Apple M1 je 5nm procesorový trumf, který nechává Intel daleko za sebou

Úvodem nutno poznamenat, že tento článek komentuje aktuální dění kolem společnosti Apple. Máme k dispozici různá prvotní měření výkonu nových Macbooků (či Mac mini), zatím ale nikde nebyly publikovány velké testy ukazující výkon v desítkách aplikací, které by byly přeci jen více vypovídající než obvyklá kombinace CPU+GPU testu Geekbench a 3D renderovacího benchmarku Cinebench R23.

V tuto chvíli je tak například těžko usuzovat, jak na tom Apple M1 je / bude v testech komprese videa – zejména současných formátů H.265 a AV1, kde Intel může těžit díky masivním optimalizacím ve vlastní implementaci SVT-AV1 či SVT-HEVC. Dále těžko generalizovat výkon M1 v herních testech, a to zejména z důvodu, že na macOS nenajdeme takovou škálu her jako na Windows a rozhodně ne plnou škálu AAA herních titulů. Ostatně na takové užití ani Apple M1 v nových Macboocích a Mac mini necílí a obecně platforma Apple macOS není pro hráče moc relevantní.

Apple M1 je čip, který byl zkrátka stvořen pro uzavřenou platformu počítačů Apple, pro běh s jediným operačním systémem macOS a pro běh aplikací, které Apple na svou platformu pustí. Nic jiného se nepřipouští a nikdo nemůže doufat, že by Apple pustil M1 do běžného prodeje. To se nikdy nestane. Nahlíženo z opačného konce: doby, kdy Apple oficiálně podporoval běh Windows verzí postupně od XP přes Vista / 7.x / 8.x až po Windows 10 na svých strojích (nástroj Apple Boot Camp), jsou definitivně pryč. Na Apple M1 nečekejme nativní běh Windows 10, maximálně můžeme počítat například s během pod Paralels Desktop.

Přesto ale má smysl se bavit o kvalitách Apple M1 vůči současným procesorům Intel, od Coffe Lake (8. generace, kterou Apple používá) až po nejnovější Tiger Lake (11. generace stará pár týdnů). Druhý jmenovaný totiž již pohání všemožné nejnovější počítače od tradičních PC firem jako Dell. Naopak M1 svým uvedením začíná čipy s logem Intel v produktech Applu nahrazovat. Během jednoho až dvou let pak dojde k náhradě kompletní. Pro uživatele počítačů Apple, případně zájemce o přechod z IBM PC na Apple, jde o v současnosti nejdůležitější téma vůbec.

Rychlá fakta o Apple M1

V následujících bodech shrnujeme parametry Apple M1 tak, jak je výrobce představil.

• 64bitová architektura ARM
• výroba 5nm procesem u TSMC (aktuálně nejlepší technologie na planetě)
• 16 miliard tranzistorů
• architektura sdílené paměti pro CPU, GPU i neural engine (cache i RAM)
• 8× CPU
  • 4 jádra „Icestorm“ zaměřená na energetickou efektivitu
  • 4 jádra „Firestorm“ zaměřená na vysoký výkon
• 8 GPU jader
  • dle Apple nejrychlejší integrované GPU na světě
• 16 jader Neural Engine
• podpora a optimalizace v macOS (od verze Big Sur)

V případě zájmu o komplexní informace o M1 lze doporučit článek na AnandTechu.

Co říkají první uživatelé

Zejména YouTube se plní desítkami, možná už stovkami videí, kde se různí lidé vyjadřují k přechodu Apple a k prvním produktům s M1. Nelze se jimi probrat kompletně, seznam se neustále rozrůstá, takže vybírám jednoho za všechny.

Autor zde korektně zmiňuje, že neporovnává nejvyšší verzi Macbooku Air s Intel Tiger Lake. Již u prvního měření v GeekBenchi dodává také odjinud převzatá skóre s nejvyšším Core i7. U verze M1 Macbooku Air samozřejmě tento problém více variant není, čip je pouze jeden.

