Apple M1 チップは Mac用マイクロプロセッサ

2020年11月発表

Apple M1

Apple M1
Apple M1
アップルは2020年(令和2年)11月、独自開発したマイクロプロセッサ「Apple M1」を搭載した新型Macの発売を始めた。

パッケージの3分の2は金属LIDで覆われ、右側には4枚×2セットのDRAMメモリ(合計8Gバイト)が積み重ねられているという特異な構造をしている。金属LIDの下には、ARMベースの SoC(System-on-a-chip)が収められている。
SoCは、高性能コア×4、高効率コア×4の8コア構成。これ以外に16コアの Neural Engine に加え、画像信号プロセッサ、ストレージコントローラ、Thunderboltコントローラ、Secure Enclaveなどを搭載する。
Mac用のマイクロプロセッサからハードウェア、OSに至るまで自社で設計するというアップルの悲願が、ついに叶った形だ。

目次

アップルのSoC

No. 名称 アーキテクチャ コア数 プロセスルール トランジスタ数 内蔵GPU
1 Apple A4 ARMv87 1 - - 1コア
2 Apple A5 ARMv7 1~2 45nm - 2~4コア
3 Apple A6 ARMv7s 2 45nm - 4コア
4 Apple A7 ARMv8 2 28nm - 4コア
5 Apple A8 ARMv8-A 2 20nm - 4コア
6 Apple A9 ARMv8-A 2 14~16nm - 6コア
7 Apple A10 Fusion ARMv8-A 4 16nm 約33億 6コア
8 Apple A11 Bionic ARMv8-A 6 10nm 約43億 3コア
9 Apple A12 Bionic ARMv8.2-A 6 7nm 約69億 4コア
10 Apple A13 Bionic ARMv8.3-A 6 7nm 約85億 4コア
11 Apple A13 Bionic ARMv8.4-A 6 7nm 約85億 4コア
12 Apple A14 Bionic ARMv8.6-A 6 5nm 約118億 4コア
13 Apple M1 ARMv8.6-A 8 5nm 約160億 8コア
14 Apple M1 Pro ARMv8.6-A 10 5nm 約337億 最大16コア
15 Apple M1 Max ARMv8.6-A 10 5nm 約570億 最大32コア
Apple M1 は、iPhoneプロセッサの延長線上に誕生したマイクロプロセッサだ。
2010年(平成22年)、アップルはiPhone 4用のマイクロプロセッサとして A4 を開発し、毎年プロセッサの性能を少しずつ向上させながら、iPhone、iPad、iPod、AppleTVに搭載してきた。
Apple M1 は、2018年(平成30年)にiPad Proに搭載された A12X のパッケージ技術と、Macに搭載されたセキュリティチップT2、そして A14 Bionic の集大成と言える。

Apple M1の特長

Apple M1
Apple M1
Apple M1 は、A14 Bionic に高性能コアを2個、GPUを4個増設し、セキュリティチップT2を追加した構造になっている。L1、L2キャッシュのサイズや位置はほぼ同じで、搭載機種にあわせてスケーラブルが可能なSoC設計であることが分かる。
SoCには、LDOやドライバー、デコード回路、DC-DCコンバーター、レギュレーターなどのアナログ回路も搭載されており、インテルCPUにはできないきめ細かい電源管理を可能とし、消費電力も発生熱量を低く抑えることに成功した。
Apple M1
Apple M1
Apple M1 はARMベースのRISCであり、CISCのIntel Coreと性能を単純比較することは難しい。
RISCは命令体系が単純であるがゆえに、同じ処理をさせるのにCISCより長いプログラムコードが必要となり、処理に時間がかかる。一方、CISCは複雑であるがゆえに、同じ処理をさせるのにRISCよりチップサイズや消費電力が大きくなってしまう。
し、消費電力も発生熱量を低く抑えることに成功した。
Apple M1
Apple M1
そこで Apple M1 は、性質の異なるプロセッサを複数用意し、1つにパッケージングすることで、RISCの欠点を補い、長所を伸ばしている。パソコンよりはるかに出荷台数が多いiPhoneを使った市場実験ができたというのも、大きな強みだろう。
新旧iMac
新旧iMac
プロセッサとメモリを含む周辺チップがパッケージング化されたことにより、基板も大幅に縮小した。iMacで比較すると、左が旧モデル、右がM1搭載モデルだ。
プロセッサからハードウェア、ソフトウェアすべて自社で設計できるようになったアップルの大きな強みとなろう。
ただし、プロセッサの違いによってソフトウェアの互換性は失われる。
Rosetta 2を使えば、Apple M1 を搭載したMacでもIntelプロセッサ用に開発されたアプリを使えるようになるとは言え、あくまでmacOS上の話で、Bootcamp を使ってWindowsマシンとして使っているMacに当てはまるわけではない。
アップルは、これまでも、68系(モトローラ)→PowerPC系(IBM)→Core系(Intel)と搭載マイクロプロセッサをCISCからRISCへ、またRISCからCISCへと置き換えてきた歴史がある。そのたびにアプリケーションの互換性が問題になった。今回も、Apple M1 搭載Macがスタンダードモデルにまで、少し時間はかかるだろう。

Apple M1 Pro/Max

Apple M1 Pro コア
Apple M1 Pro コア
アップルは2021年(令和3年)10月18日、M1を大幅にパワーアップした M1 Pro と M1 Max を搭載した新型 MacBook Proを発表した。
Apple M1 Max コア
Apple M1 Max コア
M1 ProM1 Max ともに、M1より高性能コア(CPU)を増やし、約70%高速化した。
両者の違いはGPUとメモリ量で、M1 Pro のGPUは最大16コア、メモリは最大32GB。M1 Max は最大32コア、メモリは最大64GB。メモリは、M1と同じく同じチップ上に配置したユニファイドメモリであるが、帯域を拡張しており、M1 Pro は200GB/s、M1 Max は400GB/sとなっている。GPU処理能力は、M1対比で M1 Pro は2倍、M1 Max は4倍となっている。
また、外部GPUを搭載したWindowsノートPCと比べて40%少ない電力で同等のパフォーマンスを発揮するという。

動画を扱うメディアエンジンも強化しており、動画フォーマット「ProRes」「ProRes RAW」のハードウェアアクセラレーターを内蔵し、4KのProRes映像であれば30本、8K映像でも7本の同時再生が可能という。さらにThunderbolt 4にも対応している。
No. 項目 Apple M1 M1 Pro M1 Max 備 考
1 高性能コア(CPU) 8コア 4コア M1対比で,M1 Pro/Max は約70%高速化
2 高効率コア(CPU) 2コア 2コア  
3 Neural Engine 16コア  
4 GPU 8コア 最大16コア 最大32コア 外部GPUを搭載したWindowsノートPCと比べて40%少ない電力で同等のパフォーマンスを発揮
5 GPU処理能力 最大2.6
TFLOPS
最大5.2
TFLOPS
最大10.4
TFLOPS
旧MacBook Pro 16インチモデルの最上位GPU Radeon 5600M対比で,M1 Proは2.5倍,M1 Maxは4倍
6 ユニファイドメモリ 最大16GB 最大32GB 最大64GB オンチップメモリ
7 メモリ帯域 200GB/s 400GB/s  
8 プロセスルール 5nm  
9 トランジスタ数 約160億 約337億 約570億  

参考サイト

(この項おわり)
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