چرا پردازنده‌های اپل، مهمترین محصولات این شرکت هستند؟

در این مقاله قصد داریم نگاهی گذرا به تاریخچه پردازنده‌های اپل داشته باشیم  و اهمیت‌ آن‌ها برای اکوسیستم اپل را بررسی کنیم. با ما همراه باشید. 

در این مقاله، بیشتر به جنبه‌های فنی پردازنده‌های شرکت اپل پرداخته شده است و در صورتی که قصد دارید اطلاعات بیشتری را درباره این سبک از پردازنده‌ها کسب کنید، با ما همراه باشید. 

اهمیت پردازنده‌های اپل در صنعت موسیقی 

صنعت موسیقی و آهنگسازی همیشه با دستگاه‌های اپل در ارتباط بوده است و بسیاری از موزیسین‌ها و آهنگسازان از محصولات این شرکت برای تولید محتوای خود استفاده می‌کنند. دلیل این موضوع نیز بسیار واضح است، اکثر نرم‌افزارهای آهنگسازی، پلاگین‌ها و محصولات مرتبط با شرکت‌های فعال در صنعت موسیقی، برای سیستم عامل مک او اس (Mac OS) بهینه سازی شده‌اند. دلیل این موضوع نیز تعداد بسیار کم محصولات این شرکت است. برای مثال، تصور کنید که برای بهینه سازی نرم‌افزاری برای پردازنده‌های M1، تنها نیاز است که هفت دستگاه مختلف را تحت پوشش قرار داد. این در حالی است که در دنیای ویندوز، میلیون‌ها ترکیب قطعه مختلف وجود داشته و صدها شرکت، محصولات متنوع و متفاوتی را به کاربران عرضه می‌کنند. در این حالت، بهینه‌سازی نرم‌افزارهای آهنگسازی برای تمامی پردازنده‌ها و قطعات، کاری غیر ممکن و طاقت فرساست. البته این موضوع به این معنی نیست که نرم‌افزارهای آهنگسازی به خوبی روی دستگاه‌های ویندوزی اجرا نمی‌شوند، بلکه روی دستگاه‌های مک، عملکردی بسیار بهینه‌تر دارند. 

حال چرا پردازنده‌های اپل برای آهنگسازان اهمیت دارند؟ جواب این سوال بسیار ساده است. هر چه سرعت یک پردازنده بیشتر باشد، فرآیند رندر گیری و سرعت خروجی گرفتن از نرم‌افزارهای آهنگسازی افزایش پیدا می‌کند؛ نوازنده دیگر برای لود کردن پروژه‌های سنگین خود نیاز به تعلل چند دقیقه‌ای ندارد  و همچنین در پروژه‌های عظیم، دچار لگ و اخلال در کار نمی‌شود. در حقیقت هر چه پردازشگر یک سیستم قوی‌تر باشد، آهنگسازی با آن سیستم راحت‌تر خواهد بود. 

در ماهی که گذشت، شرکت اپل به صورت رسمی از دو پردازنده M2 Pro و M2 Ultra پرده برداشت که قرار است در نسخه‌های جدید MacBook Pro، Mac Pro و Mac Studio مورد استفاده قرار بگیرد. حال بگذارید پیش از وارد شدن به جزئیات پردازنده‌های جدید اپل، نگاهی به تاریخچه‌ این سری از پردازنده‌ها داشته باشیم و جوانب اهمیت آن برای اپل را بررسی کنیم.

پردازنده‌های سری M تا چه اندازه قوی هستند؟

بگذارید پیش از شروع مقاله، یک باور اشتباه درباره پردازنده‌های اپل را اصطلاح کنیم؛‌ پردازنده‌های اپل بسیار قدرتمند هستند، اما قدرتمندترین نمونه در بازار نیستند! این باور غلطی است که پردازنده‌های اپل می‌توانند تمام پردازنده‌های دسکتاپ را شکست دهند.

البته لازم به ذکر است که برای دریافت پرفورمنسی بهتر از پردازنده‌های این شرکت، نیاز به هزینه هنگفتی است و می‌توان ادعای اپل درباره تولید قوی‌ترین پردازنده دسکتاپ برای کاربر معمولی را تا حد زیادی درست دانست. 

برای مثال، پردازنده M1 Ultra تولید شده توسط اپل را در نظر بگیرید. این پردازنده نسبتا قدیمی اپل که در اواخر سال ۲۰۲۰ به بازار عرضه شد، در بنچمارک‌ها و تست‌های سخت‌افزاری، قدرتی معادل AMD Ryzen 9 3950X یا Intel Core i9-10980XE را از خود نشان می‌دهد که محصولات مجهز به این پردازنده را در بخش محصولات بالارده بازار قرار می‌دهد. البته نوآوری‌های این چیپست و متفاوت بودن آن به همین‌جا ختم نمی‌شود و در ادامه به بررسی دقیق این پردازنده خواهیم پرداخت.