Nejzajímavější část tohoto videa dle mého názoru začíná kolem 6,5 minuty, kde autor měří Cinebench R23 a následně i teploty – Intel mimochodem jde v zátěži i přes přítomnost aktivního chlazení jedoucího na 100 % otáček ventilátoru až na 100 °C a podle všeho se u něj zapíná thermal-throttling, zatímco verze s M1 si vystačí s pasivním chlazením.

Doplňme, že R23 vyšla s uvedením Apple M1 a víme, že Apple si zde ve spolupráci se společností Maxon zajistil podporu pro M1 i optimalizace (obojí je v pořádku). Cinebench má v posledních letech pověst určitého etalonu nejen pro měření výkonu CPU, ale také pro měření teplot / thermal throttlingu při dlouhodobějším běhu testu. I právě kvůli novějším procesorům Intel a jejich režimům Power Limit (PL1 a PL2), kde 65–125W procesory mohou po určitý omezený čas běžet až na 224–250 W odběru (po dobu 28, resp. 56 sekund), nasazuje R23 kontinuální opakování testu právě proto, aby se Cinebench vyhnul fenoménu, kdy některá CPU běžící vysoko nad svým standardním limitem TDP stihla dokončit test dříve, než zasáhl onen 28/56s limit.

Apple díky TSMC na vlně, Intel prožívá zlé roky

Vím, že se opět opakuji, ale ona ta písnička ani nemůže být jiná: i toto video srovnává 14nm procesor Intel, tedy čip výrobně vycházející ze 14nm FinFET procesu pro Broadwell, uvedený na trh v říjnu 2014. Naproti tomu Apple M1 je vyráběn 5nm FinFET procesem u TSMC, což je tak nový výrobní proces, že prakticky kromě Applu nic takto pokročilého ještě není na trhu.

M1 verze Maců zde tedy má reálný náskok z hlediska technologie výroby na úrovni více než 6 let, což je opravdu hodně, navíc můžeme dodat, že 14nm proces Intelu byl z určité části jen dobře provedenou optimalizací předchozí 22nm technologie. Zatímco tedy TSMC se 7nm výrobou provedla revoluční přechod na EUV litografii a s 5nm ji dotáhne do ještě lepšího stavu, Intel stále technologicky dlí na 14nm procesu (přes všechny optimalizace je zkrátka více než 6 let starý), potažmo evoluci 22nm procesu (architektura Ivy Bridge, uvedená na trh v dubnu 2012).

Za těchto okolností není šokující, že je Apple M1 lepší než Intel Tiger Lake či ještě starší Coffee Lake, nabízený Applem. To tvrdím bez ohledu na architektonické rozdíly obou produktů. ARMy jsou s každou další generací Cortexů stále lepší, robustnější a umí toho stále víc – viz současný nejvýkonnější superpočítač Fugaku nesoucí ARMové procesory od Fujitsu. Intel naproti tomu díky spaní na vavřínech k zásadnímu posunu od Skylake (2015) – Kaby Lake (2016) – Coffee Lake (2017) – Comet Lake (2019) nedospěl.

• 
• 
• 

Dalších 13 fotografií

Až před sotva několika týdny (když pomineme spíše papírové produkty jako 10nm Ice Lake) přinesl něco novějšího – vedle 14nm Rocket Lake (2020 desktop) to byla právě architektura 10nm procesorů Tiger Lake (2020 mobilní), která nese konečně novou CPU architekturu, pokročilejší než to, co bylo ve Skylake. Jenže ani tato Willow Cove nepředstavuje takový posuv vpřed, aby měla v kombinaci s horším výrobním procesem šanci – ostatně pokrok je tak malý, že rychleji běžící AMD již Intel dostihla i v hodnotě IPC (což jsme nezažili snad víc než dekádu).

Může Apple spustit vlnu, která smete x86?

Za bombastickou otázku v nadpisu kapitoly se rovnou omlouvám. Odpověď na ni ale tyto řádky nepřinesou. Nemohou. Nicméně můžeme se podívat na současný stav trhu v kontextu let minulých.

