarvet. Apple selgitab, et energiasäästlikud tuumad vajavad vaid kümnendiku sellest energiast, mida tarbivad suure jõudlusega tuumad.

Firestorm-tuumadel on 192 esimese taseme käskude vahemälu, 128-kilobaidine andmete vahemälu ja kõigi nende vahemälude jaoks ühine 12 MB suurune teise taseme (L2) vahemälu. Icestorm-tuumad sisaldavad 128-kilobaidise käskude vahemälu ja 64-kilobaidise andmete vahemälu; need jagavad omavahel 4 MB suurust L2-vahemälu. Icestorm (*Effizienz-Cluster*) töötab taktsagedusel 0,6–2,064 GHz ja vajab võimsust 1,3 W, Firestormi (*Performance-Cluster*) vastavad suurused on 0,6–3,204 GHz ja 13,8 W. 

M1 kiipi on sisse ehitatud Apple’i enda väljatöötatud graafikaprotsessor (GPU), milles on kaheksa varjutaja klastrit (*shader cluster*), igaühes 128 aritmeetika-loogikaplokki; arvutusvõimsus vähemalt 2,6 miljonit ujukoma tehet sekundis (2,6 Mflops). Kasutada on 16-tuumaline tehisnärvivõrgu tarkvara võimsusega 11 Tflops ja mitmed talitlusplokid, nagu ISP-pildiprotsessor (Image Sensor Processor), HDR-video (High Dynamic Range Video), tarkvaraliides NVM Express SSD (Non-Volatile Memory SSD), PCI Express-4 kontroller ja kaks Thunderbolt-3 kontrollerit, samuti iOSi kaasprotsessor Secure Enclave. Kõiki talitlusüksusi ühendab ruuteritest ja kohtvõrgulülititest koosnev Fabric-võrk, millel on kasutada 8 MB vahemälu süsteemitasemel.

M1 protsessori komponentide vahel jaotatakse kokku 4,266 GHz muutmälu LPDDR-DDR4X 128 biti laiuste siinide vahendusel. Võimalikud on ka 8 ja 16 GB konfiguratsioonid, samuti on valida seitsme või kaheksa aktiivse GPU-tuuma vahel. Ehituslikult on CPU ja RAMi mikrokiibid paigutatud kõrvuti ühisesse korpusesse (System-in-a-Package). 

Dünaamiline emulatsioonitehnika Rosetta 2 võimaldab kasutada tarkvara, mis on välja töötatud x86 protsessorite jaoks.

Apple’i 64-bitise Firestormi mikroarhitektuur

Apple M1 analüüs
----------------

2020. aasta 10. novembril avaldas ajakirjanik Frank Riemenschneider vaadeldava protsessori analüüsi. Kuna Apple oli selle kohta väga vähe infot avalikuks teinud, häkkis Riemenschneider operatsiooni Jailbreak abil iPhone 12 Pro operatsioonisüsteemi, et sellesse laadida Internetist vabalt saadavaid äppe ja koode. Tulemusena tegi Riemenschneider järeldusi M1 Firestorm-tuumade mikroarhitektuuri kohta, nagu näiteks käsudekoodrite arv, talitlusüksuste liik ja arv ning vahemälude suurus. Siin esitatud plokkskeem on seni esimene seda laadi publitseering.

M1 Pro ja M1 Max
----------------

18. oktoobril 2021 tutvustas Apple kahte uut MacBook Pro mudelit, mis on varustatud uute M1 Pro ja M1 Max süsteemikiipidega.

Mõlemad süsteemikiibid kuuluvad tehniliselt samasse põlvkonda kui M1, kuid nende keskseadmes (CPU) ja graafikaprotsessoris (GPU) on oluliselt rohkem üksusi. Mõlemal on nüüd kaheksa jõudlustuuma ja kaks efektiivsustuuma. Graafikaprotsessori tuumade arvu on süsteemil M1 Pro kahekordistatud ja M1 Maxi puhul neljakordistatud. Protsessor koosneb kahest nelja Firestorm-tuumaga klastrist ja ühest kahe Icestorm-tuumaga klastrist. Igal klastril on endiselt oma L2 vahemälu. Apple on suurendanud Thunderbolt-portide arvu kolmele ja kasutab nüüd neljanda põlvkonna kontrollereid. Aadressibittide arvu suurendati 36-lt 42-le, mille tulemusena suurenes aadressiruum 64 gibibaidilt (GiB) 4 tebibaidile (TiB).

M1 Pro GPU-s on Apple M1-ga võrreldes kahekordistanud varjutajaklastrite arvu (16-ni), nii et mäluliides on nüüd 256 biti laiune ja suudab adresseerida kuni 32 GiB LPDDR5-6400 RAM-i. Vastavalt on M1 Maxi GPU-s suurendatud varjutajaklastrite arvu 32-le, mäluliides on siin 512 bitti lai ja suudab adresseerida kuni 64 GiB LPDDR5-6400 RAM-i.

M1 Ultra
--------

8. märtsil 2022 tutvustas Apple uut kompaktset lauaarvutit Mac Studio, mis on varustatud M1 Maxi või M1 Ultraga.

M1 Ultra GPU-s on Apple M1-ga võrreldes kaheksakordistatud varjutajaklastrite arvu, seega 64-ni, siinne mäluliides on 1024 bitti lai ja suudab adresseerida kuni 128 GiB LPDDR5-6400 RAM-i. 8-ühikuline süsteemitaseme vahemälu mahutab 96 MiB. Apple installib ainult 16 aktiivse Firestorm-tuumaga versioone, GPU-l võib olla 48 või 64 aktiivset varjutajaklastrit ja RAM mahutab 64 või 128 GiB. M1 Ultra mälu ribalaius on kuni 800 GB/s. Apple'i sõnul on see M1 perekonna viimane liige. See ühendab endas liidese UltraFusion abil kaks M1 Maxi.

Vaata ka
--------

* Apple M2

Välislingid
-----------

* Small chip. Giant leap
* Terko Veensalu. Apple tõi välja uue MacBook Airi, MacBook Pro ja Mac Mini