Apple M1-Chip vs. Intel x86-Prozessoren: Was ist der Unterschied?

22. Juni^nd, 2020 markierte mit der Ankündigung einer brandneuen Linie von benutzerdefinierten Desktop- und Mobil-CPUs mit dem Markennamen „Apple Silicon“ einen sehr bedeutenden Meilenstein für Apple. Bis zu diesem Zeitpunkt und sogar zum Zeitpunkt des Schreibens war Apple eine Partnerschaft mit Intel eingegangen, um CPUs für seine Laptop- und Desktop-Produkte wie das MacBook Pro und das Mac Pro bereitzustellen. Mit der Ankündigung dieser neuen Produktreihe von kundenspezifischem Silizium plant Apple, von den von Intel bereitgestellten CPUs zugunsten von Prozessoren überzugehen, die das Unternehmen selbst entwickeln und herstellen möchte.

Apple hat bereits mit großem Erfolg eigene maßgeschneiderte Mikroprozessoren für seine iPhones entwickelt und hergestellt, und es ist keine Überraschung, dass es diese Anerkennung nun verstärken möchte, indem es auf den Markt für mobile und Desktop-CPUs abzielt. Dieser Schritt wird auch durch Intels völligen Mangel an Innovation und Fortschritten in letzter Zeit nicht nur bei seinen Desktop-CPU-Reihen, sondern auch auf dem Laptop-CPU-Markt gerechtfertigt, wo Parameter wie Effizienz an erster Stelle stehen. Intel hatte gut dokumentierte Probleme mit seiner gezielten Umstellung auf den 10-nm-Fertigungsprozess, so dass sie für die meisten ihrer Produkte vorerst noch bei 14nm festsitzen. Umso wichtiger ist der Übergang von Intel zu Apples eigenem Silicon für ein Unternehmen mit einem Ruf wie dem von Apple.

Apfel Silikon

Wir haben bereits die Grundlagen von Apple Silicon und was es für Intel bedeutet in diesem Artikel, aber im heutigen Inhaltsteil haben wir eine Vielzahl neuer Informationen über Apple Silicon, einschließlich des ersten Produkts, das Apple offiziell unter dem Apple Silicon-Branding produziert hat. Apple Silicon ist im Grunde als eine Reihe von Prozessoren gedacht, über die Apple die volle Kontrolle hat, sei es in Bezug auf Design, Herstellung, Produktion, Leistung, Optimierung oder was auch immer. Apple zielt darauf ab, die Benutzererfahrung und Leistung seiner Laptop- und Desktop-Produkte mit dieser Reihe von CPUs exponentiell zu verbessern, da diese Produkte aufgrund des Fehlens signifikanter Leistungssteigerungen von Intels Seite etwas stagnierten.

Auch bei der Herstellung der Prozessoren selbst geht Apple Silicon einen ganz anderen Weg als Intel. Im Gegensatz zu Intels Prozessoren, die auf der x86-Architektur basieren, basiert Apple seine benutzerdefinierten CPUs auf der ARM-Architektur, die mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen verbunden ist, die später in diesem Artikel erläutert werden. Durch die Kombination der ARM-Architektur mit dem 5-nm-Fertigungsprozess von Apple zielt Apple darauf ab, kundenspezifische Mikroprozessoren herzustellen, die Intels Angebote nicht nur in Bezug auf Leistung, sondern auch in Bezug auf Effizienz übertreffen, was für Laptop-Produkte wie die MacBook-Serie ein wichtiges Anliegen ist.

