ARM против x86: могло ли быть будущее у процессоров Intel в iPhone?
Стартовавший на днях исторический переход компьютеров Apple на процессоры её собственной разработки с архитектурой ARM дает повод вспомнить предысторию их появления. В интервью, которое в свой последний рабочий день в Intel дал возглавлявший её в 2005-2013 Пол Отеллини, он раскрыл весьма любопытный факт. Оказывается вскоре после начавшегося пятнадцать лет назад перехода компьютеров Apple на процессоры Intel, между двумя компаниями велись аналогичные переговоры в отношении будущих iPhone и iPad. Как в биографии Стива Джобса пишет журналист Уолтер Айзексон, процессоры Intel были идеей главы Apple, тогда как тогдашний старший директор департамента по разработке и выпуску iPod Тони Фаделл отстаивал чипы на базе архитектуры ARM. Пол Отеллини, по его словам, поступил тогда вопреки своей интуиции и от предложения Apple отказался. Стороны не сошлись в цене, которая при ожидаемых объемах производства оказалась бы ниже себестоимости — а Джобс не уступал ни цента. В середине двухтысячных мало кто мог предположить, что производитель ноутбуков, десктопных компьютеров и музыкальных плееров способен создать смартфон, которым спустя пятнадцать лет будут пользоваться более миллиарда пользователей.
В результате Apple снабдила свои первые смартфоны чипами Samsung с архитектурой ARM, а начиная с iPhone 4 использовала процессоры собственной разработки (A4 и все последующие), для чего в 2008 году приобрела за $278 млн компанию P.A. Semi. Таким образом, своим появлением нашумевший M1 обязан несговорчивости Стива Джобса, недальновидности Пола Отеллини и компании P.A. Semi.
Возникает закономерный вопрос — какими бы сейчас были смартфоны и планшеты Apple, если получили процессоры Intel? Начнем с того, что, как правило, процессоры с архитектурой x86 не только превосходят ARM быстродействием, но также отличаются высокими энергопотреблением и стоимостью. Последнее можно проиллюстрировать на замерах бенчмарка Cinebench R23 в свежем обзоре YouTube-канала Max Tech:
| Mac Mini 2020 (Apple M1, 16 Гб) | Mac Mini 2018 (Intel Core i7-8700, 64 Гб) | |
| Многопоточная производительность | 7,717 | 7,156 |
| Охлаждение (оборотов в минуту) | 1,700 | 4,400 |
| Нагрев процессора | 50° C | 95° C |
| Среднее энергопотребление | 13 Вт | 75 Вт |
Таким образом, Apple M1 (4+4 ядра) на 8% производительнее Intel Core i7-8700 (6 ядер) — при том, что потребляет почти в шесть раз меньше электроэнергии.
В графике Apple M1 тоже энергоэффективнее. Для сравнения возьмем другой 6-ядерный процессор с гораздо более производительным ГПУ AMD Radeon Pro 5300M 4 Гб:
| MacBook Pro 13 2020 (Apple M1, 16 Гб) | MacBook Pro 16 2019 (Intel Core i7-9750H, 16 Гб) | |
| Cinebench R23 (многопоточный) | 7,705 | 7,127 |
| Нагрев процессора | 65° C | 99° C |
| Среднее энергопотребление | 13 Вт | 67 Вт |
| Расход полностью заряженной батареи | 10% от 58.2 Вт∙ч | 28% от 99.8 Вт∙ч |
| Geekbench Metal | 21,856 (6 Вт) | 23,424 (45 Вт) |
Но пожалуй самым впечатляющим является встроенный в Apple M1 декодер видео. Как уже рассказывал Gadgets News, при просмотре видео 4K 60 к/с MacBook Pro 13″ с новым процессором работает в три раза дольше своего предшественника Intel Core i7-8569U. Аналогичные результаты были получены в приложениях по обработке видео.
Мелкооптовая цена Intel Core i7-8700 и i7-9750H — $300 и $400 соответственно. Себестоимость Apple A14 (расширенной версией которого фактически является M1) оценивается в $40. Даже при большой скидке на многомиллионные заказы, для Apple процессоры Intel наверняка обходятся дороже собственных.
Жирным плюсом ARM является и доступность лицензии — она распространяется без ограничений и по достаточно умеренной цене, поэтому используется в процессорах десятков компаний. Если бы Apple процессоры для iPhone и iPad покупала у Intel, то находилась бы от неё в такой же зависимости, в какой была до сих пор в случае с ноутбуками и настольными ПК.