První na ráně jsou samozřejmě ultramobilní čipy, potažmo SoC pro chytré telefony a další podobná zařízení. Pamětníci si možná vzpomenou na svého času zajímavé produkty, které mohly dostat x86 do mobilního, resp. ultramobilního segmentu. Například AMD Geode, který poháněl mimo jiné první generace OLPC. Nebo třídu low-end x86 produktů od Intelu, kterou souhrnně označme jako Intel Atom, ač Intel sám mnohé z produktů této třídy následně nazýval i vyššími slovy jako Celeron či dokonce Pentium.

Intel to s x86 pro chytré telefony zkusil. Když před lety zjistil, že se mu to nevyplatí (vzpomeňme v tomto kontextu na platformu SoFIA, kterou pohřbil v roce 2016), zkusil dokonce nevídaný mezikrok a výrobu některých Atomů, včetně továrního know-how, přesunul na levné čínské partnery jako Spreadtrum či Rockchip. Oproti současné nudě na trhu smartphonů, kde vše je ARM, si mnozí vzpomenou například na některé Android smartphony Asus, které nesly x86 Atom SoFIE, například Asus ZenFone 2 ZE500CL (Atom Z2560) až Zenfone 5 (Atom Z2580) atd. Intel se na své poměry velmi snažil, to mu upřít nelze. Jenže podobně jako se snažil Microsoft s Nokií a Windows Phone/Mobile 7–8–10, proti levným čínských/tchajwanským výrobcům s licenčně levnými ARMy a velkou podporou u továrníků jako Samsung či TSMC, neměl šanci.

Další na ráně jsou desktopy. Zde je vývoj zatím nejistý, zejména kvůli závislosti mnohých aplikací a nástrojů na x86. Jmenovitě to aktuálně platí třeba pro Adobe, jehož produkty zatím Apple M1 nepodporují a buď uživatelům poběží přes Rosettu 2 (tato cesta nemá oficiální podporu), nebo si musí počkat, dokud Adobe své aplikace nepřepíše do univerzálnější podoby – ihned a zcela odstavit x86 nemůže ani na Macu, protože Apple má stále na trhu spousty Maců s x86 a další ještě na trh přijdou.

Autor: Intel

Intel Tiger Lake

Z hlediska „souboje“ architektur je ale pozice x86 horší. Být Intelem (případně AMD), pomalu bych se v nadcházejících měsících začínal obávat, jestli obecně svět x86 nepřijde po Applu i o další zákazníky, protože pokud Apple ukáže, že ARM je konkurenceschopný x86 i v desktopech, mohli by „kacířské myšlenky“ na opuštění x86 ve prospěch jiné architektury dostat i opravdu významní odběratelé x86 procesorů, tedy Microsoft s Xboxy a Sony s Playstationy.

Je to samozřejmě úvaha sahající drahně let dopředu – v těchto týdnech jdou na trh nové konzole Xbox Series X a Playstation 5, které samozřejmě staví na x86 CPU + GPU od stejného výrobce, tedy AMD – ale kdo ví, jestli v Microsoftu či Sony nehrají „scénář co kdyby“ a nebudou jednoho dne následovat Apple (M1) i Amazon (Graviton) a Google, kteří také své ARMy vyvíjí. Mohl by se otevírat prostor pro Nvidii, která ARM za obrovské peníze koupila (a s ARMy má minimálně od projektů jako Denver či Shield také své zkušenosti), přičemž by zde mohla být oproti Intelu ve výhodě opět AMD, která si velké procesory s ARM jádry zkusila, vzpomeňme řadu Opteron A1100. Stejné ale platí i pro Qualcomm, který si například s mnohojádrovými serverovými ARMy také nějakou dobu hraje.

Mimochodem, taková zajímavost v kontextu nových Maců: na webu Apple můžete v těchto dnech koupit jak Mac mini s 6×CPU Intel Core i5 8. generace (což je 3 roky starý Coffee Lake), tak verzi s 8×CPU Apple M1. Obě mají 8 GB RAM a 512 GB SSD. Verze s Intelem stojí 33990 Kč, verze s Apple stojí 27990 Kč a v prodeji má Apple i M1 verzi s 256GB SSD za 21990 Kč. U Macbooku Air už Apple ani nic neřeší a nabízí jen verzi s M1, 13palcový Macbook Pro má k dispozici v obou variantách, intelovská je pak dražší doslova výrazně: 45 vs. 59 tisíc Kč.