Apple M1-Chip

Apples erstes Produkt unter dem Markennamen Apple Silicon kam am 10. November^das, 2020 namens Apple M1. Dies ist ein kundenspezifischer Chip, der von Apple basierend auf der ARM-Architektur entwickelt und auf dem 5-nm-Prozessknoten hergestellt wurde. Apple M1 verspricht den Benutzern von Laptops und Desktops, die die Leistung dieses Chips nutzen, branchenführende Leistung, leistungsstarke Funktionen und eine unglaubliche Effizienz. Als System-on-a-Chip (SoC) vereint der M1 eine Reihe leistungsstarker Technologien in einem einzigen Chip in einem wirklich interessanten und innovativen Design, das es bisher weder von Intel noch von AMD gab. Ganz zu schweigen davon, dass M1 der erste PC-Chip ist, der mit dem 5-nm-Prozessknoten gebaut wurde.

Apple hat eine Reihe von kühnen Behauptungen bezüglich der prognostizierten Leistung und Effizienz des Apple M1-Chips aufgestellt. Laut Apple verfügt der M1 über den weltweit schnellsten CPU-Kern in stromsparendem Silizium, die weltweit beste Leistung pro Watt, die schnellste integrierte Grafik der Welt in einem PC, bahnbrechende Leistung beim maschinellen Lernen mit der Apple Neural Engine. Apple behauptet, dass der M1 den größten Sprung aller Zeiten für den Mac liefert.

Produkte

Zum Zeitpunkt des Schreibens hat Apple den M1-Chip für drei seiner gängigen Konsumgüter veröffentlicht. Der Apple Mac Mini, das MacBook Air und das MacBook Pro 13" bieten jetzt eine Konfiguration mit dem Apple M1-Chip anstelle der bisher in diesen Produkten vorherrschenden x86-CPU-Angebote von Intel. Tatsächlich entfernt Apple die Intel-basierten MacBooks und Mac-Produkte nicht abrupt, sondern diese Produkte sollen mindestens zwei Jahre lang in derselben Reihe nebeneinander existieren. Apple hat eine Übergangsfrist für seine Produktlinien geplant, die derzeit voraussichtlich etwa 2 Jahre dauern wird. Am Ende dieser Übergangszeit sollen alle Apple-Geräte von Apple Silicon-Prozessoren anstelle von Intels x86-Prozessoren angetrieben werden.

Der mit Apple M1 ausgestattete Mac Mini ist ab 699 US-Dollar erhältlich, das MacBook Air ab 999 US-Dollar und das MacBook Pro ab 1299 US-Dollar.

Kernarchitektur und Design

Bisher benötigte ein Mac- oder MacBook-Produkt mehrere Chips, um alle seine Funktionen bereitzustellen. Mehrere Komponenten wie CPU, Speicher, GPU, I/O und Sicherheitskomponenten mussten im Produkt montiert und miteinander verbunden werden, um die maximale Leistung zu erbringen, die das Produkt beanspruchte. Der Apple M1-Chip ist ein einzelner System-on-a-Chip (SoC), der eine Reihe wichtiger Komponenten in einem einzigen kleinen Gehäuse vereint und ein hohes Maß an Integration bietet, das für mehr Effizienz und Leistung entscheidend ist. Der M1-Chip verfügt über satte 16 Milliarden Transistoren, was die höchste Anzahl von Transistoren ist, die Apple jemals in einen einzigen Chip eingebaut hat.

Das Herzstück des M1 ist eine 8-Kern-CPU, die sowohl die Leistung als auch die Effizienz maximiert. Aus diesem Grund verfügt er über vier Hochleistungskerne und vier hocheffiziente Kerne, die es dem M1-Chip ermöglichen, bei Bedarf Leistung gegen Effizienz einzutauschen. Apple behauptet, dass sein Hochleistungskern der schnellste CPU-Kern der Welt ist, wenn es um stromsparendes Silizium geht, daher sollten Multithread-Workloads für diese Kerne ein Kinderspiel sein. Die hocheffizienten Kerne verbrauchen ein Zehntel der Leistung der schnelleren Kerne, während sie dennoch eine Basisleistung beibehalten. Diese Kerne führen leichte Aufgaben und Hintergrundanwendungen aus, während die Hochleistungskerne die anspruchsvollsten Workloads bewältigen.