شروع رویای استیو جابز

شرکت اپل در ابتدای راه خود، منابع خاصی برای تولید پردازنده جدید یا حتی قطعات سخت‌افزاری را در اختیار نداشت و همین موضوع استیو جابز را به همکاری با شرکت‌های سازنده قطعات الکترونیک سوق داد. این شرکت با تمرکز روی تجربه نرم‌افزاری و همکاری با شرکت‌های تولید کننده سخت‌افزار، آیپاد تاچ و نسل اول آیفون را در سال ۲۰۰۷ روانه بازار کرد. این دو محصول انقلابی، مسیر جدیدی را برای تمامی محصولات هوشمند آن زمان رقم زدند و اپل را به سرعت به یکی از بزرگترین شرکت‌های دنیا تبدیل کردند. 

در این زمان، شرکت اپل برای دستگاه‌های پرتابل خود از پردازنده‌های Samsung S5L8900 استفاده می‌کرد و کامپیوتر‌های دسکتاپ این شرکت نیز اخیرا به پردازنده‌های Core 2 Duo اینتل مجهز شده بوند. این تغییرات گسترده در استفاده از پردازنده‌های شرکت‌های دیگر، باعث شد تا تیراژ تولید محصولات اپل به میزان چشمگیری افزایش پیدا کند. 

طراحی اولین پردازنده

استفاده از پردازنده‌های سامسونگ برای گوشی‌های اپل، چندان به مذاق مهندسین این شرکت خوش نیامد. استفاده از پردازنده‌های شرکت ثالث، نه تنها روند بهینه‌سازی سیستم عامل را کند می‌کرد، بلکه مشکلات متعددی مثل عدم توانایی اپل بر کیفیت خط تولید را به همراه داشت. همین موضوع باعث شد که این شرکت همزمان با معرفی iPhone 4، از اولین پردازنده طراحی شده توسط اپل با نام A4 پرده بردارد. این پردازنده 800 مگاهرتزی، به لطف اندازه بزرگتر خود، می‌توانست میزان ترانزیستور بسیار بیشتری را نسبت به نمونه‌های Qualcomm موجود در بازار در خود جای دهد و حتی به راحتی می‌توانست محصولات سامسونگ و پردازنده‌های این شرکت را شکست دهد. همچنین این پردازنده جدید برای اولین بار در بین محصولات اپل، قابلیت ضبط و پخش تصاویر HD را برای کاربران فراهم می‌کرد. لازم به ذکر است که پردازنده A4، تماما توسط اپل طراحی شده‌ و صرفا وظیفه تولید آن‌ها بر عهده سامسونگ بود. 

معرفی A5 و مشکلات با PowerVR

یکی از قابلیت‌هایی که باعث تمایز آیفون‌ از دیگر گوشی‌های بازار شده بود، قدرت پردازنده گرافیکی آن‌ها و قدرت آیفون‌ها در اجرای بازی و ضبط قطعات ویدیویی بود. در حقیقت هیچ گوشی خاصی نمی‌توانست در زمینه موبایل گیمینگ، سرعت سیستم عامل و سرعت اجرای نرم‌افزار، به پردازنده‌های اپل نزدیک شود. واحد‌های گرافیکی پردازنده‌های این شرکت، با همکاری Imagination Technologies و با نام تجاری PowerVR بر روی آیفون‌های آن زمان قرار گرفتند. با معرفی پردازنده A5 و مشکلات داغ کردن این پردازنده، اپل ۹ درصد از سهام این شرکت را خریداری کرد تا بتواند کنترل مستقیمی روی روند تولید واحد‌های گرافیکی خود داشته باشد. همچنین در این سال‌ها، اینتل نیز ۱۴ درصد از سهام Imagination Technologies را خریداری کرد تا جلوی انحصارطلبی اپل را بگیرد. در آن زمان، تمامی واحد‌های گرافیکی تولید شده این شرکت، توسط اپل خریداری شده و تنها چند مدل قدیمی از پردازنده‌های PowerVr، برای فروش آزاد، به بازار عرضه می‌شد. 

اولین چیپست ۶۴-بیت از نوع ARM

پردازنده‌های ۳۲-بیت به دلیل ساختار قدیمی خود، معمولا محدودیت‌های بسیاری را روی تجربه کاربری تحمیل می‌کنند و توسعه دهنده برای افزایش قابلیت‌های سیستم عامل، معمولا با مشکلات زیادی روبرو می‌شود. شرکت اپل در سال ۲۰۱۳ و با معرفی آیفون 5S، اولین پردازنده ۶۴-بیت موبایل دنیا را معرفی کرد. این پردازنده نه تنها از دو هسته پردازشی بسیار پرقدرت بهره می‌برد، بلکه سرعت آدرس دهی رم، سرعت حافظه داخلی، سرعت تجهیزات ارتباطی، پهنای باند مموری و … آن به میزان بسیار قابل توجهی افزایش پیدا کرده بود. این پردازنده جدید، قابلیت ضبط ویدیو‌های 720P با ۱۲۰ فریم و ویدیوهای 1080P با ۳۰ فریم بر ثانیه را فراهم می‌کرد که در سال ۲۰۱۳، قابلیتی انقلابی به شمار می‌رفت. 