Bude kde vyrábět?

Dovolte mi ale ještě jednu myšlenkovou linii. Většina úvah na téma úpadku x86 a rostoucí nadvlády ARM stojí na jedné vratké noze. V podstatě všechny do jedné porovnávají současnou mizérii Intelu s tím nejlepším, co na této planetě lze na ARMu nabídnout, tedy procesory vyrobenými 7nm či 5nm FinFET EUV procesy u TSMC.

Jenže TSMC není nekonečně nafukovací. Ač neustále navyšuje své výrobní kapacity a staví další nové továrny, poptávka po výrobě u ní je stále v převisu nad nabídkou a to nemluvíme o tom, že někteří to ani nezkoušejí (z mnoha různých důvodů). Představte si hypotetický scénář, ve kterém má TSMC 1000× větší výrobní kapacity než dnes a může uspokojit jakoukoli poptávku na světě.

Představte si, že k ní veškerou svoji výrobu přesune Intel a díky tomu bude moci v desktopech nabídnout 5nm procesory Tiger Lake o 16 jádrech (32×HT) a k tomu na znovuoživené platformě HEDT také 5nm Tiger Lake-E s 32 jádry (64× HT) či ještě více. Vše s hodnotami TDP i reálné spotřeby na úrovni nižší než je jeho současná 14nm nabídka. Dovolím si tvrdit, že v takovém případě by Apple ztratil primární důvod, proč od Intelu odejít.

Nemyslím si, že děravost Intel CPU z hlediska chyb typu Spectre, Meltdown, HT a dalších, by byla důvodem dostatečným, to Intel řeší a vyřeší s novými CPU tak jako tak (a na mnohé z chyb trpí AMD, POWER i ARM stejně tak).

Zapomenout však v tomto hypotetickém scénáři nesmíme na jednu věc: není realizovatelný po technické stránce. Zatímco dnes totiž Intel umí (byť za cenu velkých obětí v energetické efektivitě) jít s taktem CPU klidně na 5,3 GHz (AMD u Ryzenu 5950X uvádí Boost 4,9 GHz), tak TSMC se něčemu takovému ve výrobě ARMů ani zdaleka neblíží.

Autor: Intel

Intel Skylake PL limity

Takže i kdyby nakrásně vyrobila 64jádrový ARM, jeho takty budou spíše poloviční, maximálně dvoutřetinové oproti Intelu (případně tomu co uměla AMD s 32nm 8jádrovým FX-9590 s TDP 220W už v roce 2013, tedy 5,0 GHz na všech jádrech, byť za cenu extrémní spotřeby (na tehdejší poměry)). Víme, že současné Zeny od AMD, které pro ni vyrábí TSMC pomocí 7nm procesu, využívají pro AMD navrženou speciální verzi tohoto procesu, která nepochybně více cílí na vysokou frekvenci než nízkou spotřebu (v relativním slova smyslu). 

Faktem je, že čip Apple M1 s frekvencí kolem 3,0 GHz představuje solidní začátek 5nm výroby a můžeme se těšit, co TSMC předvede s 5nm ARMy dál. Pro srovnání, současná špička volně prodávaného ARMu, tedy Qualcomm Snapdragon 865+, končí s taktem na 3,1 GHz (Intel Core i9–10900K tedy umí, byť krátkodobě a za určitých optimálních okolností, o 70 % vyšší takt).

Každopádně abych se vrátil tématu: celý ARM svět stojí a padá s volnou dostupností bleeding-edge procesů u TSMC a jejími výrobními kapacitami. Samsung v tomto ohledu hraje druhé housle, jakkoli také umí vyrábět čipy skvěle. Důkazem budiž nové Radeony RX 6000 a GeForce RTX 3000 – ani jedny z těchto karet, ač formálně uvedené na trh, nejsou běžně dostupné. GeForce RTX nejvyšších typů se prakticky nedají sehnat, Radeony po jednotlivých kusech pro pár (doslova pár) šťastlivců, kteří nedělají nic jiného, než refreshují stránku z e-shopu, aby během minuty urvali těch pár naskladněných kousků.

