Apple M6: 2 nm čips, veiktspēja un atmiņas ierobežojumi

Apple M6 mikroshēma, kas tagad tiek izmantota jaunākajos Mac mini un MacBook Pro modeļos, ir 2 nanometru paaudzes procesors. Tas uzlabo viena kodola veiktspēju un energoefektivitāti, vienlaikus Apple apzināti ierobežojot atmiņas joslas platumu un maksimālo vienotās operatīvās atmiņas apjomu. Rezultātā radīts tehniski ambiciozs čips, kas vienlaikus palīdz saglabāt produktu segmentāciju Mac klāstā.

2 nanometru process un tranzistoru arhitektūra

M6 izmanto 2 nanometru procesa mezglu kā paaudzes apzīmējumu, nevis burtisku tranzistoru izmēru. Macworld tehniskajā analīzē M6 kristāla laukums lēsts aptuveni 142 kvadrātmilimetros, salīdzinot ar aptuveni 157 mm2 M5 un 119 mm2 M1. Lai šādā mērogā panāktu augstāku frekvenci un mazāku noplūdi, Apple un TSMC no FinFET tranzistoriem pārgāja uz GAAFET, kur vadības vārti kanālu aptver no četrām, nevis trim pusēm. Šī izmaiņa samazina mikroskopiskās noplūdes, uzlabo sprieguma stabilitāti un palīdz procesoram uzturēt augstu takts frekvenci ar mazāku enerģijas patēriņu.

• Procesa mezgls: TSMC 2 nanometru paaudze
• Tranzistoru arhitektūra: GAAFET (gate-all-around)
• Kristāla laukums: ~142 mm2 (Macworld)
• Maksimālā vienotā atmiņa: 32 GB
• Atmiņas datu kopne: 128 biti (tāda pati kā M1 paaudzē)

Trīs līmeņu CPU dizains, kešatmiņas izkārtojums un atmiņas konfigurācija

Apple M6 CPU pārveidojis par trīs līmeņu kodolu arhitektūru. Konfigurācijā ir divi īpaši augstas veiktspējas jeb “super” kodoli, četri veiktspējas kodoli un seši efektivitātes kodoli — kopumā 12 CPU kodoli. Super kodoli var sasniegt līdz 4,78 GHz, veiktspējas kodoli — aptuveni 4,5 GHz, bet efektivitātes kodoli darbojas aptuveni 2,94 GHz frekvencē. Apple, salīdzinot ar iepriekšējo paaudzi, atteicies no diviem super kodoliem, lai pievienotu četrus veiktspējas kodolus. Šis kompromiss palielina daudzkodolu veiktspēju, nezaudējot viena kodola maksimālo ātrumu.

Kešatmiņas un atmiņas izkārtojums pielāgots lielākam aktīvo kodolu skaitam. Sistēmas līmeņa kešatmiņa (SLC) joprojām ir 16 MB un tiek koplietota visā čipā. Super un veiktspējas kodolu klasteriem koplietojamā L2 kešatmiņa palielināta no 16 MB līdz 20 MB, lai labāk apkalpotu sešus aktīvos vidējas un augstas veiktspējas kodolus četru vietā. Super kodoli saglabā savu 1,5 MB privāto kešatmiņu. Seši efektivitātes kodoli ir apvienoti klasterī ar savu kešatmiņu un čipā integrētu matricas paātrinātāju (AMX), kas apstrādā vienkāršākus matemātiskos uzdevumus un nelielas AI operācijas, nemodinot jaudīgākos kodolus.

Apple piedāvā dažādas atmiņas konfigurācijas un ātrumus atkarībā no ietilpības. 16 GB konfigurācijās atmiņas joslas platums ir aptuveni 153 GB/s — identisks salīdzināmām M5 konfigurācijām. Savukārt 24 GB un 32 GB konfigurācijās, izmantojot ātrāku atmiņu, maksimālais joslas platums var sasniegt 170 GB/s. Pamata atmiņas interfeiss joprojām ir 128 bitu datu kopne, ko Apple nav mainījis kopš M1 paaudzes.