استفاده از پردازنده ۶۴ بیت و تغییر کامل سیستم عامل iOS، درب‌های جدیدی را به روی محصولات اپل باز کرد که امروزه و در سال ۲۰۲۳، در حال مشاهده نتایج آن‌ هستیم. استفاده از سیستم عامل ۶۴ بیت، اپل را یک قدم به رویای استیو جابز برای استفاده از یک پردازنده در تمام محصولات اپل، نزدیک‌تر کرد. 

ریسک پذیری حساب شده، دلیل موفقیت اپل

شرکت اپل تنها در زمان معرفی سخت‌افزار کاملا جدید (آیفون، اپل واچ، ویژن پرو و…) ریسک‌های بسیار بزرگ و البته حساب شده‌ای را می‌پذیرد و از این فرمول موفق، برای اثبات برتری خود در بازار سخت افزار استفاده می‌کند. استفاده از سیستم عامل ۶۴-بیت در دنیای موبایل، در حالی که تمام گوشی‌های هوشمند، نرم‌افزار، سخت‌افزار و قطعات تولید شده در شش سال اخیر بر مبنای سیستم عامل ۳۲-بیتی طراحی شده‌اند، ریسکی بسیار بزرگ و باورنکردنی است. البته مزایای سیستم عامل ۶۴-بیت در کنار ترسیم راهی برای آینده، این ریسک بزرگ را به ریسکی بسیار حساب شده تبدیل می‌کند؛ تنها یک فاکتور اشتباه مانند عدم پشتیبانی برنامه نویسان از این تغییر می‌توانست اپل را به طور کلی از بازار موبایل محو کند، اما موفقیت آن، باعث شد تا تمامی شرکت‌های تولید کننده گوشی‌های هوشمند با فاصله تقریبا یک ساله، پردازنده‌های خود را به نسخه ۶۴-بیتی ارتقا دهند و اندروید نیز در آپدیت بعدی خود، پشتیبانی از نرم‌افزارها و پردازنده‌های ۶۴-بیت را اضافه کرد. 

وفاداری به Dual Core

بعد از ورود به دنیای ۶۴-بیت، شرکت‌ Arm با معرفی معماری پردازنده Big.little، روشی برای مقابله با اپل را پیش روی شرکت‌های تولید کننده پردازنده گذاشت. این معماری با ترکیب دو پردازنده ضعیف و کم مصرف A7 با دو پردازنده پرقدرت A15، می‌توانست در عین حفظ میزان مصرف انرژی، قدرت بیشتری را در اختیار کاربر قرار دهد. شرکت اپل در این زمان با معرفی پردازنده‌های A7-A8 و A9، این معماری پردازنده را به طور کلی نادیده گرفت و بر استفاده از معماری ساده و کاربردی Dual Core خود تاکید داشت. البته با توجه به نوع معماری خاص پردازنده‌های اپل و اندازه بسیار بزرگتر آن‌ها نسبت به پردازنده‌های اگزینوس سامسونگ و اسنپ‌دراگون کوالکوم، تعداد ترانزیستور‌های به کار رفته در آن‌ها بسیار بیشتر از نمونه‌های رقیب بود و عملا شرکت اپل با استفاده از اشباع پردازنده با تعداد زیاد ترانزیستور و کنترل میزان گرمای تولید شده آن، قدرت بسیار بیشتری را نسبت به پردازنده‌های دیگر تولید می کرد. 

پردازنده‌های تولید شده تحت معماری Big.Little هیچ وقت نتوانستند از نظر قدرت پردازشی به پردازنده‌های هم رده اپل خود برسند، اما مصرف انرژی کمتر، تاخیر کمتر به واسطه استفاده از هسته‌های پردازشی مختلف، پشتیبانی از سنسور دوربین با رزولوشن بالاتر و …، برتری‌های استفاده از تعداد هسته‌های بالاتر را بیش از پیش مشهود می‌کرد. 

ورود اپل به معماری Big.Little

شرکت اپل با معرفی پردازنده A10 Fusion، رسما ورود خود به بازار پردازنده‌های چند هسته‌ای را آغاز کرد. این پردازنده از دو هسته پرقدرت ۲.۳۴ گیگاهرتزی Hurricane و ۲ هسته کم مصرف ۱.۰۵ گیگاهرتزی Zephyr تشکیل شده بود که می‌توانست ۴۰ درصد قدرت پردازشی بیشتر نسبت به پردازنده A9 نسل قبل را از خود به نمایش بگذارد. بر خلاف معماری مرسوم Big.Little، هسته‌های کم مصرف و پرمصرف این پردازنده نمی‌توانستند به صورت همزمان فعالیت کنند و عملا این پردازنده، یک پردازنده 2×2 هسته‌ای به شمار می‌رفت. اندازه بزرگتر این پردازنده در کنار افزایش تعداد ترانزیستور، کنترل گرما و مصرف باتری این پردازنده را غیر ممکن می کرد و همین موضوع باعث ایجاد این محدودیت شد. 

