Apple Silicon: Entwickler erklärt, warum der M1-Chip so schnell ist

Auf der Grundlage von Single-Core-CPU-Benchmark-Ergebnissen ist der M1 der schnellste Chip, den Apple je in einem Mac integriert hat – und er schlägt auch viele High-End-Intel-Macs, wenn es um die Multi-Core-Leistung geht. Der Entwickler Erik Engheim beschäftigte sich intensiv mit Apples M1-Chip und untersuchte die Gründe, warum der neue Prozessor so viel schneller ist als die Intel-Chips, die er ersetzt.

Fotocredit: Apple

Apples neue Mac-Generation

Apple hat mit dem neuen MacBook Air, MacBook Pro und Mac mini die erste Generation von Apple Silicon Macs gestartet. Herzstück der neuen Macs ist der M1-Chip. In erster Linie ist der M1 keine einfache CPU. Wie Apple erklärt hat, handelt es sich um ein System-on-a-Chip (SoC), d.h. eine Reihe von Chips, die alle zusammen in einem Silizium-Paket untergebracht sind.

Der M1 beherbergt neben einer 8-Kern-CPU und 8-Kern-GPU (7-Kern in einigen MacBook Air-Modellen) auch eine Neural Engine für maschinelle Lernaufgaben wie Spracherkennung und Kameraverarbeitung. Ebenfalls mit an Bord ist ein Video-Decoder/Encoder für die energieeffiziente Konvertierung von Videodateien, die Secure Enclave für die Verschlüsselung, ein Digital Signal Processor für die Verarbeitung mathematisch intensiver Funktionen wie die Dekomprimierung von Musikdateien und eine Image Processing Unit, die die Aufgaben von Bildverarbeitungs-Apps beschleunigt.

Hervorzuheben ist auch die neue einheitliche Speicherarchitektur, die es der CPU, dem Grafikprozessor und anderen Kernen ermöglicht, Informationen schnell untereinander auszutauschen. Mit dem einheitlichen Speicher können CPU und Grafikprozessor gleichzeitig auf den Speicher zugreifen, anstatt Daten zwischen einem Bereich und einem anderen zu kopieren. Durch den Zugriff auf denselben Speicherpool ohne die Notwendigkeit des Kopierens wird der Informationsaustausch beschleunigt und die Gesamtleistung gesteigert.

All diese „Spezialisten“ im M1-Chip sorgen dafür, dass die neuen Macs in so vielen Bereichen eine so bemerkenswerte Leistung vollbringen. Viele der Aufgaben, die ausgeführt werden, können direkt auf spezieller Hardware ausgeführt werden. Dadurch kann ein relativ günstiger M1 Mac mini eine große Videodatei kodieren, ohne ins Schwitzen zu kommen, während ein teurer iMac alle seine Lüfter auf Hochtouren laufen lässt und trotzdem nicht mithalten kann.

Apple hat das Rad in der Computer-Industrie nicht neu erfunden. Spezialisierte Chips sind bereits seit Jahren im Einsatz, aber Apple vollzieht „einen radikaleren Wechsel in diese Richtung“, erklärt Engheim. Andere Hersteller von Arm-Chips wie AMD verfolgen einen ähnlichen Ansatz, aber Intel und AMD sind auf den Verkauf von Allzweck-CPUs angewiesen, und aus lizenzrechtlichen Gründen sind PC-Hersteller wie Dell und HP wahrscheinlich nicht in der Lage, ein vollständiges SoC im eigenen Haus zu entwickeln, wie Apple es tun kann.

Die Mac-Zukunft

Apple ist in der Lage, Hardware und Software auf eine Art und Weise zu integrieren, die für die meisten anderen Unternehmen einfach nicht möglich ist, was dem iPhone und iPad immer einen Vorteil gegenüber anderen Smartphones und Tablets verschafft hat und nun auch beim Mac dafür sorgt, dass die Konkurrenz nicht mithalten kann.

Der M1 ist dabei erst der Anfang. Laut der Gerüchteküche arbeitet Apple aktuell schon an dem Nachfolger-Chip M1X und will damit das kommende 16 Zoll MacBook Pro zu neuer Höchstleistung treiben. Der Chip soll nochmal in der Multi-Core-Leistung deutlich zulegen. Der in der Regel recht treffsichere Leaker LeaksApplePro bringt es auf den Punkt und zitiert einen Insider: „Wenn man glaubt, dass M1 schnell ist, hat man M1X noch nicht gesehen.“