TechInsights が公開した Apple の A14 Bionic および M1 システム オン チップの詳細なダイ ショットにより、業界で最も秘密主義的な大手企業の 1 つによる SoC に関する追加情報が明らかになるかもしれません。
大きな変化がやってくる
Appleは伝統的にハードウェアの詳細をあまり公開していないため、そのイノベーションを分析し、今後の方向性を推測するのは必ずしも容易ではありません。幸いなことに、SoCのフロアプランから大まかな概要は明らかになっており、最近では高度な技術分析およびリバースエンジニアリングを行う企業がAppleのA14 BionicとM1 SoCのダイショットを公開し、これらのプロセッサに関する追加情報を明らかにしました。他のコンサルティング企業もダイショットの画像を公開していますが、現在入手可能なダイショットの中で最も詳細な情報はTechInsightsのようです。
とても近いのに、とても遠い
AppleのA14 BionicとM1には多くの共通点があることは周知の事実です。Appleは同じTSMC N5プロセス技術で製造しており、アーキテクチャの観点からも非常に類似しています（例えば、どちらもSoCであり、統合メモリアーキテクチャを採用しています）。また、FirestormとIcestormという汎用CPUコア、NPU（ニューラル・プロセッシング・ユニット）エンジン、そしておそらくGPUアーキテクチャも同じです。
AppleのM1プロセッサは、ノートパソコンや小型デスクトップパソコン向けに設計されており、A14プロセッサよりも全般的に高速です。しかし、サイズが37%大きいM1プロセッサは、A14の強化版というわけではありません。
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| AppleのA14 BionicとM1の概要 | ヘッダーセル - 列 1 | ヘッダーセル - 列2 |
|---|---|---|
| 行0 - セル0 | A14バイオニック | M1 |
| トランジスタ数 | 118億 | 160億 |
| ダイサイズ | 88平方ミリメートル | 約120.5平方ミリメートル |
| 汎用コア | ファイアストーム 2 個、アイスストーム 4 個 | ファイアストーム4枚、アイスストーム4枚 |
| L2キャッシュ | ? | FireStormでは12MB、IceStormでは4MB |
| GPUクラスター | 4 | 8 (?) |
| NPU | 16コアNPU | 16コアNPU |
| メモリインターフェース | 64ビット LPDDR4X (4チャネル) | 128ビットLPDDR4X（8チャネル） |
M1はM14よりも多くのCPUコアを搭載しています。最大3.20GHzで動作する4つの高性能Firestormコアと拡張キャッシュにより、命令とデータアクセスを高速化し、レイテンシを削減することでシングルスレッド性能を最大化します。このSoCには、最大周波数約2.0GHzのエネルギー効率の高い4つのIcestormコアもあります。AppleはFirestormコアの数を倍増させましたが、Icestormコアの数はそのまま残しました。これはおそらく、PC分野では後者の重要性が低く、4つが最適な数だからでしょう。フロアプランからは、AppleがCPUコアをより高速に動作させるために何らかの最適化（特定のブロックに低電力トランジスタではなく高性能トランジスタを使用するなど）を使用したかどうかは不明です。それでも、それらを実装するべきことと実装しないべきことについては議論があります。
M1のGPUはA14のGPUの2倍の容量であり、少なくともPCに関しては、Appleの優先順位がある程度示されています。MacのすべてのプログラムがGPGPUを多用しているわけではないにもかかわらず、Appleはグラフィックスを重視しています。Appleは常に、強力なGPUを搭載したIntel製CPUを採用する数少ないPCメーカーの一つであり、自社製プロセッサへの移行によっても何も変わりません。
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より強力なCPUとGPUサブシステムに十分なデータを供給するため、M1は128ビット8チャネルLPDDR4X-4266メモリサブシステムを採用しています（A14のクアッドチャネル64ビットメモリサブシステムから強化）。Appleはまた、システムレベルキャッシュを25%縮小しました。これは、メモリサブシステムの性能向上を考えると当然のことです。Appleがメモリ帯域幅をさらに向上させるためにLPDDR5に移行せず、LPDDR4Xメモリを引き続き使用することを決定したことは注目に値します。スマートフォン向けに設計されたコントローラーとPHY IPを再利用することで、研究開発費を削減できるコスト削減策が講じられているのかもしれません。
ニューラル プロセッシング ユニット (NPU) に関して言えば、M1 と A14 は同一の 16 コア ユニットを備えていますが、これは、現代の AI ワークロードはスマートフォンとラップトップの両方で概ね同様になると予測されているため、特に驚くことではありません。
TechInsightsなどのアナリストは、M1のすべてのブロックを特定できていません。それでも、Appleの最新のA14およびM1 SoCには、macOS特有のタスクや、メディアのエンコード/デコードといった様々な高負荷ワークロードを処理するための、多数の専用アクセラレータが搭載されていると一般的に考えられています。M1のフロアプランの少なくとも3分の1が特定できないことを考えると、Appleは有名なT2チップを含む多くのカスタムブロックをチップに組み込んだ可能性が高いです。また、M1には、DisplayPortやThunderbolt/USB 4といったPC固有のインターフェースも搭載されています。
まとめ
Apple の M1 システムオンチップは、スマートフォン用 SoC である A14 Bionic の進化版ですが、小型ノートブックやコンパクトデスクトップ向けに特別に設計された数多くの最適化が施されています。
全体として、AppleのM1はA14と比較して、汎用性能、グラフィックス性能、メモリ帯域幅がそれぞれ少なくとも2倍向上しています。ただし、ダイサイズは37%大きくなっています。M1はA14ほどエネルギー効率に優れている必要はないものの、クロック周波数の向上やその他の最適化を考慮すると、実際のパフォーマンス向上はより顕著になる可能性があります。さらに、M1にはApple独自のアクセラレータが多数搭載されていることを考えると、一部のアプリケーション（例えばApple ProRes RAWのエンコード/デコード）ではIntelプロセッサよりも明らかに高速になると期待できます。
Appleは明らかにM1を特定の製品群、特にMacBook Air、MacBook Pro 13、Mac Mini向けに設計しました。これらのシステムは、真に高性能なタスクに使用されることはほとんどないため、Appleは設計において4つの高性能コアを超えるものを選ばなかったのかもしれません。M1の入出力機能も中程度です。SoCにはディスプレイエンジンが2つしか搭載されておらず、HDMIのネイティブサポートがなく、USB 4/Thunderboltポートも2つしかサポートされていないようです。
総じて言えば、AppleはM1でM14 Bionicよりも大幅に高い性能を約束するSoCを設計しましたが、ダイ面積はわずか37%増加しただけでそれを実現しました。同社はPCパフォーマンス目標を達成するために、設計の多くの要素（キャッシュの追加、クロックの高速化、メモリインターフェースの拡張、PC専用インターフェースなど）を最適化しましたが、他の多くの要素（16コアNPU、LPDDR4Xメモリのサポートなど）はそのまま残しており、これは設計と製造コストに対する非常に合理的なアプローチを示しています。
アントン・シロフはTom's Hardwareの寄稿ライターです。過去数十年にわたり、CPUやGPUからスーパーコンピュータ、最新のプロセス技術や最新の製造ツールからハイテク業界のトレンドまで、あらゆる分野をカバーしてきました。
