Visão geral e compatibilidade do processador Apple M1

Todo evento da Apple atrai muita atenção, mas o lançamento do MacBook Air, MacBook Pro e Mac Mini 2020 foi mais do que novos recursos e design industrial elegante. Este ano, a grande novidade está escondida dentro do chassi de alumínio anodizado dos novos MacBooks, na forma do Apple M1 System on a Chip (SoC), que está substituindo os processadores Intel nos MacBooks de 13 polegadas e no Mac Mini.

Por que a transição para os processadores Apple é tão importante? Afinal, a Apple projeta seus processadores para smartphones desde 2010, e esta não é a primeira vez que adota uma nova arquitetura de CPU. A Apple passou por várias arquiteturas diferentes, desde CPUs Motorola em seus dias de Wozniak, passando por chips PowerPC nos anos 90, até processadores Intel x86 em 2005. Agora a empresa está migrando para um processador baseado em ARM de seu próprio design. Em contraste, a plataforma Windows PC está presa aos processadores x86 desde o primeiro IBM PC lançado em 1981.

Hoje vamos dar uma olhada mais de perto no novo chip M1 da Apple, suas implicações para engenheiros de software, designers, consumidores e a indústria como um todo. Não forneceremos análises detalhadas de desempenho nem testaremos a compatibilidade de conjuntos e ferramentas de software individuais, software legado, SDKs e assim por diante para fins de brevidade. Como você pode encontrar facilmente benchmarks e análises em sites de hardware respeitáveis, vamos nos concentrar no quadro geral e abordar algumas preocupações expressas por designers e desenvolvedores interessados ​​em comprar os novos MacBooks M1 da Apple.

O que torna o processador Apple M1 diferente?

O que torna o processador Apple M1 diferente? O Apple M1 difere dos processadores Intel usados ​​nos MacBooks anteriores em muitos aspectos:

• O M1 é um processador ARM, não um processador x86.
• Ele integra mais componentes do que uma CPU Intel.
• O Apple M1 também integra RAM no mesmo pacote.
• Possui tradução binária dinâmica Rosetta 2 que permite executar software x86.
• O chip possui oito núcleos de CPU, além da GPU integrada.
• É fabricado usando o processo de 5 nanômetros e possui 16 bilhões de transistores.

Para o usuário médio, a maioria dessas especificações não significa muito, mas os usuários avançados devem tomar nota: o Apple M1 baseado em ARM deve executar software x86 legado usando Rosetta, o que pode causar efeitos adversos no desempenho ao executar aplicativos x86. Felizmente, devido à sua velocidade, o M1 ainda superará os chips Intel mais antigos na maioria dos cenários, mesmo com aplicativos x86 herdados. Além disso, alguns problemas iniciais são esperados, pois ferramentas e aplicativos exóticos podem não ser executados imediatamente ou podem incorrer em uma penalidade de desempenho. Ainda assim, esses problemas serão resolvidos e a maioria dos usuários não precisa se preocupar com eles.

Por exemplo, os usuários do Docker não tinham certeza se suas imagens x86-64 funcionariam corretamente. Por enquanto, eles estão enfrentando sérios problemas e o Docker não está funcionando corretamente. Embora a Adobe esteja trabalhando para otimizar seus produtos para o M1, os designers que confiam em plug-ins de terceiros para produtos da Adobe estão enfrentando problemas de compatibilidade.

Isso é esperado em um novo hardware, pois os desenvolvedores precisam de tempo para se atualizar para garantir a compatibilidade e portar seu software para o novo hardware. Pode demorar um pouco.

Projetado pela Apple, comercializado pela Apple

A Apple usou o evento para afirmar que o M1 é o núcleo de CPU mais rápido do mercado, mas os entusiastas de hardware foram rápidos em apontar que algumas de suas alegações de desempenho eram vagas e difíceis de confirmar. Não vamos testar todas as alegações de marketing da Apple, pois revisores independentes já fizeram isso e as revisões são extremamente positivas. O M1 não é o processador mais rápido do planeta, mas parece ser o processador mais rápido para notebooks ultraportáteis.

Vamos dar uma olhada mais de perto no design do Apple M1 e explicar o que o torna engenhoso e como ele pode impactar profundamente a indústria.

Design e recursos do Apple M1

O chip Apple M1 possui quatro grandes núcleos de CPU Firestorm para cenários de alta carga, apoiados por quatro núcleos de CPU Icestorm menores projetados para eficiência. Se isso soa familiar, você provavelmente já encontrou telefones Android com um layout de CPU ARM semelhante. O ARM chama esse layout de ARM big.LITTLE e existe desde 2014. A CPU usa o conjunto de extensões AArch64 ou ARM64 da arquitetura ARM.