بهبود معماری و افزایش قدرت

در دنیای پردازنده‌ها، دو راه برای افزایش تعداد ترانزیستور وجود دارد:‌ روش اول،کاهش اندازه ترانزیستورهاست که از آن به عنوان لیتوگرافی یاد می‌شود. روش دوم، افزایش اندازه پردازنده است که اجازه جای دادن تعداد بیشتر ترانزیستور در داخل پردازنده را می‌دهد. حال شرکت اپل همیشه از هر دو روش به صورت همزمان استفاده کرده است تا بتواند قدرت پردازشی محصولات خود را نسل به نسل افزایش دهد. در معرفی پردازنده A11 Bionic، لیتوگرافی پردازنده با استفاده از فناوری FinFET شرکت TSMC، به میزان قابل توجه ۱۰ نانومتر کاهش پیدا کرد و همچنین ۲ هسته کم مصرف دیگر نیز به مجموعه پردازنده A11 Bionic اضافه شدند. نتیجه کار، افزایش قدرت ۲۵ درصدی در هسته‌های پر مصرف و افزایش قدرت ۷۰ درصدی در هسته‌های کم مصرف بود. شرکت اپل با افزایش قدرت در هسته‌های کم مصرف، میزان مصرف سیستم عامل را به میزان قابل توجهی کاهش داد و عمر باتری آیفون‌ ۱۰ نیز نسبت به نسل قبل خود، افزایش محسوسی را تجربه کرد. همچنین بر خلاف نسل گذشته، تمامی هسته‌های پردازشی این پردازنده قابلیت فعالیت همزمان را داشته و میزان حرارت تولید شده آن‌ها نیز در حد کاملا معقولی قرار داشت. 

اولین پردازنده عصبی اپل ،‌Neural Engine 

پردازنده A11 Bionic از بسیاری از جهات، یکی از مهم‌ترین ساخته‌های تاریخ اپل به شمار می‌رود. این شرکت برای اولین بار، از اولین پردازنده عصبی خود با نام تجاری Neural Engine پرده برداشت که می‌توانست تا ۶۰۰ میلیارد عملیات شناور در ثانیه را انجام دهد. استفاده از چندین سنسور مختلف در گوشی‌های هوشمند در کنار پیشرفت سنسورهای دوربین، پیشرفت قدرت پردازشی گوشی‌های هوشمند و …، بار پردازشی بسیار زیادی را روی پردازنده وارد می‌کند که عملا باعث کاهش عمر باتری و کاهش قدرت پردازشی در دسترس کاربر می‌شود. با معرفی Neural Engine، شرکت اپل توانست تا وظیفه پردازش سنسورهای حرکتی، سنسور تشخیص چهره Face ID، بهینه‌سازی ضبط تصویر و … را به پردازنده‌ای مجهز به یادگیری ماشینی بسپارد. نتیجه کار، پردازنده‌ای بسیار کم مصرف با قدرت پردازشی بسیار بالا بود که می‌توانست با مصرف انرژی بسیار اندک، وظایف بسیار مهمی را انجام دهد. برای مثال، دلیل این که هیچ شرکتی تا به حال نتوانسته رقیبی را برای سنسور Face ID را معرفی کند، همین پردازنده عصبی Neural Engine است. 

بهبودهای بیشتر در نسل های آینده 

تا زمان معرفی پردازنده A12 Bionic، پردازنده نسل قبل اپل کماکان قوی‌ترین پردازنده بازار بود و شرکت اپل با استفاده از این برتری، پردازنده جدید خود را با بهبود‌های متعدد نسبت به نسل قبل معرفی کرد. این پردازنده تفاوت زیادی با A11 نداشت و صرفا پردازنده‌های کم مصرف آن، با نمونه‌های مشابه با پردازنده A6 جایگزین شده بودند. این تغییر در چینش پردازنده باعث شد که شرکت اپل بتواند سایز آن را به میزان ۳۰ درصد کاهش داده و در عین حال، ۳۰ درصد قدرت بیشتری را در اختیار کاربر قرار دهد. 

همچنین Neural Engine جدید به کار رفته در این پردازنده، با نسخه ۸ هسته ای و با قدرت پردازش ۵ تریلیون عملیات در ثانیه، جایگزین شد. در کنار این افزایش عجیب قدرت پردازش عصبی، شرکت اپل دسترسی به پردازنده عصبی را برای توسعه دهندگان نرم‌افزارهای شخص ثالث، فعال کرد. 

پردازنده‌های A13 Bionic و A14 Bionic نیز با افزایش قدرت، کاهش مصرف انرژی و کاهش لیتوگرافی پردازنده به بازار معرفی شدند. 

اولین تست M1

سال‌ها پس از شایعات فراوان پیرامون توسعه پردازنده دسکتاپ، شرکت اپل بالاخره از اولین پردازنده خود با نام M1 پرده برداشت. سومین تغییر بنیادین در دنیای مک،با جایگزینی پردازنده‌های اینتل در Macbook Air و Mac Mini آغاز شد. جایی که پردازنده‌ها و واحد مجتمع گرافیکی اینتل، با نمونه‌های M1 جایگزین شدند. 

در زمان عرضه، پردازنده‌های M1 در سگمنت پردازنده‌های کم مصرف، قوی‌ترین پردازنده‌های دنیا بودند و نسبت به مصرف انرژی، بهینه‌ترین پردازنده دسکتاپ و لپ‌تاپ به شمار می‌رفتند. 