In einem nicht überraschenden Schritt hat Apple die GPU auch in den M1-Chip integriert, was die Behauptung von Apple, dass der M1 ein vollständiges „System auf einem Chip“ ist, weiter verstärkt. Die integrierte GPU des M1 zielt darauf ab, eine Balance zwischen Leistung und Effizienz zu finden, die bei mobilen Produkten wie dem MacBook entscheidend ist. Die GPU besteht ebenfalls aus 8 Kernen und kann laut Apple fast 25.000 Threads gleichzeitig ausführen. Apple behauptet auch, dass dies der fortschrittlichste Grafikprozessor ist, den sie jemals gebaut haben.

Der M1 verfügt außerdem über eine 16-Kern-Neural-Engine, die in das Kerndesign des Prozessors integriert ist. Die Neural Engine ist anscheinend in der Lage, massive 11 Billionen Operationen pro Sekunde auszuführen, was bei Anwendungen des maschinellen Lernens und der KI eine große Hilfe sein kann. Diese neuronale Engine in Kombination mit der hervorragenden integrierten GPU des M1 macht sie zu einem hervorragenden Bearbeitungs- und Rendering-Kandidaten in Apps wie Final Cut Pro. Die neue Neural Engine bietet eine bis zu 15-mal schnellere Machine-Learning-Leistung als frühere Mac-Produkte.

Apple ist auch vorangegangen und hat den Systemspeicher mit den restlichen Chipkomponenten im M1 vereinheitlicht. Der RAM des Mac Mini oder MacBook wird jetzt direkt in den Chip selbst integriert, sodass eine direkte Verbindung zur CPU und anderen Komponenten im SoC besteht. Die UMA behauptet, den Speicher mit hoher Bandbreite und niedriger Latenz in einem einzigen Pool innerhalb eines benutzerdefinierten Pakets zu vereinen, sodass alle Komponenten des SoC auf dieselben Daten zugreifen können, ohne sie zwischen mehreren Speicherpools zu kopieren. Der integrierte RAM hat jedoch einen großen Nachteil, da der RAM jetzt nicht vom Benutzer aufgerüstet oder ausgetauscht werden kann.

Verbesserungen gegenüber x86 Intel-Prozessoren

Die Entscheidung von Apple, von Intel weg und hin zu einer eigenen ARM-basierten Reihe von CPUs zu wechseln, wurde hauptsächlich von drei Hauptfaktoren bestimmt.

Effizienz

Aufgrund des alternden 14-nm-Prozesses sind die Intel-CPUs in den aktuellen MacBooks und Mac-Produkten sehr ineffizient, was insbesondere in den Laptops zu einem hohen Stromverbrauch und thermischen Throttling-Problemen führt. Diese Probleme haben die potenzielle Leistung der MacBook- und Mac-Produkte behindert und Apple war mit Intels Innovationsmangel hier sicherlich nicht zufrieden.

Mit der Einführung des M1-Chips behauptet Apple eine satte 3-mal höhere Leistung pro Watt im Vergleich zu den CPUs der letzten Generation. Dadurch kann der SoC in den MacBooks im Vergleich zu Intels x86-basierten CPUs kühler laufen und viel weniger Strom verbrauchen. Durch die Beseitigung jeglicher thermischer Einschränkungen kann der M1-Chip sein maximales Leistungspotenzial auch ohne aktive Kühlung erreichen, wie sie beim Mac Mini und MacBook Air zu sehen ist.

Noch beeindruckender ist die nun massiv verbesserte Akkulaufzeit der neuen M1-basierten MacBooks. Apple gibt für das 13-Zoll-MacBook Pro bis zu 17 Stunden kabelloses Surfen im Internet und 20 Stunden Filmwiedergabe an. Dies sind lächerliche Zahlen, die bei den ersten Tests richtig zu sein scheinen. Diese erstaunliche Akkulaufzeit ist ein direktes Ergebnis der verbesserten Effizienz des Apple M1-Chips.

