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
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 8 コアの CPU と 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。

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
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。

参考サイト

(この項おわり)
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