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A Apple está repensando como os componentes dentro de um laptop devem existir e funcionar. Com os chips M1 nos novos Macs, a Apple tem uma nova "Arquitetura de Memória Unificada" (UMA) que acelera drasticamente o desempenho da memória. É assim que a memória funciona no Apple Silicon.
índice
- Como a Apple Silicon lida com a RAM
- Noções básicas: o que são RAM e memória?
- M1 RAM: o companheiro de quarto discreto
- Apple não é a primeira empresa a testar memória unificada
- Quanta memória RAM você precisa?
Como a Apple Silicon lida com a RAM
Caso você ainda não tenha ouvido as notícias, a Apple anunciou uma nova linha de Macs em novembro de 2020. Os novos modelos MacBook Air, MacBook Pro e Mac Mini usam um processador baseado em ARM projetado pela Apple chamado M1. Essa mudança é esperada há muito tempo e é o culminar da década da Apple de projetar processadores baseados em ARM para iPhone e iPad.
O M1 é um sistema em um chip (SoC), o que significa que não há apenas uma CPU dentro do processador, mas também outros componentes importantes, incluindo a GPU, controladores de E/S, o Apple Neural Engine para tarefas de IA e, especialmente, para nossos propósitos, a RAM física faz parte do mesmo pacote. Para ser claro, a RAM não está no mesmo Silício que as partes principais do SoC. Em vez disso, está localizado na lateral, como na foto acima.
Adicionar RAM ao SoC não é novidade. Os SoCs de smartphones podem incluir RAM, e a decisão da Apple de abandonar os módulos de RAM é algo que vimos a empresa fazer desde pelo menos 2018. iFixit Teardown para iPad Pro 11, você pode ver a RAM colocada de lado com o processador A12X.
A diferença agora é que essa abordagem também chegará ao Mac, um computador completo projetado para cargas de trabalho mais pesadas.
Noções básicas: o que são RAM e memória?
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RAM significa memória de acesso aleatório. É o principal componente da memória do sistema, que é o espaço de armazenamento temporário para os dados que seu computador está usando no momento. Pode ser qualquer coisa, desde os arquivos necessários para executar o sistema operacional até uma planilha que você está editando no momento, até o conteúdo das guias abertas do navegador.
Quando você decide abrir um arquivo de texto, sua CPU recebe essas instruções e o programa a ser usado. A CPU então pega todos os dados necessários para essas operações e carrega as informações necessárias na memória. A CPU então gerencia as alterações feitas no arquivo acessando e manipulando o que está na memória.
Normalmente, a RAM existe na forma desses bastões longos e finos que se encaixam em slots especializados na placa-mãe do seu laptop ou desktop, conforme mostrado na imagem acima. A RAM também pode ser um simples módulo quadrado ou retangular soldado na placa-mãe. De qualquer forma, a RAM de PC e Mac tem sido tradicionalmente um componente discreto com seu próprio espaço na placa-mãe.
M1 RAM: o companheiro de quarto discreto
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Portanto, os módulos físicos de RAM ainda são entidades separadas, mas estão no mesmo substrato verde do processador. "Grande grito", eu ouço você dizer. "Qual é o problema?" Bem, em primeiro lugar, isso significa acesso mais rápido à memória, o que inevitavelmente melhora o desempenho. Além disso, a Apple está mudando a forma como a memória é usada no sistema.
A Apple chama sua abordagem de "Arquitetura de Memória Unificada" (UMA). A idéia básica é que a RAM do M1 seja um único conjunto de memória que pode ser acessado por todas as partes do processador. Primeiro, isso significa que, se a GPU precisar de mais memória do sistema, ela poderá aumentar o uso enquanto outras partes do SoC diminuem. Melhor ainda, não há necessidade de cortar pedaços de memória para cada parte do SoC e depois transferir dados entre os dois slots para diferentes partes do processador. Em vez disso, a GPU, CPU e outras partes do processador podem acessar os mesmos dados no mesmo endereço de memória.