Geschwindigkeit

Der M1 Chip ist nicht nur ein Meister in Sachen Effizienz, sondern auch in Sachen Leistung. Die engmaschige Struktur des SoC in Kombination mit dem Design leistungsstarker und hocheffizienter Kerne bietet eine bis zu 2x schnellere CPU-Leistung im Vergleich zum Intel-Äquivalent der vorherigen Generation. Noch beeindruckender ist die Tatsache, dass es dabei nur 25 % der Leistung verbraucht, die der PC-Chip im gleichen Szenario verbraucht hat. Dies spricht Bände über die Leistung und Effizienz des M1-Chips nicht nur heute, sondern auch in Zukunft.

Apple hat auch behauptet, dass die integrierte GPU im M1 eine deutlich höhere Grafikleistung liefert als der allerneueste PC-Laptop-Chip für eine bis zu doppelt so hohe Grafikgeschwindigkeit. Es übertrifft oder gleicht nicht nur das PC-Pendant, sondern verbraucht auch nur 33% der Leistung, die der PC-Chip im gleichen Szenario verbraucht hat. Mit 2,6 Teraflops Durchsatz behauptet Apple, dass der M1 die schnellste integrierte Grafik der Welt in einem PC hat. Effizienz und Leistung wie diese, kombiniert mit den umfangreichen Optimierungsarbeiten, für die Apple bekannt ist, können den M1 und zukünftige Apple Silicon-Produkte für die PC-Konkurrenten extrem schwer konkurrenzfähig machen.

Laut Apple liefert der M1 als Ergebnis all dieser Verbesserungen eine bis zu 3,5-mal schnellere CPU-Leistung, bis zu 6-mal schnellere GPU-Leistung und bis zu 15-mal schnelleres maschinelles Lernen, während gleichzeitig eine bis zu 2-mal längere Akkulaufzeit als bei der vorherigen Generation erreicht wird Macs.

Optimierung

Apple ist ein Unternehmen, das gerne die Kontrolle über alle Facetten des Produktionsprozesses übernimmt, wenn es um seine eigenen Produkte geht. Da Apple bereits über ein eigenes Betriebssystem verfügt, kann Apple durch die Herstellung von benutzerdefinierten CPUs und anderen Komponenten, die auf dieses Betriebssystem zugeschnitten sind, die Erfahrung des Endbenutzers enorm optimieren. Apple kann die Leistung des M1-Chips an die Anforderungen und Erwartungen des Betriebssystems und seiner Apps anpassen, während das Betriebssystem viel einfacher mit dem M1-Chip und seinen verschiedenen Komponenten sprechen kann. Dies ermöglicht eine viel höhere Granularität und Kontrolle, die zu einem viel besseren Erlebnis führen kann, als dies bisher mit Intel-CPUs möglich war.

Darüber hinaus ist macOS Big Sur so konzipiert, dass es die gesamte Leistungsfähigkeit und Leistung des M1-Chips voll ausnutzt, da Apple behauptet, dass dies die leistungsstärkste Software ist, die jemals auf ihrer fortschrittlichsten Hardware ausgeführt wurde. M1 und Big Sur versprechen nicht nur blitzschnelle Leistung und Funktionen wie Instant Wake, sondern verleihen dem Gerät auch ein hohes Maß an Sicherheit, indem sie alles in das Apple-Ökosystem einbinden.