شاید هیچ کس پیش از عرضه این سری از پردازنده‌ها، انتظار چنین قدرت پردازشی بالایی را از آن‌ها نداشت.

M1، ابزاری که هیچوقت در دسترس استیو جابز نبود

دلیل اهمیت بالای پردازنده M1 اپل و هزینه‌های بیلیون دلاری این شرکت برای توسعه معماری پردازنده، برنامه‌ای است که اپل برای آینده پردازش‌های کامپیوتری در نظر دارد. هدف اصلی اپل برای توسعه دستگاه‌های دیجیتال، ترکیب‌ همه آن‌ها در یک اکوسیستم است. اکوسیستمی که تمام اجزای آن توسط محصولات اپل تغذیه می‌شوند و کاربر برای رفع نیازهای خود، نیازی به خروج از این اکوسیستم ندارد. 

اهمیت پردازنده M1 نیز از همین‌جا مشخص می شود، محصولی که می‌تواند قدرت پردازشی معادل با کامپیوترهای دسکتاپ را در قالب یک System-On-Chip بسیار کوچک با مصرف انرژی بسیار پایین ارائه دهد. این قابلیت‌های منحصربه فرد که تنها در این پردازنده و نسل‌های بعد آن موجود است، به اپل قابلیت استفاده از آن‌ها در دستگاه‌های مختلفی را داده است که همین موضوع، به اپل برتری بسیار فاحشی را نسبت به دیگر شرکت‌ها می‌دهد. در حقیقت با پشتوانه این پردازنده قوی، اپل با ورود به هر بازار، به سرعت به بازیگر اصلی آن تبدیل می‌شود و تمام رقبا را با قدرت کنار می زند.

آناتومی پردازنده‌های سری M

عکس فوق نشان دهنده ساختار و معماری کلی پردازنده M1 اپل است و اکثر پردازنده‌های بعدی شرکت اپل نیز بر اساس چنین ساختاری ساخته شده‌اند.

در این معماری SOC یا همان System on Chip، پردازنده مرکزی (CPU)، پردازنده گرافیکی (GPU)، پردازنده عصبی (Neural Engine)، حافظه رم، حافظه SSD، پردازنده Image Signal، موتورهای انکد/دیکود، کنترلرهای تاندربولت و USB 4، همگی در داخل یک چیپست قرار گرفته‌اند. این قرارگیری نزدیک قطعات در داخل یک مجموعه چیپ، نه تنها میزان مصرف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش داده است، بلکه میزان قدرت پردازشی این SOC نیز افزایش پیدا کرده است. همچنین از آن‌جایی که تمامی واحد‌های پردازشی این مجموعه در یک‌جا جمع شده‌اند، می‌توان با استفاده از یک سیستم خنک کننده کوچک، کل تجهیزات پردازشی را خنک کرد. 

همچنین با ترکیب حافظه، رم، پردازنده و گرافیک در یک مجموعه، اطلاعات نیازی به جابجایی نداشته و همگی در یک Poll مجتمع پردازش می‌شوند. 

System on a Chip چیست و چه تفاوتی با پردازنده های عادی دارد ؟

در زمان خرید رایانه شخصی، اکثر قطعات داخلی آن توسط شرکت‌های متعددی تولید شده‌اند و کاربر می‌تواند از بین گزینه‌های بسیار متعدد، قطعات مورد نیاز خود را خریداری کند. همین منوال برای لپ‌تاپ‌ها و اولترابوک ها صادق است و قطعات داخلی آن‌ها، توسط شرکت‌های مختلف تولید شده‌اند. در اکثر موارد، قطعاتی مانند پردازنده مرکزی (CPU)، واحد پردازش گرافیکی (GPU)، حافظه رم و حافظه داخلی دستگاه در قالب قطعات جداگانه روی مادربرد اصلی دستگاه نصب شده‌اند و می‌توان به هرکدام از آن ها به صورت جداگانه دسترسی داشت.

در ساختار System on A chip که معمولا در گوشی‌های هوشمند استفاده می‌شود، پردازنده و رم، تجهیزات ارتباطی، پردازشگر گرافیکی و تمامی چیپست‌های مورد نیاز دستگاه در قالب یک مجموعه به نام SOC یا همان System on a chip ساخته می‌شوند و این چیپست، مستقیما روی مادربرد اصلی دستگاه نصب می‌شود.

فاصله ناچیز بین تمام اجزای پردازشی دستگاه در کنار کاهش نیاز به افزایش تعداد فن و تجهیزات خنک کننده، SOC را به گزینه‌ای ایده آل برای استفاده در انواع دستگاه‌های کامپیوتری تبدیل می‌کند.

تا پیش از ظهور M1، این سبک از پردازنده‌های برای گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها کاربرد داشتند و استفاده از آن‌ها در رایانه‌های شخصی و لپ‌تاپ‌ها، محدود به ترکیب واحد‌های پردازش مرکزی و گرافیکی بود. 