Tohle, právě tohle, je velký problém současné výroby procesorů. Nijak to nevylepšuje Apple, který nyní uvolňuje zastaralé 14nm kapacity u Intelu a z už tak napjatého scheduleru výroby u TSMC ukrojí vedle čipů pro iPhony či iPady další významný kus. Jak víme, Apple si může dovolit zaplatit víc než jiní a navíc jde o stabilního partnera s velkými objednávkami, což je pro TSMC výhodné.

Jsem toho názoru, že úspěšnost TSMC ve výrobních procesech v posledních letech z něj stále více a více činí onen pověstný „single point of failure“, nemalé riziko do budoucna. Vzpomeňme záplavy v jihovýchodní Asii, kde se vyrábí drtivá většina pevných disků, před necelými 10 lety. Tehdy pevné disky skokově zdražily a navíc byly znatelně hůře dostupné a trh se z toho vzpamatovával celé měsíce.

Občas se stane, že v TSMC dojde k nějaké nehodě (výpadek napájení, sw chyba ve výrobních linkách…) – to se pak IT weby předhánějí v tom, kdo přesněji vyčíslí za prvé škodu, za druhé počet zničených waferů a hlavně za třetí velikost výpadku vyrobených čipů a dobu, po kterou se bude výpadek srovnávat (plus volitelně za čtvrté, jak to ovlivní ceny CPU a grafických karet na trhu). Je to podobné, jako když někde shoří ropný tanker a české TV zpravodajství se zaplní reportážemi o tom, o kolik a jak rychle zdraží benzín/nafta.

Apple neúspěch neodpouští

Výše uvedené odstavce jsou ale z hlediska Applu irelevantní. Firma proslula tím, že když ji některý dodavatel zklamal, nebo dostatečně neohnul hřbet v požadavcích, jak by si přála, nemilosrdně jej nahradí. Stalo se to IBM s procesory PowerPC (byla vyměněna právě za Intel, jehož první procesory Core byly na svou dobu skvělé). Stalo se to Qualcommu (boj o 5G modemy, kdy to nějakou dobu vypadalo, že dodavatelem pro Apple bude právě Intel, proběhl před pár měsíci). Stalo se to Nvidii, jejíž GPU generace G8× s výrobní vadou postihly i Apple a tatam byla vřelá spolupráce zahájená roku 2001 s bombastickým uvedením GeForce 3 exkluzivně nejdřív pro Apple, kdy si na pódiu v Tokiu šéf vývoje v Nvidii David Kirk podával ruce se Stevem Jobsem.

Pandořina skřínka byla otevřena, džin byl vypuštěn z lahve. Cesty zpět není, Apple u prvních velkých/výkonných produktů přešel na své vlastní procesory a není ani tak podstatné, že je to ARM. Podstatné je to, že jsou to jeho vlastní procesory. Vlastní v tom smyslu, že už nebude muset řešit nekvalitní výrobu čipů partnera (jako s Nvidií), ne-bezpečný návrh architektury partnera (jako u Intelu), neschopnost vyrábět s adekvátně rostoucím poměrem výkon/spotřeba (jako u IBM PowerPC a nyní Intel x86). To vše totiž ve výsledku vrhalo a vrhá negativní světlo ne na IBM, Nvidii, Intel, ale na Apple samotný. Jestli něco Steve Jobs nesnášel, tak když muset řešit cizí neschopnost a neplnění slibů. Toto dědictví má Apple dodnes.

Být Intelem či AMD, tak se nadále obávám trendu doby, kdy se Apple bude snažit i přetahovat další schopné inženýry do svých řad. Tím ve svém důsledku oslabovat budoucí vývoj x86 produktů a posilovat naopak produkty své, což od roku 2020 na poli CPU znamená architekturu ARM.

