Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Co wiemy o budowie SoC Apple M1

ghost666 11 Mar 2021 17:46 2655 0
  • Co wiemy o budowie SoC Apple M1
    Zaprezentowanie przez Apple układu M1 z pewnością wywołało pewne trzęsienie ziemi, ale nikt nie spodziewał się idących za nim fal uderzeniowych. Dopiero po pojawieniu się produktów wykorzystujących nowy SoC i ostatecznemu poddaniu ich testom porównawczym, M1 można było w pełni docenić. Pierwszy scalony produkt opracowany przez zespół projektantów Apple, przeznaczony dla linii komputerów osobistych, przewyższył wiele konkurencyjnych mikroprocesorów i prawie wszystko, co jest obecnie dostępne w innych produktach Apple, szczególnie w testach jednordzeniowych i GPU.

    Apple było na tyle łaskawe, że opublikowało zdjęcie omawianych kości (kolejny mały szczegół, który umieścił ich w gronie firm, takich jak AMD i Intel, ponieważ jest to teraz tradycyjna strategia prezentowania nowego procesu). Zostały one szybko przeanalizowane przez maniaków procesorów, takich jak Andrei Frumusanu z Anandtech.

    Wiemy od najwcześniejszych zapowiedzi, że M1 wykorzystuje rdzeń ARM i mieści się w kategorii układów zwanych system-on-chip (SoC). W przypadku projektów chipletów, które mają w najbliższej przyszłości przejmować rolę tradycyjnych konstrukcji procesorów, analitykom może być łatwiej zidentyfikować poszczególne elementy funkcjonalne, ponieważ będą one fizycznie odrębnymi kawałkami krzemu.

    Zrozumienie architektury SoC wymaga trochę bliższego przyjrzenia się systemowi. Ale wysiłek ten jest tego warty - dla konkurencji lub każdego, kto jest zainteresowany efektywnym wykorzystaniem powierzchni w układach krzemowych. Jak wiemy z najczęściej cytowanej przewagi paradygmatu SoC wykorzystującego chiplety nad konstrukcjami monolitycznymi, produkty SoC szybko stają się złożone, trudne i kosztowne. Trend napędza elitarność w „klubie SoC”, ponieważ mniej firm chipowych może uczestniczyć w tym trendzie. Dlatego też coraz więcej z nich sięga po chipletową architekturę i korzysta z jej zalet.

    Zrozumienie najlepszych w swojej klasie produktów i badanie najnowocześniejszych technologii jest bardzo krytyczne dla dalszego zrozumienia optymalnych ścieżek rozwoju układów SoC.

    Funkcje M1

    Kilka cech M1 SoC wyróżnia się od razu po spojrzeniu na sam układ.

    Po pierwsze, obszar przeznaczony na pamięć podręczną systemu jest niewielki. Projektanci Apple skupili się na funkcjonalności zamiast pamięci. Uniwersalna architektura pamięci (UMA) systemu M1 zwalnia miejsce w strukturze, utrzymując LPDDR4X DRAM pod ręką. Podejście UMA umożliwia współdzielenie oddzielnych komponentów DRAM zarówno przez rdzenie CPU, jak i GPU w celu optymalizacji rozplanowania wewnętrznego SoC. Utrzymywanie fizycznego zamknięcia pamięci DRAM jest koncepcją zapożyczoną z mobilnych procesorów, w których pamięć układa się na wierzchu procesora aplikacji w konfiguracji „kanapki”. Zostało to omówione bardziej szczegółowo w innych materiałach poświęconych analizom nowoczesnych układów scalonych. Istotną różnicą pomiędzy podejściem stosowanym w komputerach, a systemach mobilnych jest optymalizacja: układy dla komputerów zaprojektowano z myślą o wyższej wydajności i lepszym rozpraszaniu ciepła, podczas gdy mobilne konstrukcje są minimalistyczne zarówno pod względem zajmowanej przestrzeni, jak i zużycia energii.

    Duża część kości M1 jest poświęcona rdzeniowi GPU. Można uznać, że to nie jest żadna niespodzianka. I w istocie nie jest - nikt nie spodziewałby się, że Apple poświęci wydajność grafiki, zmniejszając przestrzeń przeznaczoną na zintegrowany procesor graficzny. Ponownie, na pewnym poziomie architektura zapożyczona jest z projektu procesora dla aplikacji mobilnych.

    Innym aspektem wewnętrznego rozplanowania układu M1, ujawnionego przez Apple, jest przewaga ogólnych komórek logicznych (w przeciwieństwie do rdzeni przetwarzających). Jest to zaleta projektowania mikroprocesorów specjalnie zbudowanych dla własnego systemu operacyjnego. Możliwe jest wbudowanie niektórych funkcji do jego oprogramowania układowego i zachowanie rdzeni procesora dla bardziej wymagających zadań.

    Ma to związek z paradygmatem, który ukuł znakomity analityk ds. Technologii, Paul Boldt. W jednej z swoich wypowiedzi cytował Alana Kaya: „Osoby, które naprawdę poważnie podchodzą do oprogramowania, powinny tworzyć własny sprzęt”.