تفاوت Arm با X86 در چیست؟

مهم‌ترین تفاوت و اصلی‌ترین تفاوت پردازنده‌های سری M شرکت اپل با دیگر پردازنده‌های دسکتاپ موجود در بازار، به ساختار کلی آن‌ها باز می‌گردد. پردازنده‌های این شرکت بر اساس ساختار Arm  و بر پایه معماری RISC (Reduced Instruction set computing)ساخته شده‌اند، این در حالی است که پردازنده‌های intel و AMD، بر مبنای ساختار X86 و  بر پایه معماری CISC (Complex Instruction set computing ساخته شده‌اند. این دو نوع پردازنده تقریبا از تمامی جهات، نحوه پردازش و ساختار کاملا متفاوتی دارند. 

ساختار کلی این دو سبک از معماری به نحوه پردازش دستورات باز می‌گردد. در معماری RISC، دستورات ساده سازی شده و با سرعت بسیار زیادی اجرا می‌شوند؛ در نقطه مقابل، دستورات پیچیده و همزمان در معماری CISC، به سرعت آدرس دهی می‌شوند.

در حالت نخست، پردازنده در هر دوره (Cycle) پردازشی، یک دستور را آدرس دهی کرده و پردازش می کند و مابقی دستورات در پشت صف پردازش قرار می‌گیرند. این در حالی است که در CISC، تمامی دستورات ممکن در صورت توانایی پردازنده، از مسیرهای مختلف آدرس دهی شده و پردازش می‌شوند. 

مهم‌ترین مزیت استفاده از معماری RISC، عدم نیاز به تعداد زیاد ترانزیستور و عدم نیاز به پردازش‌های سنگین است. همچنین به لطف کاهش تعداد ترانزیستور و کاهش درگیر بودن پردازنده، سادگی و سرعت اجرای دستورات، مصرف پردازنده نیز به میزان قابل توجهی کاهش پیدا می‌کند. برای مثال پردازنده Core i7-12700K در حالت پیک، ۱۳۵ وات انرژی مصرف می‌کند، این در حالی است که پردازنده A14 Bionic در حالت پیک مصرف، تنها ۷ وات مصرف انرژی دارد.

در گذشته و تا پیش از ظهور پردازنده M1، معمولا فاصله معناداری بین قدرت پردازشی این دو سبک از معماری وجود داشت و معمولا پردازنده‌های RISC در مقابل پردازنده‌های CISC، حرف چندانی برای گفتن نداشتند؛ اما با ظهور پردازنده‌های جدید اپل، دیگر این فاصله وجود ندارد و تمام مزیت‌های این سبک از معماری را می‌توان با قدرت پردازشی معادل با پردازنده‌های RISC دریافت کرد. 

اهمیت و انقلابی بودن این خانواده پردازنده‌ها زمانی مشخص می‌شود که به یک نکته بسیار ساده توجه داشته باشید : از پردازنده‌های CISC به دلیل محدودیت‌های انرژی و حرارتی، نمی‌توان در دستگاه‌های قابل حمل استفاده کرد و یا در صورت استفاده، دستگاه عملا غیر قابل استفاده خواهد بود. 

بنچمارک‌های محصولات مجهز به پردازنده‌های M

در این بخش قصد داریم به بنچمارک‌های پردازنده‌های اپل نگاهی داشته و آن‌ها را با نمونه‌های اینتلی در بخش پردازش و با نمونه‌های Nvidia و AMD در بخش پردازش گرافیکی مقایسه کنیم. 

خانواده M1

اولین پردازنده از خانواده M1، پردازنده M1 یا M1 Vanilla نام دارد. این پردازنده به ۴ هسته کم مصرف و ۴ هسته پرقدرت مجهز شده است. همچنین ۸ هسته گرافیکی و ۱۶ هسته پردازشگر عصبی در کنار پشتیبانی از ۱۶ گیگ رم، ساختار این پردازنده ار تشکیل می‌دهند. مهم‌ترین قابلیت این پردازنده در زمان عرضه خود، مصرف انرژی بسیار کم آن بود که می‌توانست یک سیستم عامل دسکتاپ را با مقدار ناچیز ۱۰ وات اجرا کند. همچنین مصرف انرژی و تولید گرمای بسیار کم این پردازنده، استفاده از آن در Macbook Air بدون فن خنک کننده را میسر کرد. 

دومین پردازنده از این خانواده، M1 Max نام داشته و نسخه بروزرسانی شده و قوی‌تر M1 محسوب می‌شود. این پردازنده به هشت هسته پرقدرت و دو هسته کم مصرف مجهز شده و توسط ۳۲ هسته پردازشگر گرافیکی و پشتیبانی از ۶۴ گیگابایت رم LDDR5 همراهی می‌شود.

پردازنده M1 Ultra نیز تحت فرآیندی به نام UltraFusion، از چسباندن دو پردازنده M1 Max به یک‌دیگر ساخته شده است. 

همان‌طور که از نتایج این بنچمارک مشخص است، پردازنده M1 Ultra به راحتی با پردازنده ۸ هزار دلاری Xeon W-3275 رقاب کرده و تنها پردازنده AMD Threadripper می‌تواند پرفورمنس بهتری را در تست Multi Core را از خود نشان دهد. این در حالی است که پردازنده‌های ذکر شده در این مقاله، نیاز به مادربردهای بسیار بزرگ و گران‌قیمتی داشته و سیستم خنک کننده‌های بزرگ و گران قیمتی نیز روی آن‌ها نصب می‌شود. 

