Apple M2 – druga generacja przełomowego układu SoC

18% większa wydajność w operacjach wielowątkowych CPU oraz 35% większa wydajność GPU w porównaniu do poprzednika – takie obietnice składa producent przy okazji premiery nowego układu SoC Apple M2, następcy przełomowego i niezwykle popularnego M1. Czy druga generacja układu ARM dla Maków i iPadów sprosta wysokim oczekiwaniom?

Co nowego w Apple M2?

Nowy SoC naturalnie nie wywraca świata komputerów Apple do góry nogami, tak jak czyniła to premiera Apple M1, zapowiedź całkowitego przejścia na architekturę ARM i porzucenie stosowanych przez kilkanaście ostatnich lat procesorów Intela. Nie znajdziemy tu znaczących zmian w specyfikacji, drastycznego skoku wydajności, ani nawet nowego, bardziej energooszczędnego procesu litograficznego.

Apple M2 wydaje się być ewolucją i pewnym sposobem na przeczekanie wciąż trwającego kryzysu na rynku półprzewodników oraz odejścia wielu utalentowanych inżynierów na rzecz firm takich jak Nuvia. Mimo to nowy SoC przynosi znaczący wzrost wydajności (szczególnie GPU), długo wyczekiwaną możliwość zaadresowania większej ilości pamięci RAM oraz nowy enkoder / dekoder obsługujący format ProRes i ProRes RAW.

Nieodległa przyszłość układów Apple Silicon

Premiera Apple M2 mówi nam nieco na temat przyszłości rozwoju układów SoC od Apple Silicon. M1 oparty był o architekturę rdzeni “małego” układu Apple A14 stosowanego m.in. w iPhone 12, przy czym liczba rdzeni wysokowydajnych (Firestorm) została zwiększona z dwóch do czterech, a ich maksymalne taktowanie podniesione do 3,2 GHz. Na podstawie M1 powstały bardziej wydajne odmiany Pro, Max i Ultra, które wyposażono w większą liczbę rdzeni CPU i GPU, rozbudowane możliwości dekodera / enkodera, wydajniejszy kontroler pamięci i obsługę dodatkowych złącz, ale bez znaczących zmian w architekturze CPU i GPU względem swojego protoplasty. W Apple M2 znajdują się nowocześniejsze rdzenie CPU Avalanche i Blizzard znane z układu A15 napędzającego m.in. w iPhone 13, a także pochodzące z tego samego układu GPU – tyle że o większej liczbie rdzeni. Można więc spodziewać się zastosowania identycznych lub co najmniej bardzo podobnych rozwiązań w zakresie architektury również w wydajniejszych wersjach Pro, Ultra i Max, które trafią do bardziej zaawansowanych komputerów. Takie podejście pozwala Apple na oszczędność: raz opracowana architektura trafia zarówno do iPhone’ów, jak i iPadów, MacBooków oraz stacjonarnych Maków, oczywiście pod różnymi nazwami, a także w różnych konfiguracjach częstotliwości i liczby rdzeni.

Specyfikacja i wydajność Apple M2 – porównanie z poprzednikiem

Apple M2, podobnie jak poprzednik, pozostaje układem ośmiordzeniowym, złożonym – założeniami technologii big.LITTLE – z czterech rdzeni wysokowydajnych (Avalanche) oraz czterech rdzeni energooszczędnych (Blizzard).

W porównaniu do stosowanych w M1 rdzeni Firestorm i Icestorm nie znajdziemy tu znaczącej poprawy architektury w zakresie wydajności obliczeniowej, zastosowano jednak wiele usprawnień mających na celu poprawę wydajności energetycznej, co ostatecznie pozwoliło na podniesienie taktowania “dużych” rdzeni z 3,2 GHz do 3,5 GHz, a rdzeni małych – z 2 GHz do 2,8 GHz . Zwiększeniu uległa również ilość współdzielonej między rdzeniami pamięci cache drugiego poziomu L2 z 12 do 16 megabajtów, a rdzenie energooszczędne (Blizzard) zyskały czwartą jednostkę stałoprzecinkową. Całość zmian przełożyła się na 18% wzrost wydajności.