Die Kontrolle über den gesamten Produktions- und Entwicklungsprozess hat es Apple ermöglicht, eine Vielzahl von benutzerdefinierten Technologien in den Apple M1-Chip einzuführen, darunter:

Der neueste Bildsignalprozessor (ISP) von Apple für eine bessere Videoqualität mit besserer Rauschunterdrückung, größerem Dynamikbereich und verbessertem automatischen Weißabgleich.
Die neueste sichere Enklave für erstklassige Sicherheit.
Ein leistungsstarker Speichercontroller mit AES-Verschlüsselungshardware für eine schnellere und sicherere SSD-Leistung.
Energiesparende, hocheffiziente Mediencodierungs- und -decodierungs-Engines für hervorragende Leistung und längere Akkulaufzeit.
Ein von Apple entwickelter Thunderbolt-Controller mit Unterstützung für USB 4, Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 40 Gbit/s und Kompatibilität mit mehr Peripheriegeräten als je zuvor.

Diese benutzerdefinierten Technologien ergänzen eine vielversprechende Liste benutzerdefinierter Funktionen, die Apple in seine Apple Silicon-Prozessoren einbaut.

Überleitung

Apples sofortiger Plan nach dieser Ankündigung besteht darin, diesen Übergang sowohl für die Entwickler als auch für die Endbenutzer so reibungslos und problemlos wie möglich zu gestalten. Vor diesem Hintergrund hat Apple die Option gewählt, die auf Intel-CPUs basierenden Macs weiterhin auf dem Markt zu halten und gleichzeitig neue Macs auf Basis von Apple Silicon einzuführen. Diese Koexistenz wird sich als treibende Kraft hinter dem von Apple geplanten nahtlosen Übergang erweisen. Bis Ende dieses Jahres können wir damit rechnen, dass Macs auf Apple Silicon-Basis auf den Markt kommen, während sich die Intel-basierten Macs vorerst auch den Markt teilen werden. Der vollständige Übergang wird ungefähr zwei Jahre dauern, wenn alles nach Plan verläuft.

Apple hat bei der Portierung seiner bestehenden Anwendungen auf das neue Ökosystem, das auf dem neuen Silizium basiert, entsprechende Schritte unternommen. Mit macOS Big Sur hat Apple den Entwicklern XCode 12 zur Verfügung gestellt, das über integrierte Tools wie native Compiler, Editoren und Debugging-Tools verfügt. Apple behauptet, dass die meisten Entwickler mit dieser Suite ihre Anwendungen innerhalb weniger Tage auf Apple Silicon-basierte Macs portieren können. Apple hat auch Universal 2-Anwendungsbinärdateien veröffentlicht, die es Entwicklern ermöglichen, eine einzige App zu erstellen, die sowohl mit den neueren Apple Silicon-basierten Macs als auch mit den älteren Intel-basierten Macs kompatibel ist. Mit der Übergangstechnologie von Rosetta 2 können Benutzer die bestehenden Apps verwenden, die nicht aktualisiert wurden. Diese Programme werden den Übergang von Intels zu Apples eigenen CPUs so nahtlos wie möglich ermöglichen.

Zukunft

Obwohl niemand mit Sicherheit sagen kann, was die Zukunft für Apple Silicon-Produkte bringen wird, scheinen die Dinge auf jeden Fall in die richtige Richtung zu gehen, wenn der Startschuss fällt. Apple hat mit dem M1 ein extrem starkes Standbein im CPU-Bereich geschaffen und ist zwar noch kein direkter Konkurrent zu den leistungsstärksten Desktop-CPUs, aber die Leistung und Effizienz, die es derzeit bietet, ist bei aktuellen Laptop-Produkten beispiellos. In Kombination mit der umfassenden Optimierung, zu der Apple in der Lage ist, ist der M1 zum Zeitpunkt des Schreibens eine gute Wahl für potenzielle Käufer.