خانواده M2

شرکت اپل با سری M1 نه تنها برتری خود در تولید پردازنده‌های دسکتاپ را به رخ رقبا کشید، بلکه شرکت‌های تولید کننده کارت گرافیک را نیز با چالش جدیدی مواجه کرد. حال این شرکت دو سال پس از عرضه محصولات موفق مجهز به پردازنده M1، نسل دوم از این پردازنده‌ها را به بازار عرضه کرده است که قرار است در همه مدل‌های مک، جایگزین مدل قبلی شوند. همچنین اکثر محصولات جدید شرکت اپل به همراه هدست واقعیت افزوده انقلابی این شرکت یعنی دستگاه Vision Pro، توسط پردازنده M2 تغذیه می‌شوند. 

این‌طور که به نظر می‌رسد، شرکت اپل از قدرت پردازشی این سری اول رضایت کافی را داشته و در این نسل تنها شاهد ۱۸ درصد افزایش راندمان هستیم؛ در نقطه مقابل، با اضافه شدن دو هسته پردازش گرافیکی، عملکرد گرافیکی دستگاه تا ۲۵ درصد بهبود پیدا کرده است که دستگاه‌های مجهز به این پردازنده را در رده دستگاه‌های بالارده بازار قرار می‌دهد.

همچنین پردازنده M2 Pro نیز با افزایش دو هسته پردازنده و ۳ هسته گرافیکی، تقریبا رشدی مشابه با نسخه Vanilla را تجربه می‌کند. 

در پردازنده M2 Max، علاوه بر اضافه شدن شش هسته پردازنده گرافیکی و چهار هسته پردازنده مرکزی، شاهد دو برابر شدن پهنای باند مموری نیز هستیم.

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، پردازنده گرافیکی M2 Max می‌تواند پرفورمنسی مشابه با نسخه لپ‌تاپ کارت گرافیک RTX 3060 ارائه دهد.

پردازنده M2 Ultra هنوز راه خود را به بازار پیدا نکرده است، اما بر طبق گفته‌های اپل، شاهد افزایش ۴۰ درصدی قدرت گرافیکی نسبت به نسل قبل خواهیم بود که پردازنده گرافیکی این SOC را مستقیما در رقابت با پردازنده گرافیکی RTX 4080 قرار می‌دهد. 

هدف نهایی اپل چیست؟

از آن‌جایی که تولید پردازنده‌های CISC مناسب برای دستگاه‌های قابل حمل از نظر اقتصادی صرفه خاصی نداشته و استفاده از آن‌ها عملا ممکن نیست، شرکت اپل راه کاملا متفاوتی را برای حل مشکل قدرت پردازشی پیش رو گرفته است. این شرکت با تقویت معماری RISC و پردازنده‌های ARM، عملا آن‌ها را به قدرت پردازنده‌های دسکتاپ رسانده و قصد استفاده از آن‌ها در تمامی دستگاه‌های آینده خود را دارد.

حال اگر مشکلات نرم‌افزاری قابل حل این تغییر را کنار بگذاریم، با پلتفرمی روبرو هستیم که تمامی دستگاه‌های آن از یک مدل پردازنده استفاده می‌کنند، تمام اپلیکیشن‌های آن‌ها قابلیت انتقال به یک‌دیگر را دارند و کاربر می‌تواند پروژه کاری خود را روی دستگاهی شروع کرده و ادامه آن را روی دستگاه دیگری به پایان برساند.

در اکوسیستم ایده آل اپل، کاربر کارهای مولتی مدیای خود را با آیفون و آیپد مجهز به پردازنده ARM انجام می دهد، کارهای حرفه‌ای خود را روی لپ‌تاپ و دسکتاپ مجهز به پردازنده ARM انجام می‌دهد و بازی‌های ویدیویی خود را روی هدست مجهز به پردازنده ARM تجربه می‌کند؛ این در حالی است که تمامی این وظایف قابل انتقال به دیگر دستگاه‌ها بوده و کاربر هیچ نیازی به خروج از اکوسیستم اپل ندارد. 

به لطف استفاده از یک پلتفرم یکپارچه و رسیدن قدرت پردازش پردازنده‌های سری M به میزان مناسب، از این پس تمامی حوزه‌هایی که اپل به آن ورود کند، به بازیگر اول آن حوزه تبدیل خواهد شد. برای مثال، هدست های واقعیت مجازی و هدست‌های واقعیت افزوده سال‌هاست که در سطح بازار حضور دارند، اما هیچ‌کدام از آن‌ها حتی اندکی از توانایی‌های هدست واقعیت افزوده اپل را ارائه نمی‌دهند و قدرت پردازشی هیچ‌کدام از آن‌ها حتی نزدیک به Vision Pro نیست. 