Para entender por que isso é importante, imagine as características gerais de como um videogame funciona. A CPU primeiro recebe todas as instruções do jogo e depois baixa os dados necessários da GPU para a placa gráfica. A placa gráfica então pega todos esses dados e trabalha neles dentro de seu processador (a GPU) e na RAM integrada.
Mesmo se você tiver um processador com gráficos integrados, a GPU geralmente retém seu próprio bloco de memória, assim como o processador. Ambos trabalham nos mesmos dados de forma independente e, em seguida, movem os resultados entre seus feudos de memória. Se você remover o requisito de mover dados, é fácil ver como manter tudo no mesmo armazenamento virtual pode melhorar o desempenho.
Por exemplo, é assim que a Apple descreve sua arquitetura de memória unificada no site oficial do M1:
M1 também inclui nossa Arquitetura de Memória Unificada, ou UMA. O M1 unifica sua memória de alta largura de banda e baixa latência em um único pool em um pacote personalizado. Como resultado, todas as tecnologias no SoC podem acessar os mesmos dados sem copiá-los entre vários conjuntos de memória. Isso melhora muito o desempenho e a eficiência energética. Os aplicativos de vídeo são mais rápidos. Os jogos são mais ricos e detalhados. O processamento de imagens é incrivelmente rápido. E todo o sistema é mais responsivo."
E não é só que todos os componentes podem acessar a mesma memória no mesmo lugar. Como Chris Mellor aponta no The Record, a Apple usa memória de alta largura de banda aqui. A memória está mais próxima da CPU (e de outros componentes) e apenas mais rápida de acessar do que um chip de RAM tradicional conectado a uma placa-mãe por meio de uma interface de soquete.
Apple não é a primeira empresa a testar memória unificada
Um diagrama da NVIDIA dos primeiros dias do recurso de memória unificada da empresa. NVIDIA
A Apple não é a primeira empresa a resolver esse problema. Por exemplo, a NVIDIA começou a oferecer aos desenvolvedores uma solução de hardware e software chamada Unified Memory há cerca de seis anos.
Para a NVIDIA, a memória unificada fornece um único local de memória "acessível a qualquer processador em um sistema". No mundo da NVIDIA, quando se trata de CPU e GPU, eles estarão na mesma posição para os mesmos dados. No entanto, nos bastidores, o sistema está paginando os dados necessários entre a CPU separada e a memória da GPU.
Até onde sabemos, a Apple não está adotando uma abordagem que use técnicas de bastidores. Em vez disso, cada parte do SoC pode acessar exatamente o mesmo local para dados na memória.
O resultado final com o UMA da Apple é um melhor desempenho graças ao acesso mais rápido à RAM e um pool de memória compartilhada que elimina as penalidades de desempenho para mover dados para endereços diferentes.
Quanta memória RAM você precisa?
A solução da Apple não é apenas sol e felicidade. Como o M1 possui os módulos de RAM tão profundamente incorporados, não é possível atualizá-lo após a compra. Se você escolher um MacBook Air de 8 GB, não há como atualizar a RAM desse dispositivo posteriormente. Para ser justo, atualizar a RAM não é algo que eu faço em um MacBook há algum tempo. Era algo que os Mac Minis anteriores podiam fazer, mas não as versões mais recentes do M1.
O primeiro Mac M1 vem com 16 GB; você pode ter um Mac M1 com 8 GB ou 16 GB de memória, mas não pode ter mais. Não é mais apenas uma questão de inserir um módulo de RAM em um slot.
Então, quanta memória RAM você precisa? Quando se trata de PCs com Windows, o conselho geral é que 8 GB são mais do que suficientes para tarefas básicas de computação. Os jogadores são aconselhados a aumentar essa capacidade para 16 GB e a tarefa "prosumer" provavelmente precisará ser duplicada novamente para tarefas como editar arquivos de vídeo grandes e de alta resolução.