Достойными смартфонов энергопотреблением (2 Вт) и ценой ($37) у Intel отличалась линейка Atom, последний представитель которой, 4-ядерный x7-Z8750 со встроенной графикой HD Graphics 405 (16 EU), вышел в начале 2016. В свое время этот чип был достаточно производительным для того, чтобы один голландский стартап оснастил им свой миниатюрный моноблок Ockel Sirius A. Вот как выглядит быстродействие Atom x7-Z8750 в сравнении с тогдашними топовыми чипами с архитектурой ARM, а также современным A14 (на примере iPhone 12):
| Intel Atom x7-Z8750 | Qualcomm Snapdragon 820 | Apple A9 | Apple A14 | |
| Geekbench 5 (одноядерный) | 224 | 297 | 558 | 1583 |
| Geekbench 5 (многоядерный) | 741 | 773 | 1024 | 3936 |
| GFXBench Manhattan 3.1 (off-screen) | 16.4 к/с | 31.4 к/с | 25.7 к/с | 106.6 к/с |
Как видим, Atom x7-Z8750 заметно отстает от своих соперников того времени. Между тем для завоевания рынка Android-смартфонов (которые могут работать на процессорах с архитектурой не только ARM, но и x86) Intel следовало несколько лет подряд выпускать более быстрые процессоры. В противном случае производители смартфонов едва ли отказались бы от сложившихся связей с таким надежным и предсказуемым поставщиком как Qualcomm.
Да и не факт, что Intel могла выпускать такие процессоры, даже поставив перед собой такую задачу. На примере Core i7-6700K (2016) и Core i7-10700K (2020) однопоточная производительность топовых процессоров Intel в бенчмарке Cinebench R23 увеличилась с 1124 до 1309, т.е. всего на 16%. Для сравнения, у чипов Apple (см. таблицу сверху) она выросла с 558 до 1583, т.е. почти в три раза.
Конечно, в немалой степени превосходство M1 связано с тем, что техпроцесс Intel отстает от TSMC, на фабриках которой производятся чипы Apple. Благодаря нашим коллегам из Ars Technica мы можем сравнить M1 с лучшими мобильными процессорами Intel и AMD. Данные Ars Technica по энергопотреблению я дополнил информацией с сайта cpu-monkey и YouTube-канала Max Tech:
| Apple M1 | Intel Core i7-1185G7 | AMD Ryzen 7 Pro 4750U | |
| Техпроцесс | 5-нм TSMC | 10-нм Intel | 7-нм TSMC |
| Номинальный TDP | — | 15 Вт | 15 Вт |
| Кол-во ядер | 4 + 4 | 4 | 8 |
| Cinebench R23 (многопоточный) | 7,705 | 6,264 | 8,088 |
| Энергопотребление процессора | 13 Вт | 34 Вт | 28 Вт |
При этом следует учитывать возможное завышение производительности у процессора Ryzen 7 Pro 4750U. Как Intel продемонстрировала на примере нескольких ноутбуков с процессорами из семейства Ryzen 4000U, в автономном режиме процессор AMD троттлит на 38-40% — но только в обычных приложениях. Тогда как в бенчмарках производительность поддерживается на максимальном уровне, как если бы ноутбук был подключен к электросети. Но даже без учета возможного завышения производительности у Ryzen 7 Pro 4750U, в бенчмарке Cinebench R23 новый чип Apple показывает себя самым энергоэффективным. По сравнению с лучшим мобильным процессором AMD, скорость Apple M1 ниже всего на 5% — при вдвое меньшем энергопотреблении.
Но AMD не стоит на месте — в начале следующего года состоится релиз Ryzen 7 5800U. При номинальном TDP 15 Вт у него будет восемь ядер на базе 7-нм техпроцесса и новейшей микроархитектуры Zen 3 (отличающейся 19% ростом числа операций за такт по сравнению с Zen 2). Вероятно еще через год-два мы увидим мобильные процессоры AMD с архитектурой Zen 4 и 5-нм техпроцессом. Последний (N5P), согласно TSMC, отличается от 7-нм 20% увеличением производительности или 40% снижением энергопотребления. Если к тому времени Apple не успеет перейти на 3-нм техпроцесс, сравнение её 5-нм чипов с 5-нм процессорами AMD будет более честным.