Więcej zmian wprowadzono w zakresie GPU. Opracowany przez Apple układ zyskał dwa dodatkowe rdzenie, 10% wyższe taktowanie oraz więcej pamięci cache, co przełożyło się na o 35% większą wydajność w porównaniu do poprzednika. Na takie osiągi można jednak liczyć jedynie kosztem większego apetytu na energię w trybie 15W. W nominalnym trybie pracy 12W wzrost wydajności ogranicza się do 25%. Takie rozwiązanie, zwiększenie limitu szczytowego zapotrzebowania na energię, może potencjalnie negatywnie odbić się na osiągach pozbawionego aktywnego chłodzenia MacBooka Air z procesorem M2.

Procesor GPU zastosowany w Apple M2 występuje również w przyciętej, ośmiordzeniowej wersji w najtańszych modelach MacBooków, podobnie jak miało to miejsce w przypadku M1, gdzie stosowano układ siedmiordzeniowy.

Pozostałe zmiany

Poza omówionymi wyżej zmianami w CPU i GPU, Apple M2 zyskał również obsługę monitorów 6K, nowy enkoder / dekoder z obsługą wideo 8K i formatów ProRes oraz ProRes RAW, wzrost możliwej do zaadresowania pamięci RAM z 16 do 24 GB, a także kontroler pamięci o przepustowości 100 GB/s pracujący ze zintegrowanymi w układzie SoC pamięciami typu LPDDR5-6400. Głównym beneficjentem nowego kontrolera jest GPU, gdzie relatywnie niska przepustowość kontrolera pamięci stosowanego w M1 stanowiłaby wąskie gardło ograniczające wydajność.

Liczba rdzeni procesora uczenia maszynowego (nazywanego Neural Engine) nie uległa zmianie i dalej wynosi szesnaście, ale za to liczba operacji możliwych do wykonania w przeciągu sekundy wzrosła z 11 miliardów do 15,6 miliardów.

Niestety, Apple M2 wciąż nie obsługuje większej liczby złączy: do dyspozycji mamy jedynie dwa złącza USB4 / Thunderbolt 3. Dla wielu bardziej zaawansowanych użytkowników może to być zdecydowanie za mało, szczególnie gdy jedno ze złączy zajęte jest przez ładowarkę.

Litografia 3 nm? Jeszcze nie teraz

Apple M2 został zbudowany w oparciu o usprawniony w stosunku do poprzednika proces litograficzny 5 nm – TSMC N5P. Taka decyzja spowodowała pewne rozczarowanie, wiele plotek wspominało bowiem o przejściu na nowszy, bardziej energooszczędny proces 3 nm.

Niestety jednak kryzys na rynku półprzewodników trwa nadal, a lista zamówień u największego ich producenta – tajwańskiego TSMC – wydaje się jedynie wydłużać. Sytuacja może ulec poprawie dopiero przy okazji premiery układów kolejnej generacji.

Przegrzewające się MacBooki Pro?

Według niepotwierdzonych relacji niektórych z pierwszych użytkowników MacBooków Pro 13″ wyposażonych w układ Apple M2, ich komputery pod znacznym obciążeniem nagrzewają się do zatrważająco wysokich temperatur. Skutkuje to ograniczeniem wydajności w wyniku uruchomienia mechanizmu thermal throttlingu zapobiegającego uszkodzeniu układu SoC pod wpływem temperatury.

Użytkownik Twittera Vadim Yuryev donosi, że jego MacBook Pro osiąga 108 stopni Celsjusza przy eksporcie nagrań RAW w rozdzielczości 8K. Choć jest to zastosowanie dość ekstremalne, połączenie wyższego apetytu na prąd, niedostatecznie wydajnego chłodzenia. i braku nowego procesu litograficznego może skutkować znaczącym spadkiem kultury pracy układu Apple M2 w porównaniu do M1.

Można spodziewać się, że Apple zaadresuje ten problem przy pomocy aktualizacji oprogramowania, może to jednak skutkować ograniczeniem wydajności układu w celu utrzymania temperatur we w miarę rozsądnych ryzach.

Do jakich komputerów i tabletów trafi Apple M2?

Najsłabszy z nowej generacji układów Apple Silicon trafił już do MacBooka Air (2022) i MacBooka Pro 13″. W niedługim czasie spodziewać się można umieszczenia Apple M2 w nowym iPadzie Pro i komputerach iMac oraz Mac Mini.

Pozostałe komputery, takie jak MacBooki Pro 14″ i 16″, Mac Studio oraz hipotetyczny Mac Pro, poczekać będą musiały do opracowania wydajniejszych układów z linii Pro, Max i Ultra.

Nie należy się natomiast spodziewać umieszczenia Apple M2 w iPadach Air lub – w szczególności – w iPhone’ach.