Testi, GPU, neironu dzinējs un jaunināšanas ieteikumi

Neatkarīgie testi rāda ievērojamus M6 ieguvumus, taču atklāj arī tā ierobežojumus. Notebookcheck Geekbench 6.7 rezultātos ar M6 aprīkots Mac mini sasniedza 4698 punktus viena kodola un 21 302 punktus daudzkodolu testā, salīdzinot ar M5 rezultātiem — 4326 un 18 054 punktiem — un M4 rezultātiem — 3655 un 15 128 punktiem. Tas atbilst aptuveni 8,6% viena kodola veiktspējas pieaugumam pret M5 un 18% pārsvaram daudzkodolu testā. Notebookcheck Cinebench 2024 rezultātos M6 ieguva 221 punktu viena kodola un 1468 punktus daudzkodolu testā, salīdzinot ar M5 200 un 1172 punktiem. Tas nozīmē aptuveni 10,5% un 25,3% pieaugumu. Notebookcheck arī izmērīja viena kodola energoefektivitāti — aptuveni 15,2 Cinebench punkti uz vatu M6 gadījumā pret 13,1 M5.

Uzlabota gan grafikas, gan mākslīgā intelekta veiktspēja. Integrētā GPU kodolu skaits pieaudzis no 10 līdz 12; Apple un neatkarīgie testi norāda uz aptuveni 30% grafikas veiktspējas pieaugumu pret M5 un gandrīz 80% pieaugumu pret M4 skaitļošanas jaudas ierobežotās darba slodzēs. Simulētos spēļu testos pie 18 W GPU jaudas M6 GPU nodrošina Intel Arc B390 integrētajam risinājumam pielīdzināmu veiktspēju, un tiek ziņots, ka šajos testos tas pārspēj Qualcomm Adreno klases rezultātus.

Apple neironu dzinēju palielinājis nevis vienkārši paplašinot vienu bloku. M6 ir divas 16 kodolu neironu vienības, katra ar savu kešatmiņu, ko koordinē centrālais kontrolieris, savukārt M5 izmantoja vienu 16 kodolu dzinēju. Apple norāda, ka 14 collu MacBook Pro ierīcē veicamie AI uzdevumi var darboties līdz 25% ātrāk nekā ar M5, bet divkāršais neironu dzinējs noteiktās darba slodzēs var būt līdz 1,9 reizēm ātrāks. Praksē, veicot inferenci ar kvantizētiem modeļiem, M6 konfigurācija uzrādīja aptuveni par 35% ātrāku rezultātu nekā M5 un par aptuveni 20% ātrāku nekā M5 Pro avotā minētajos salīdzinājumos.

Neraugoties uz šiem ieguvumiem, M6 nav nepārspējams. Daži Geekbench 6.7 daudzkodolu testi liecina, ka Qualcomm Snapdragon X2 Elite Extreme noteiktos scenārijos var pārspēt M6. Vēl būtiskāk — 128 bitu atmiņas datu kopne un 32 GB vienotās atmiņas limits ierobežo ilgstošu caurlaidspēju, vienlaikus noslogojot CPU, GPU un neironu uzdevumus. Kad procesora kodoli, 12 kodolu GPU un divkāršais neironu dzinējs vienlaikus pieprasa piekļuvi koplietotajam atmiņas kanālam, ierobežotais joslas platums var kļūt par sašaurinājumu lieliem AI modeļiem, sarežģītiem video montāžas projektiem un citiem datu ietilpīgiem uzdevumiem. Tāpēc M6 šķiet radīts jaudīgai lokālai veiktspējai tipiskās darba plūsmās, savukārt uzdevumi, kuriem vajadzīgs maksimāls joslas platums un lielāka atmiņas ietilpība, atstāti Apple Pro un Max mikroshēmu variantiem.

Lietotājiem, kuri apsver jaunināšanu, pāreja no M1 vai M2 paaudzes Mac uz M6 sistēmu sniegs skaidru paaudžu lēcienu viena pavediena veiktspējā, grafikā un siltuma efektivitātē. M4 vai M5 īpašnieki M6 atradīs būtiskas arhitektūras izmaiņas, taču reālais ieguvums būs atkarīgs no tā, vai viņu darba slodzes ir atmiņas joslas platuma ierobežotas. Apple apzināti saglabājis šauru atmiņas interfeisu, lai nošķirtu produktu līnijas un profesionāļus virzītu uz dārgākām mikroshēmām ar plašākiem atmiņas kanāliem.