    Ciekawą możliwość stwarza konstrukcja typu flip-chip, w której montuje się najbardziej zaawansowane układy scalone. Pozwoliło to na szybkie uzyskanie obrazów matryc elementów w układzie, głównie dzięki temu, że krzem jest przezroczysty w podczerwieni. Podejście wykorzystujące montaż flip-chip oszczędza czas i koszty.

    Łatwy dostęp do układu M1 w komputerze Mac mini pozwolił również na jego obserwację podczas testów wydajności procesora. Korzystając z kamery termowizyjnej, można było zlokalizować aktywne obszary układu na podstawie ich sygnatury cieplnej. Przykładowy obraz pokazany poniżej, zawiera jasnożółty obszar, który wskazuje na pojedynczy rdzeń o wysokiej wydajności aktywny podczas pracy komputera. Dzięki wczesnemu dostępowi do testów porównawczych, takich jak Geekbench 5, stworzonych specjalnie dla układu M1, podejście to pozwoliło na potwierdzenie lokalizacji w układzie między innymi wysokowydajnych rdzeni procesora Firestorm i wydajnych rdzeni Icestorm, GPU i akceleratora sieci neuronowej.

    Obrazowanie termiczne było tutaj bardzo pomocne i otwiera ono drzwi do bardziej zaawansowanych testów. Jednak inne platformy komputerowe, zwłaszcza mobilne, komplikują taką analizę. Ale, jak to mówią, jeśli jest wola, jest sposób. Co ważniejsze (i oczywiste w branży półprzewodników i nie tylko), jeśli jest wystarczający budżet, prawdopodobnie można to zrealizować.

    Co wiemy o budowie SoC Apple M1
    Obraz M1 z kamery termowizyjnej podczas pracy jednego rdzenia procesora.


    Chociaż duży nacisk na M1 jest związany z jego architekturą (i słusznie, jak zauważają analitycy), projekt i struktura układu oferuje więcej niż tylko kilka interesujących technicznych aspektów. Podłoże wykorzystane w M1 BGA - z dwoma w pełni zamkniętymi obudowami LPDDR4X montowanymi obok siebie – jest takie samo lub bardzo podobne, co w układzie do wersji mobilnych procesorów z serii A, A12X i A12Z, używanych m.in. w iPadach.

    Prawdopodobnie najlepszym narzędziem do uzyskania ogólnej wiedzy na temat złożonych struktur wewnętrznych tego systemu, przy jednoczesnym zapewnieniu szczegółowego obrazowania do analizy jest rentgenowska tomografia komputerowa. Firma System Plus Consulting opublikowała przegląd wyników skanowania CT i zidentyfikowała integrację krzemowych kondensatorów odsprzęgających zarówno powierzchniowych, jak i osadzonych w podłożu w układzie M1. Ten wgląd w obudowę jest częścią standardowej analizy wstecznej w analizie kosztu produkcji układu, jaka przeprowadzona została w System Plus.

    Co wiemy o budowie SoC Apple M1
    Widok RTG układu M1 w perspektywie.


    System Plus niedawno zaktualizował swoje raporty dotyczące kosztów o nową analizę, która obejmuje nowe elementy, których nie było we wcześniejszych raportach. Według prezesa System Plus, Romaina Frauxa, „Nowy raport dotyczący Apple M1 zawiera dwie ważne analizy, które są nowymi produktami dla System Plus. Obecnie oferujemy raport z planu rozplanowania układu lub jego architektury - i analizę strukturalną front-endu z wykorzystaniem TEM (transmisyjny mikroskop elektronowy), jako dodatek do naszego bardzo popularnego raportu dotyczącego wyceny układów, skupiającego się na szczegółach na poziomie struktury krzemowej i obudowy. Ten nowy kompleksowy raport znacznie zwiększa wartość naszych wysiłków w zakresie analizy porównawczej”.

    Role odgrywane przez iPada Pro

    Od kilku lat wiele dyskusji i spekulacji toczy się wokół iPada Pro i jego znaczenia dla Apple. Czy iPad Pro będzie docelowo zamiennikiem laptopa? To myślenie podsyciło również dyskusję na temat możliwego przejścia procesora mobilnego i tandemu iOS na produkty dedykowane do komputerów osobistych.

    Bez wątpienia iPad Pro był częścią dużych zmian w Apple. Powtórzenie projektu obudowy SoC w iPadzie, Macbooku Air i Pro, a także w Macu mini z pewnością wskazuje na wiele cech wspólnych tych konstrukcji.

    Co wiemy o budowie SoC Apple M1
    Układy M1 i A12X wyglądają zewnętrznie identycznie.


    Benchmarking tych produktów koncentruje się również na ich kosztach. Konkurencyjne zespoły wywiadowcze działające w firmach produkujących chipy nie muszą szukać daleko, aby porównać specyfikacje wydajności tych elementów z własnymi projektami. Jednak duża przewaga konkurencyjna może również wynikać ze struktury kosztów w porównaniu z konkurencją. Rozłożenie produktu na części - do gołego krzemu - ujawnia te szczegóły (w rozsądnym stopniu szczegółowości), biorąc pod uwagę odpowiednie doświadczenie, wiedzę branżową i modele.

    Źródło: https://www.eetimes.com/probing-the-apple-m1s-hidden-depths/

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 10322 posts with rating 8606, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • MetalWorkMetalWork