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Apples Super-CPU ist da: M1, der Intel-Killer

10.11.2020 | 21:52 Uhr |

Acht CPU-Kerne, acht Grafikkerne, Neural Engine, 16 Milliarden Transistoren, unified Memory, bis zu 20 Stunden Akkulaufzeit. Der M1 soll aus dem Stand mehr Leistung bringen, als 98 Prozent aller PC-Laptops, die im letzten Jahr verkauft wurden. Na, das ist mal eine Ansage. Doch was genau steckt dahinter?

Wieder steht ein historischer Wechsel für den Mac an. Insgesamt vier CPU-Architekturen hat der erste kommerzielle Computer mit Maus-Bedienung und grafischer Oberfläche seit 1984 dann auf dem Buckel. Diesmal jedoch holt Apple den Chip komplett ins eigene Haus. M1 nennt der Mac-Hersteller die CPU, die im Grunde viel mehr ist, als nur ein Hauptprozessor.

Der M1 Bionic ist Apples neuester Mac-Prozessor. Er kommt im Mac Mini, Macbook Air und dem 13 Zoll Macbook Pro zum Einsatz.
Vergrößern Der M1 Bionic ist Apples neuester Mac-Prozessor. Er kommt im Mac Mini, Macbook Air und dem 13 Zoll Macbook Pro zum Einsatz.

Details des M1

Mit einer Strukturbreite von fünf Nanometern gehört der M1 derzeit technologisch zur absoluten Weltspitze. Intel ist damit vorerst abgehängt, denn selbst die aktuelle Generation von mobilen Chips wird bei Intel noch mit zehn Nanometern Strukturbreite hergestellt, AMD setzt immerhin schon auf sieben Nanometern. Letztlich geht es aber um die Motivation: „Leistung pro Watt“ und wir erkennen hier deutliche Parallelen zum 2006er-Umstieg vom PowerPC auf Intel-Chips. Auch damals war der Grund, dass die PowerPC-Architektur zu wenig Leistung brachte und zu viel Strom verbrauchte. Der G5 war ein toller 64-Bit-Chip, daran gibt es nichts zu zweifeln, aber er war im Vergleich zur damaligen Intel-Architektur ein Stromfresser und Heizstrahler. Ähnlich ist die Situation heute mit Intel-Chips. Im Vergleich zur ARM-Architektur braucht der x86-Microcode viel mehr Transistoren, um eine ähnliche Leistung zu erbringen und damit natürlich auch mehr Strom. ARM ist deutlich sparsamer. Doch das ist nur ein Grund für den Wechsel. Deutlich mehr Vorteile bringt es Apple, dass sie den Hauptprozessor im Mac nun genauso nahtlos in die übrige Hardware integrieren können, wie sie das schon seit Jahren im iPhone und iPad tun. Zudem können sie den Chip nun nach eigenem Gutdünken skalieren, also mit mehr Kernen oder anderen Sonderfunktionen ausstatten, die der Markt gerade so fordert. Und das, ohne auf einen anderen Hersteller und dessen Roadmap Rücksicht zu nehmen. Das macht den Mac auf Jahre hinaus zum flexibelsten Notebook und Desktop-PC auf dem Markt.

Der M1 bietet zunächst alle Baugruppen, die man auch im iPhone-Chip A14 Bionic findet, allerdings stattet Apple den M1 mit mehr CPU- und GPU-Kernen aus.
Vergrößern Der M1 bietet zunächst alle Baugruppen, die man auch im iPhone-Chip A14 Bionic findet, allerdings stattet Apple den M1 mit mehr CPU- und GPU-Kernen aus.

M1 mit 5 Nanometer Strukturbreite

Eine kleinere Strukturbreite bedeutet erst einmal: mehr Transistoren pro Flächeneinheit, und der M1 kommt auf stolze 16 Milliarden Transistoren. Das sind fast fünf Milliarden mehr als beim A14 Bionic im iPhone 12. Und sie werden im Mac clever genutzt. Der M1 arbeitet mit acht CPU-Kernen. Vier davon sind so genannte Performance-Cores, die auf pure Rechenkraft hin ausgelegt sind. Die anderen vier dienen als Stromsparer. Sie sollen nur ein Zehntel der Leistung aufnehmen, die die Performance-Cores unter Volllast benötigen. macOS entscheidet selbst, welche Kerne zum Einsatz kommen. Asymmetrisches Multiprocessing nennt sich das und es führt letztlich zu längerer Akkulaufzeit.

Nach wie vor schweigt sich Apple über Taktfrequenzen aus, aber die sagen ja tatsächlich herzlich wenig über die eigentliche Leistung des Chips in der Praxis aus. Man kann davon ausgehen, dass die Kerne im lüfterlosen Macbook Air mit zirka 2 GHz getaktet werden, im Macbook Pro 13 Zoll und im Mac Mini eventuell mit bis zu 3 GHz. Erst unsere Benchmarks werden zeigen, ob sich hier Leistungsunterschiede zwischen den Systemen messen lassen.

Im Vergleich zu den derzeitig aktuellen Notebook-Chips soll der M1 deutlich mehr CPU-Leistung pro Watt liefern.
Vergrößern Im Vergleich zu den derzeitig aktuellen Notebook-Chips soll der M1 deutlich mehr CPU-Leistung pro Watt liefern.