چرا خانواده پردازنده‌های M، مهم‌ترین محصولات اپل به شمار می‌روند؟‌

در ساخت هر دستگاه هوشمند، مهم‌ترین عامل محدودکننده برای توسعه دهندگان، قدرت پردازشی دستگاه است. تا بیست سال پیش، بازی‌های کامپیوتری همگی کیفیتی پیکسلی داشتند و عامل محدود کننده آن‌ها، قدرت پردازشی دستگاه‌های خریداران بود؛‌حال امروزه از موتورهای بازی سازی برای ساخت جلوه‌های ویژه فیلم‌های سینمایی استفاده می‌شود و بازی‌های جدید ساخته شده توسط تجهیزات مدرن، از همیشه به واقعیت نزدیک‌ترند. 

همین موضوع اهمیت بسیار بالای قدرت پردازشی را گوشزد می‌کند! اگر بتوان پردازنده‌ای را با قیمت مناسب تولید کرد که بتواند با مصرف مقدار کمی انرژی و تولید مقدار ناچیزی گرما، قدرت پردازشی مناسبی را در اختیار توسعه دهنده قرار دهد، آن پردازنده از همه‌ی قطعات داخلی آن محصول نهایی با ارزش تر است. مثال بسیار ملموس این موضوع را می‌توان در پلی استیشن 5 جستجو کرد. استفاده از SSD بسیار پرسرعت و استفاده از پردازنده و پردازنده گرافیکی بسیار پرقدرت، دست توسعه دهندگان برای ساخت بازی‌های با کیفیت تر را باز می‌گذارد. 

شرکت اپل با سرمایه گذاری میلیارد دلاری و سال‌ها تلاش برای رفع مشکلات این سیستم، بالاخره با پردازنده M1 به تمامی هدف‌های خود رسیده است که نمونه آن را در محصولات جدید این شرکت مشاهده می‌کنیم. 

در حقیقت در حال حاضر اپل چندین سال از دیگر رقبای خود در تمامی صنایع جلوتر است و این موضوع به لطف خانواده پردازنده‌های M1 محقق شده است.

چرا پردازنده‌های سری M صنعت موسیقی را متحول خواهند کرد؟

حال که با تاریخچه پردازنده‌های سری M‌ آشنا شده‌اید، بگذارید به صنعت موسیقی بازگردیم. تا ۱۰ سال پیش، کاربران سیستم عامل مک برای اجرای درست نرم‌افزارهای آهنگسازی، نه تنها مجبور به تهیه سخت‌افزار بالارده بودند، بلکه نیازهای آن‌ها توسط تکنولوژی آن زمان به طور کامل برطرف نمی‌شد. برای مثال، در صورت لود کردن تعداد زیادی از پلاگین روی یک پروژه عظیم، معمولا کاربران مجبور به چند تکه کردن پروژه های صدای خود بودند و نمی‌توانستند تمامی پلاگین‌ها را در غالب یک پروژه عظیم بارگذاری کنند. همچنین هر چه پروژه موسیقی دارای لاین‌ها و افکت‌های بیشتری بود، سرعت بارگذاری و اجرای هر اکشنی، افزایش پیدا می‌کرد. 

حال با ظهور پردازنده‌هایی که قدرتی مشابه با سرورهای ‍۱۰ سال پیش دارند، می‌توان گفت که مسائل پیش پا افتاده‌ای همچون لگ یا کرش کردن نرم‌افزار آهنگسازی به مرور از بین خواهد رفت. در حقیقت در حال حاضر، تنها ایراداتی که می‌تواند پروژه‌های موسیقی را مختل کند، به ایرادات نرم‌افزار آهنگسازی باز می‌گردد و پردازنده دستگاه دیگر عامل محدود کننده نیست. 

اهمیت فراگیری پردازنده‌های اپل برای توسعه دهندگان

همان‌طور که در پاراگراف قبلی به آن اشاره شد، پردازنده‌های جدید اپل تمامی محدودیت‌های پردازشی را از روی دوش نرم‌افزارهای آهنگسازی برداشته اند و حالا دستگاه‌های مجهز به پردازنده‌های سری M، قویتر از همیشه ظاهر می‌شوند. این موضوع علاوه بر داشتن درجات اهمیت بسیار بالا برای موزیسین‌ها، برای توسعه دهندگان نیز بسیار مهم است. در حقیقت توسعه دهندگان نرم‌افزارهای ورک استیشن همانند Ableton یا Fl Studio، همیشه با محدودیت‌های متعدد سخت‌افزاری روبرو بوده‌اند. حال با برداشته شدن این محدودیت، می‌توان قابلیت‌های زیاد و متعددی را به این نرم‌افزارها اضافه کرد، بدون آن‌که نگرانی بابت قدرت پردازشی یا به اصطلاح “سنگین شدن نرم‌افزار” وجود داشته باشد. احتمالا در نسخه‌های بعدی نرم‌افزارهای DAW، شاهد اضافه شدن قابلیت‌هایی خواهیم بود که تا پیش از این، استفاده از آن‌ها منوط به استفاده از پلاگین‌های متعدد و حجیم بود. 

همچنین در صورتی که شرکت اپل قصد ورود به بازار موسیقی و تجهیزات آن را داشته باشد، می‌تواند با اضافه کردن این پردازنده‌های قدرتمند به هر دستگاهی، یک استودیوی موسیقی سیار را تولید کند.