Cómo la «memoria unificada» acelera las Mac ARM M1 de Apple

Un chip Apple M1

Apple está reconsiderando cómo deberían existir y funcionar los componentes dentro de una computadora portátil. Con los chips M1 en las nuevas Mac, Apple tiene una nueva «Arquitectura de memoria unificada» (UMA) que acelera drásticamente el rendimiento de la memoria. Así es como funciona la memoria en Apple Silicon.

Cómo maneja Apple Silicon la RAM

En caso de que aún no haya escuchado las noticias, Apple anunció una nueva lista de Macs en noviembre de 2020. Los nuevos modelos MacBook Air, MacBook Pro y Mac Mini están usando un procesador basado en ARM diseñado a medida por Apple llamado M1. Este cambio era esperado durante mucho tiempo y es la culminación de la década que Apple pasó diseñando procesadores basados ​​en ARM para iPhone y iPad.

El M1 es un sistema en un chip (SoC), lo que significa que no solo hay una CPU dentro del procesador, sino también otros componentes clave, incluida la GPU, los controladores de E / S, el motor neuronal de Apple para tareas de inteligencia artificial y, lo más importante para nuestros propósitos, la RAM física es parte de ese mismo paquete. Para ser claros, la RAM no está en el mismo Silicon que las partes fundamentales del SoC. En cambio, se coloca a un lado como se muestra en la imagen de arriba.

Agregar RAM al SoC no es nada nuevo. Los SoC de teléfonos inteligentes pueden incluir RAM, y la decisión de Apple de dejar los módulos de RAM a un lado es algo que hemos estado viendo de la compañía desde al menos 2018. Desmontaje de iFixit para el iPad Pro 11, puede ver la RAM al lado del procesador A12X.

Lo que es diferente ahora es que este enfoque también llegará a la Mac, una computadora completa diseñada para cargas de trabajo más pesadas.

¿Qué es el chip M1 de Apple para Mac?

Conceptos básicos: ¿Qué son la RAM y la memoria?

Dos palos de ram DDR4 con difusor de calor negro.

RAM son las siglas de Random Access Memory. Es el componente principal de la memoria del sistema, que es un espacio de almacenamiento temporal para los datos que su computadora está usando en este momento. Esto puede ser cualquier cosa, desde archivos necesarios para ejecutar el sistema operativo hasta una hoja de cálculo que está editando actualmente hasta el contenido de las pestañas abiertas del navegador.

Cuando decide abrir un archivo de texto, su CPU recibe esas instrucciones, así como qué programa utilizar. Luego, la CPU toma todos los datos que necesita para estas operaciones y carga la información necesaria en la memoria. Luego, la CPU administra los cambios realizados en el archivo accediendo y manipulando lo que hay en la memoria.

Por lo general, la RAM existe en forma de estos sticks largos y delgados que encajan en ranuras especializadas en su computadora portátil o placa base de escritorio, como se muestra arriba. La RAM también puede ser un simple cuadrado o módulo rectangular que está soldado a la placa base. De cualquier manera, la RAM para PC y Mac ha sido tradicionalmente un componente discreto con su propio espacio en la placa base.

M1 RAM: el compañero de cuarto discreto

Un gráfico que muestra las diferentes partes del procesador M1.

Entonces, los módulos de RAM físicos siguen siendo entidades separadas, pero se encuentran en el mismo sustrato verde que el procesador. «Gran grito», te escucho decir. «¿Cual es el problema?» Bueno, en primer lugar, esto significa un acceso más rápido a la memoria, lo que inevitablemente mejora el rendimiento. Además, Apple está modificando cómo se usa la memoria dentro del sistema.

Apple llama a su enfoque una «Arquitectura de memoria unificada» (UMA). La idea básica es que la RAM del M1 es un único grupo de memoria al que pueden acceder todas las partes del procesador. Primero, eso significa que si la GPU necesita más memoria del sistema, puede aumentar el uso mientras que otras partes del SoC disminuyen. Aún mejor, no hay necesidad de crear porciones de memoria para cada parte del SoC y luego transferir datos entre los dos espacios para diferentes partes del procesador. En cambio, la GPU, la CPU y otras partes del procesador pueden acceder a los mismos datos en la misma dirección de memoria.

Para ver por qué esto es importante, imagine los trazos generales de cómo funciona un videojuego. La CPU primero recibe todas las instrucciones para el juego y luego descarga los datos que la GPU necesita a la tarjeta gráfica. La tarjeta gráfica luego toma todos esos datos y trabaja con ellos dentro de su propio procesador (la GPU) y RAM incorporada.

Incluso si tiene un procesador con gráficos integrados, la GPU generalmente mantiene su propia porción de memoria, al igual que el procesador. Ambos trabajan con los mismos datos de forma independiente y luego intercambian los resultados entre sus feudos de memoria. Si elimina el requisito de mover datos de un lado a otro, es fácil ver cómo mantener todo en el mismo archivador virtual podría mejorar el rendimiento.

Por ejemplo, así es como Apple describe su arquitectura de memoria unificada en el sitio web oficial de M1:

“M1 también presenta nuestra arquitectura de memoria unificada, o UMA. M1 unifica su memoria de gran ancho de banda y baja latencia en un solo grupo dentro de un paquete personalizado. Como resultado, todas las tecnologías en el SoC pueden acceder a los mismos datos sin copiarlos entre múltiples grupos de memoria. Esto mejora drásticamente el rendimiento y la eficiencia energética. Las aplicaciones de video son más ágiles. Los juegos son más ricos y detallados. El procesamiento de imágenes es increíblemente rápido. Y todo su sistema responde mejor «.