Grafikleistung und Maschinelles Lernen

Auch im Grafikbereich dürfte es spürbare Unterschiede zum A14 Bionic des iPad Air und iPhone 12 geben, denn die integrierte Grafikeinheit läuft mit acht Kernen (beim kleinsten Modell des Macbook Air sind es nur sieben). Das sind also doppelt so viele wie im iPhone oder iPad. In der Praxis wird sich das überwiegend auf die Bildrate von Spielen auswirken aber auch Profi-Anwendungen wie Final Cut Pro X oder Logic Pro X sollten davon profitieren und beispielsweise 3D-Effekte in Videos laut Apple bis zu dreimal schneller berechnen können.  

Um Bilderkennung, Spracherkennung und Bewegungsanalyse in Videos kümmert sich nun erstmals im Mac die Neural Engine, die es mit Intel-CPUs gar nicht gab. Apple gibt an, dass die Neural Engine besonders bei Final Cut Pro eine Leistungssteigerung bringen soll. Mehr als viermal schneller sollen sich Videoclips intelligent umstrukturieren lassen.

Selbst der vom iPhone her bekannte Signalprozessor ist im M1 vorhanden. Im iPhone kümmert er sich um tolle Fotos. Er ist daher auf Echtzeit-Bildverarbeitung spezialisiert. Er könnte im Mac zu höherer Arbeitsgeschwindigkeit in Programmen wie Lightroom oder letztlich auch Photoshop führen. Die Programme müssen allerdings von den Entwicklern erst einmal daraufhin optimiert werden. Laut Apple kommt aber Lightroom für den neuen Mac noch im Dezember, Photoshop Anfang 2021.

Auch im Bereich der Grafikleistung pro Watt soll der M1 aktuelle Notebook-Chips deutlich überflügeln. Es soll zu längerer Akkulaufzeit führen.
Vergrößern Auch im Bereich der Grafikleistung pro Watt soll der M1 aktuelle Notebook-Chips deutlich überflügeln. Es soll zu längerer Akkulaufzeit führen.

 

Secure Enclave im M1, T2 adieu

Auch die Secure-Enclave hat Apple dem M1 Chip spendiert. TouchID im Macbook Air und Macbook Pro 13 Zoll soll dadurch schneller und zuverlässiger funktionieren. Bislang war dafür im Mac der separate Chip T2 zuständig, den Apple 2017 mit dem iMac Pro einführte. Er wird nun nicht mehr benötigt, seine Funktion ist vollständig im M1 integriert.

Nicht nur Rechen- und Grafikleistung bringt der M1 mit, er enthält auch jede Menge Spezialeinheiten, die besondere Aufgaben übernehmen können. Die Neural Engine beispielsweise kann Sprache oder Bildinhalte ruckzuck und mit hoher Genauigkeit erkennen, ohne dass dafür die Prozessorkerne blockiert werden.
Vergrößern Nicht nur Rechen- und Grafikleistung bringt der M1 mit, er enthält auch jede Menge Spezialeinheiten, die besondere Aufgaben übernehmen können. Die Neural Engine beispielsweise kann Sprache oder Bildinhalte ruckzuck und mit hoher Genauigkeit erkennen, ohne dass dafür die Prozessorkerne blockiert werden.

Die Unified-Memory-Architektur sorgt dafür, dass sämtliche Komponenten auf dieselbe RAM-Speichertechnik zugreifen. Sei es nun die Grafikeinheit, die Haupt-CPU oder die diversen Nebenprozessoren. Leistungsverluste durch Umformen der Speicherzugriffe können hier gar nicht erst auftreten.

USB 4 und Thunderbolt 3

Auch wenn USB und Thunderbolt nicht direkt im M1 zu finden sind, ist die Anbindung dieser Technologien doch ein entscheidender Schritt für Apple. Denn beide Schnittstellen basieren auf dem PCI-Express-Bus, den es bisher in den Chips des iPhone und iPad nicht gab. Noch gibt Apple keine Details bekannt, doch eine PCI-Express-Lösung muss der M1 mitbringen, denn sonst wäre zumindest Thunderbolt nicht möglich.

Ein Apple-Chip im Mac, das dürfte der Anfang eines spannenden Jahrzehnts für den Mac werden.
Vergrößern Ein Apple-Chip im Mac, das dürfte der Anfang eines spannenden Jahrzehnts für den Mac werden.

USB 4 ist zudem ein weiterer großer Schritt, denn erstens dürfte die Macs mit M1 Chip so ziemlich die ersten Massenmarkt-Computer sein, die überhaupt mit USB4 ausgestattet sind und zweites schließt die Geschwindigkeit von USB zu der von Thunderbolt 3 auf. Beide Technologien können Daten mit bis zu 40 GBit/s übertragen. Dabei bleibt USB 4 rückwärtskompatibel zu USB 3 und USB 2.

Fazit

Der Mac geht in ein neues Zeitalter. Der M1 katapultiert ihn 2020 in eine neue Dekade. Endlich kann sich Apple im Bereich Notebook- und Desktop-Computer wieder vom Mainstream absetzen und ganz eigene Produkte anbieten, die niemand so leicht kopieren kann. Und der M1 ist erst der Anfang. Apple steht nun eine ganze Welt an Skalierungsmöglichkeiten zur Verfügung, um immer schnellere und besser optimierte Macs herzustellen. Eine tolle Zukunft!

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