Pamięć zunifikowana w komputerach Mac – kluczowe informacje

Apple od prawie czterech lat z powodzeniem wykorzystuje autorską architekturę Apple Silicon, która składa się z układów w architekturze ARM połączonych z procesorem Neural Engine oraz zunifikowaną pamięcią (Unified Memory). Jest to zupełnie nowa architektura, której znacznie bliżej do tej znanej z telefonów komórkowych i tabletów, niż klasycznych komputerów opartych na układach x86.

Kluczem do sukcesu firmy Apple są nie tylko wysokowydajne i energooszczędne procesory korzystające z architektury ARM, które połączono z wydajnymi układami graficznymi i procesorem Neural Engine do przetwarzania danych z zakresu uczenia maszynowego. Wszystkie te elementy scala ze sobą zunifikowana pamięć, która pozwala na szybką komunikację pomiędzy poszczególnymi elementami znajdującymi się w obrębie jednego mikroukładu eliminując tym samym opóźnienia.

Zobacz również:

Pamięć zunifikowana w architekturze Apple Silicon

Od wielu lat wszyscy użytkownicy komputerów przyzwyczajani byli do klasycznej architektury, na którą składa się procesor CPU, karta graficzna GPU (coraz częściej zintegrowana z procesorem), dodatkowe układy niezbędne do funkcjonowania komputera oraz pamięć operacyjna, która jest współdzielona pomiędzy wszystkimi elementami, które jej wymagają.

W przypadku architektury Apple Silicon mowa zupełnie nowym układzie. Firma z Cupertino wykorzystała SoC (System on a Chip), a więc jeden mikroukład, w którym znajdują się (bezpośrednio obok siebie) wszystkie najważniejsze komponenty takie jak procesor CPU, układ graficzny GPU, Neural Engine i inne.

Do ich działania niezbędne jest zapewnienie tymczasowego miejsca do przechowywania danych. Mowa o szybkie pamięci z niezwykle niskimi czasami dostępu. W przypadku klasycznej architektury jej rolę pełni pamięć RAM, a w układach Apple Silicon pamięć zunifikowana (Unified Memory).

Zunifikowana pamięć składa się z niezwykle szybkich układów DRAM (np. LPDDR4X 4266 MHz w Apple M1), które znajdują się w tej samej obudowie, co prowadzi do niższego zużycia energii oraz wyższej wydajności.

Dzięki umiejscowieniu wszyskich kluczowych elementów w jednym układzie możliwe jest niezwykle szybkie wykorzystanie pamięci operacyjnej o niskim opóźnieniu. Nie ma również problemów z komunikacją i wąskim gardłem w postaci szyny danych. Rozwiązanie to eliminuje konieczność kopiowania danych między różnymi lokalizacjami pamięci, co może być czasochłonne i wymaga dodatkowego zasilania.

Dodatkowo dzięki szybkiemu dostępowi architektura Apple Silicon została zaprojektowana tak, aby wykorzystywać mniejsze ilości pamięci operacyjnej dzięki szybkie alokacji. To właśnie z tego powodu firma Apple chwali się, że 8 GB pamięci zunifikowanej na komputerze Mac jest odpowiednikiem 16 GB RAMu w urządzeniach z Windowsem.

Warto zaznaczyć, że aktualnie nawet bazowy MacBook Pro z procesorem Apple M3 w podstawowej konfiguracji oferuje 8 GB pamięci zunifikowanej.

Pamięć zunifikowana vs pamięć RAM

W klasycznej architekturze CPU oraz GPU mają własną pamięć cache oraz wykorzystują różne architektury. W takim modelu wykorzystywane są dwa rodzaje pamięci RAM – systemowy RAM oraz VRAM (pamięć wideo dla układu GPU).

Pamięć VRAM jest odpowiedzialna za wysyłanie danych do GPU, podczas gdy systemowa pamięć RAM jest odpowiedzialna za przesyłanie danych do CPU. Największym wąskim gardłem w przypadku tradycyjnej pamięci RAM jest fakt, że jest ona podłączona do procesora za pomocą gniazda na płycie głównej, które jest generalnie wolniejsze niż pamięć RAM zintegrowana z SoC.

Dodatkowo wydzielenie pamięci VRAM z pamięci RAM również wpływa negatywnie na wydajność całego układu i połączenie go z CPU i GPU.

Wlutowanie pamięci operacyjnej na płytę główną zwiększa jej wydajność, ale nadal jest to rozwiązanie wolniejsze od umieszczenia pamieci operacyjnej bezpośrednio w układzie SoC razem z CPU, GPU oraz innymi podzespołami.

To właśnie czyni firma Apple. Komputery z Apple Silicon nie posiadają możliwości rozbudowy pamięci zunifikowanej. Jest ona bowiem wbudowana w układ SoC, a jedyną możliwością jest zakup komputera z daną ilością pamięci zunifikowanej.

W architekturze Apple Silicon pamięć operacyjna znajduje się bardzo blisko komponentów, które muszą uzyskać do niej dostęp. Eliminuje to wąskie gardła, czyniąc ją bardziej energooszczędną i szybszą, a jednocześnie wystarczająco odpowiednią do wykorzystania przez GPU bez żadnych kompromisów.

Wydajność pamięci zunifikowanej w praktyce

Kluczem do wysokiej wydajności pamięci zunifikowanej jest możliwość wykorzystania tej samej puli pamięci przez CPU, GPU oraz Neural Engine, przez co dane nie muszą być przenoszone z jednego systemu pamięci do drugiego. Rozwiązanie to znacząco zmniejsza opóźnienia, która zauważalnie wpływają na wydajność.

W praktyce procesor Apple M2 Ultra zapewnia przepustowość na poziomie 800 GB/s, która jest znacznie wyższa w porównaniu do dedykowanych GPU, takich jak AMD Radeon RX 7800 XT, który oferuje przepustowość 624 GB/s.

Z drugiej strony flagowe karty NVIDIA GeForce RTX 4090 i AMD Radeon RX 7900 XTX pokonują M2 Ultra zarówno pod względem przepustowości pamięci (odpowiednio 1008 GB/s i 960 GB/s), jak i ogólnej wydajności.

Kluczem do sukcesu pamięci zunifikowanej jest jej wysoka wydajność w każdym momencie, przy wykonywaniu każdego zadania oraz dla każdego kluczowego komponentu, który jej wymaga w tym samym czasie.

Wysoka wydajność, krótkie czasy dostępu oraz lepsze zarządzanie dostępną pamięcią zauważalnie zwiększają wydajność całkowitą komputerów Mac w porównaniu do konkurencyjnych konstrukcji z architekturą x86.

Zgłoś naruszenie/Błąd