Dieses gesamte Apple Silicon Ökosystem steckt jedoch noch in den Kinderschuhen und befindet sich in einer Übergangsphase. Potenzielle Käufer möchten vielleicht einen Schritt zurücktreten und die Situation ein wenig analysieren, bevor sie eine Entscheidung treffen. Apples erster Versuch, ein eigenes kundenspezifisches Silizium herzustellen, hat uns im Vergleich zu Intel-Gegenstücken der letzten Generation exponentielle Verbesserungen in Bezug auf Leistung, Effizienz und Akkulaufzeit gebracht größere Sprünge und vielleicht sogar zu geringeren Kosten. Ganz zu schweigen davon, dass das gesamte Übergangssystem noch perfekt ausgebügelt werden muss, da Benutzer einige frühe Fehler bei verschiedenen professionellen und Verbraucheranwendungen gemeldet haben. Als Profi sollten Sie sich zumindest für die nächsten zwei Jahre, bis die gesamte Umstellung abgeschlossen ist, auf jeden Fall nicht für diese neue Technologie entscheiden.

Apple plant offenbar bereits die Ankündigung des M1X-Chips, einer verbesserten Version des Apple M1 mit hoher Kernzahl für das 16-Zoll-MacBook Pro. Weitere CPUs mit höheren Kernzahlen werden voraussichtlich später angekündigt für die Desktop-iMacs und Mac Pros, daher wird es in der Aufstellung ziemlich schnell ziemlich voll. Daher ist es eine gute Idee, die erste Welle von Apple Silicon-Produkten abzuwarten und später auf ausgereiftere CPU-Releases zu warten, die Ihren Anforderungen möglicherweise perfekt entsprechen.

Letzte Worte

Apple ist sicherlich sehr stark in den Desktop-CPU-Markt eingestiegen und hat seine umfangreiche technische Erfahrung von den iPhones auf die ARM-basierten Apple Silicon-Produkte übertragen. Diese CPUs versprechen massive Verbesserungen gegenüber der letzten Generation von Mac-Produkten nicht nur in der Leistung, sondern auch in der Effizienz, um Funktionen wie die Akkulaufzeit zu maximieren. Mit einem komplett maßgeschneiderten Design scheint Apple mit dem M1, dem ersten Consumer-Chip, der unter dem Apple Silicon-Branding veröffentlicht wurde, genau das getan zu haben.

Der M1 ist ein von Apple entwickelter und hergestellter kundenspezifischer SoC, der die CPU, die GPU, den Speicher und die neuronale Engine in einem kleinen Paket vereint, um die Kommunikation zu vereinfachen und die Latenz zwischen den verschiedenen Komponenten zu verringern. Das auf dem 5-nm-Prozess basierende SoC-Design bietet aufgrund mehrerer Faktoren im Vergleich zu seinen Intel-Pendants massive Effizienz- und Leistungsverbesserungen.

Apple hat für alle seine Mac-Produkte eine Übergangsfrist von zwei Jahren festgelegt, um vollständig von Intel-CPUs auf eigene Apple-Silizium-CPUs umzusteigen. Während Apple innerhalb dieses Zeitraums sowohl die Intel-Version als auch die Apple-Versionen der Macs und MacBooks gleichzeitig unterstützen will, soll der erweiterte Support- und Optimierungszeitraum für die Apple Silicon-basierten Macs länger sein. Apple hat auch bei der App-Optimierung nicht nur für Entwickler, sondern auch für allgemeine Verbraucher mit Programmen wie Rosetta 2 erstaunliche Arbeit geleistet.

Dennoch ist es wichtig zu beachten, dass der gesamte Übergang noch in den Anfängen steckt. Es gibt noch viele Knicke, die in diesem ganzen Prozess ausgebügelt werden müssen, und der Sprung auf die ersten Apple Silicon-basierten CPUs ist einfach so, als würde man sich auf die „Käuferreue“ einstellen. Zumindest für Profis, die ihre Apple-Maschinen für die Arbeit verwenden, ist es daher ratsam, vor der Umstellung auf ausgereiftere Apple-CPUs mit höheren Kernzahlen und verbesserten Produktionsprozessen zu warten. Das Apple Silicon-Programm wird bleiben und scheint ab sofort der Weg für alle Apple-Produkte zu sein.