Y no es solo que todos los componentes puedan acceder a la misma memoria en el mismo lugar. Como apunta Chris Mellor en El registro, Apple está usando memoria de gran ancho de banda aquí. La memoria está más cerca de la CPU (y otros componentes), y es más rápido de acceder de lo que sería acceder a un chip RAM tradicional conectado a una placa base a través de una interfaz de socket.

Apple no es la primera empresa en probar la memoria unificada

Un diagrama que muestra cómo los núcleos de CPU y GPU pueden usar la función de memoria unificada de Nvidia.Un diagrama de NVIDIA de los primeros días de la función de memoria unificada de la empresa.

Apple no es la primera empresa en abordar este problema. Por ejemplo, NVIDIA comenzó a ofrecer a los desarrolladores una solución de hardware y software llamada Memoria unificada hace unos seis años.

Para NVIDIA, la memoria unificada proporciona una única ubicación de memoria a la que «se puede acceder desde cualquier procesador de un sistema». En el mundo de NVIDIA, en lo que respecta a la CPU y la GPU, van a la misma ubicación para obtener los mismos datos. Sin embargo, detrás de escena, el sistema está paginando los datos requeridos entre la CPU y la memoria de la GPU separadas.

Hasta donde sabemos, Apple no está adoptando un enfoque que utilice técnicas detrás de escena. En cambio, cada parte del SoC puede acceder a la misma ubicación exacta para los datos en la memoria.

La conclusión con UMA de Apple es un mejor rendimiento gracias a un acceso más rápido a la RAM y un grupo de memoria compartida que elimina las penalizaciones de rendimiento por mover datos a diferentes direcciones.

¿Cuánta RAM necesitas?

El MacBook Pro basado en M1

La solución de Apple no es solo sol y felicidad. Dado que el M1 tiene los módulos de RAM tan profundamente integrados, no puede actualizarlo después de la compra. Si elige una MacBook Air de 8 GB, no se aumentará la RAM de ese dispositivo en una fecha posterior. Para ser justos, actualizar la RAM no ha sido algo que pudieras hacer en una MacBook desde hace un tiempo. Era algo que los Mac Minis anteriores podían hacer, pero no las nuevas versiones de M1.

Los primeros Mac M1 superan los 16 GB; puede obtener un Mac M1 con 8 GB o 16 GB de memoria, pero no puede obtener más que eso. Ya no se trata solo de insertar un módulo RAM en una ranura.

Entonces, ¿cuánta RAM necesitas? Cuando hablamos de PC con Windows, el consejo general es que 8 GB es más que suficiente para las tareas informáticas básicas. Se recomienda a los jugadores que aumenten ese valor hasta los 16 GB, y es probable que la actividad del «prosumidor» deba duplicarse nuevamente para tareas como editar archivos de video grandes y de alta resolución.

Del mismo modo, con las Mac M1, el modelo base con 8 GB debería ser suficiente para la mayoría de las personas. De hecho, puede cubrir incluso los usos más intensos del día a día. Sin embargo, es difícil decirlo, ya que la mayoría de los puntos de referencia que hemos visto llevan al M1 a la tarea en los puntos de referencia sintéticos que impulsan la CPU o la GPU.

Lo que realmente importa es qué tan bien maneja una Mac M1 mantener abiertos varios programas y una gran cantidad de pestañas del navegador a la vez. Esto no solo prueba el hardware, eso sí, ya que las optimizaciones de software pueden contribuir en gran medida a mejorar este tipo de rendimiento, razón por la cual se ha prestado tanta atención a los puntos de referencia que realmente pueden impulsar el hardware. Sin embargo, al final, supondríamos que la mayoría de la gente solo quiere ver cómo las nuevas Mac manejan el uso del «mundo real».

Stephen Hall en 9to5 Mac obtuvo resultados impresionantes con una MacBook Air M1 con 8 GB de RAM. Para que la computadora portátil comenzara a fallar, tenía que tener una ventana de Safari abierta con 24 pestañas de sitios web, otras seis ventanas de Safari que reproducían video de 2160p y Spotify ejecutándose en segundo plano. También tomó una captura de pantalla. «Sólo entonces la computadora finalmente se detuvo», dijo Hall.

En TechCrunch, Matthew Panazarino fue aún más lejos con una MacBook Pro M1 con 16 GB de RAM. Abrió 400 pestañas en Safari (además tenía algunos otros programas abiertos) y funcionó bien, sin problemas. Curiosamente, intentó el mismo experimento con Chrome, pero Chrome se apagó. Pero, dijo, el resto del sistema siguió funcionando bien a pesar de los problemas con el navegador de Google. De hecho, durante sus pruebas, incluso notó que la computadora portátil usaba espacio de intercambio en un punto, sin una caída notable en el rendimiento.

Cuando su PC se queda sin RAM, almacena SSD o disco duro disponible como una reserva temporal de memoria. Esto puede delatar una notable desaceleración en el rendimiento, aunque parece que no con las Mac M1.

Estas son solo experiencias casuales del día a día, no pruebas formales. Aún así, es probable que sean representativos de lo que se puede esperar para el uso intenso del día a día, y dado el enfoque modificado de la memoria, 8 GB de RAM deberían estar bien para la mayoría de las personas que no abren pestañas del navegador por cientos.

Sin embargo, si se encuentra editando imágenes o archivos de video grandes de varios gigabytes mientras también navega por algunas docenas de pestañas y transmite una película en segundo plano, todo en un monitor externo, entonces quizás elegir el modelo de 16GB sea la mejor opción.

Esta no es la primera vez que Apple ha repensado sus sistemas Mac y se ha trasladado a una nueva arquitectura.

Deja Vu: una breve historia de cada arquitectura de CPU de Mac

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