Da mesma forma, com Macs M1, o modelo básico com 8 GB deve ser suficiente para a maioria das pessoas. Na verdade, ele pode cobrir até os usos diários mais extremos. É difícil dizer, já que a maioria dos benchmarks que vimos usam o M1 em benchmarks sintéticos que controlam a CPU ou a GPU.
O que realmente importa é o quão bem um Mac M1 lida com a manutenção de vários programas e um grande número de abas do navegador abertas ao mesmo tempo. Isso não apenas testa o hardware, lembre-se, pois as otimizações de software podem ajudar bastante a melhorar esse tipo de desempenho, e é por isso que ele se concentra tanto em benchmarks que podem realmente impulsionar o hardware. No final, porém, achamos que a maioria das pessoas só quer ver como os novos Macs lidam com o uso do "mundo real".
Stephen Hall na 9to5 Mac alcançou resultados impressionantes com um MacBook Air M1 com 8GB de RAM. Para que o laptop começasse a falhar, ele precisava ter uma janela do Safari aberta com 24 abas do site, mais seis janelas do Safari reproduzindo vídeo em 2160p e o Spotify rodando em segundo plano. Também fiz uma captura de tela. "Só então o computador finalmente parou", disse Hall.
No TechCrunch, Matthew Panazarino foi ainda mais longe com um MacBook Pro M1 com 16 GB de RAM. Abri 400 abas no Safari (além de alguns outros programas abertos) e funcionou bem sem problemas. Curiosamente, tentei o mesmo experimento com o Chrome, mas o Chrome foi desativado. Mas, disse ele, o resto do sistema continuou funcionando bem, apesar dos problemas com o navegador do Google. De fato, durante seus testes, ele até notou que o laptop estava consumindo espaço de troca em algum momento, sem queda perceptível no desempenho.
Quando o seu PC ficar sem RAM, corte o SSD disponível ou o espaço de armazenamento do disco rígido como um pool de memória temporário. Isso pode ser uma notável desaceleração no desempenho, embora não pareça com os Macs M1.
Estas são apenas experiências cotidianas casuais, não testes formais. No entanto, eles provavelmente serão representativos do que esperar para uso diário pesado e, dada a abordagem otimizada da memória, 8 GB de RAM devem ser suficientes para a maioria das pessoas que não abrem centenas de guias do navegador.
No entanto, se você estiver editando grandes imagens de vários gigabytes ou arquivos de vídeo enquanto navega por algumas dezenas de guias e transmite um filme em segundo plano para um monitor externo, escolher o modelo de 16 GB pode ser sua melhor aposta.
Esta não é a primeira vez que a Apple reconsiderou seus sistemas Mac e mudou para uma nova arquitetura.
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O que é Appl Unified Memory
Isso significa que em uma parte estava o processador, em outra o disco rígido, além da RAM . Começando pelo Chip M1, tudo está no mesmo Chip e integrado, daí o nome de memória unificada . É a mesma memória que pode ser acessada diretamente pelo processador ou pela placa gráfica.
Quem fabrica os chips M1 da Apple?
Os processadores M1 Ultra, M1 Max, M1 Pro e M1 estão sendo produzidos pelo fabricante de semicondutores taiwanês TSMC usando fotolitografia de 5 nm.
Como funciona o aplicativo M1?
Projetado especificamente para o Mac , o chip Apple M1 inclui CPU, GPU, Neural Engine, E/S e muito mais em seu tamanho minúsculo. Com nada menos que 16 bilhões de transistores, ele oferece desempenho excepcional, tecnologias exclusivas e eficiência energética extraordinária. É uma revolução para o Mac .
Quantos transistores tem um M?
O M1 Ultra possui 114 bilhões de transistores e suporta até 128 GB de memória unificada rápida.