Na co si u Apple dát pozor

Za normálních okolností bychom na tomto místě mohli skončit. Apple má ale jednu věc, která vyžaduje ještě pár slov. Klidně jim říkejme „One More Thing“. Bez ohledu na to, jak skvělý je Apple M1 oproti procesorům jako Coffee Lake či nyní Tiger Lake a bez ohledu na to, zdali produkty Applu s přechodem na ARM čeká zářná budoucnost, je potřeba mít na paměti též jednu věc: abyste byli s produkty Apple spokojeni, musí vám vyhovovat jejich způsob fungování, jeho tempo obměny techniky a jeho omezení, která vám klade do cesty.

Autor: Apple

Příslušenství pro Apple monitor

Způsob fungování znamená především způsob, jakým Apple přistupuje k celému životnímu cyklu počítačů a zejména jeho řízení skrze aktualizace OS. Firma nechvalně proslula tím, že aktivně znemožňovala výměny akumulátorů již kdysi dávno třeba v přehrávačích iPod. Firma je momentálně slavná třeba tím, že si za lepší stojan pro svůj monitor Pro Display XDR účtuje necelých 29 tisíc Kč (je to v podstatě kus hliníku se dvěma klouby) a za adaptér pro VESA držák si účtuje necelých 6 tisíc Kč (ještě menší kousek hliníku bez kloubů).

Proč jeho monitor nemá rovnou systém VESA, případně proč polohovací stojan u monitoru za 140 až 165 tisíc Kč pro profesionály není rovnou obsažen? To berte jako řečnickou otázku. Prostě není a pokud tuto funkčnost chcete, připlaťte si. Podobně jako si musíte připlatit za rychlonabíječku u iPhonů, protože standardně v balení není.

Dále víme, že s aktualizacemi OS často Apple výrazně omezuje funkčnost produktů. Slavnou se stala zejména aktualizace iOS pro iPhony 6, která snižovala bez vědomí uživatelů výkon ARM SoC, aby udržela stále stejnou výdrž telefonu s baterií, které přirozeně postupem doby klesala kapacita a zabránila náhlému vypínání telefonu při špičkách zatížení SoC. Nezapomenutelně též Apple provedl přechod na 64 bitů, kdy zkrátka jednoho dne odstavil 32bitové aplikace bez náhrady. Takto bychom ve výčtu mohli pokračovat dál

Alan Kay

Všechny tyto aspekty spojuje jediné: Apple chce mít plnou kontrolu nad kvalitou své platformy.Nechce na svůj píseček pustit žádné alternativní obchody, žádné alternativní prohlížeče webu, žádné alternativní výrobce akumulátorů atd.

Na jednu stranu je to zcela logická a pragmatická firemní politika. Na stranu druhou ale značně omezuje uživatele v možnostech, Richard Stallman by řekl, že jej okrádá o jeho svobody nakládat se svým zakoupeným zařízením, jak uzná za vhodné. Pokud toto navíc přiživuje vpravdě brutální cenovou politikou, pak je celkový obraz dokonán.

Pokud vás tato problematika zajímá více, a to i v širším kontextu, který se nyní v USA diskutuje, tedy práva na opravu zařízení (right to repair), pak doporučuji například YouTube kanál nezávislého opraváře Louise Rossmanna, který pravidelně své diváky zásobuje videi shrnujícími i mnohé ukázky diletantství některých zaměstnanců a opravářů v Apple Storech.

Opět tedy zdůrazním důležitý aspekt ze začátku této části textu: aby byl uživatel s produktem Apple spokojen – a platí to stejně tak pro Macbook ši Mac mini s Apple M1 – musí mu vyhovovat i operační systém, jeho rozhraní, přístup k životnímu cyklu výrobků i jeho politika cenová.

Papírově skvělý a povinný

Apple M1 je papírově skvělý procesor/čip. Možná stojí na začátku revoluce ve světě osobních počítačů. Jako produkt své firmy má ale některá negativní specifika, se kterými je možné se pouze smířit. Ve výsledku je to ale jedno, protože pokud budete chtít v roce 2023 koupit nový Mac, tak v něm zkrátka bude Apple ARM. Výrobci softwaru se do té doby buď přizpůsobí, nebo zmizí.