Da mesma forma, você provavelmente também está acostumado a GPUs integradas, pois elas são usadas em chips Intel e AMD há anos. A GPU usada no Apple M1 tem oito núcleos e ocupa um pouco mais de espaço no chip do que os oito núcleos da CPU. A Apple afirma que a GPU pode fornecer 2,6 TFLOPS. Para colocar isso em perspectiva, a GeForce GTX 1050Ti da Nvidia de 2016 gerencia 2,1 TFLOPS. Essa é uma placa gráfica de desktop com 3,3 bilhões de transistores que consome até 75 W de potência, superada por gráficos integrados em um MacBook Air com refrigeração passiva.

A única desvantagem é que não há suporte para eGPU e você não pode obter gráficos discretos. A Apple também não ofereceu GPUs discretas opcionais em MacBooks de 13 polegadas com processadores Intel. Caso você precise de uma Radeon Pro no seu novo MacBook, ainda precisará obter um MacBook Pro de 16 polegadas.

O M1 também integra RAM no pacote SoC, assim como os mais recentes processadores da série A da empresa usados ​​em iPhones e iPads. Esta é a primeira vez para processadores que não são projetados para dispositivos de consumo de conteúdo, como telefones.

Anteriormente, os MacBooks apresentavam memória DDR4 soldada na placa-mãe. Essa nova abordagem permite que a Apple use uma nova arquitetura de memória unificada. O Apple M1 usa memória LP-DDR4X rodando a 3733MHz. Isso permite que a CPU e a GPU acessem em alta velocidade, mas esse alto grau de integração tem um preço.

A desvantagem é que o chip M1 estará disponível com apenas 8 GB e 16 GB de RAM, pelo menos por enquanto. Manter 8 GB ou 16 GB de RAM no MacBook Air ou Mac Mini não deve ser um problema para a maioria dos usuários, mas muitos entusiastas do MacBook Pro não ficarão entusiasmados com a perspectiva de comprar uma máquina de 16 GB que não pode ser atualizada.

É verdade que estamos acostumados a laptops com RAM soldada, mas isso é diferente. Com RAM soldada, os fabricantes podem atualizar sua linha de produtos trocando os chips de RAM por outros de maior capacidade, por exemplo, usando dois chips de 16 GB de RAM em vez de duas unidades de 8 GB. Essa abordagem não deve exigir nenhuma alteração na placa-mãe ou em outros componentes. No entanto, com a RAM integrada ao SoC, isso exigiria dobrar a capacidade de memória no pacote do chip, ou seja, um chip M1 revisado. Portanto, é improvável que a Apple adicione uma opção de 32 GB de RAM em sua atualização de meados de 2021, pois provavelmente terá que esperar por um novo processador da série M, o que pode levar de 12 a 18 meses.

Além da CPU, GPU e RAM, o Apple M1 também possui um Neural Engine de 16 núcleos, um novo processador de sinal de imagem (ISP), Secure Enclave, otimização de hardware Rosetta, suporte para hardware de criptografia AES, bem como codificação dedicada e mecanismos de decodificação para conteúdo de áudio e vídeo. De acordo com as primeiras análises, este último permite ultrapassar os Macs baseados em x86 por uma margem significativa.

O M1 tem uma variedade padrão de opções de E/S com um controlador Thunderbolt capaz de suportar USB 4. No entanto, não há suporte para rede de 10 Gbit pronto para uso (se você precisar), e os novos MacBooks têm apenas dois tipos de USB. Portas C/Thunderbolt. Claro, o desktop Mac Mini tem algumas portas adicionais em comparação com os MacBooks.

Preocupações com a compatibilidade e virtualização do Apple M1

Como estamos discutindo um novo hardware, não podemos fazer julgamentos definitivos neste estágio inicial, embora as coisas pareçam muito boas. Alguns aplicativos precisarão ser otimizados para o novo processador para garantir suporte aos processadores M1 e permitir que eles utilizem todo o seu potencial de desempenho. Felizmente, o Apple M1 é tão rápido que alguns aplicativos x86 rodando no Rosetta 2 ainda rodarão mais rápido do que em chips x86 mais antigos. Graças ao hardware otimizado para Rosetta, os novos Macs têm desempenho suficiente para levar a penalidade de desempenho x86 para ARM e sair por cima.

É essencial distinguir entre software não otimizado para o Apple M1 e software que atualmente não pode ser executado no Rosetta 2 . A falta de otimização resultará em desempenho degradado, enquanto a falta de compatibilidade resultará em projetos inviáveis ​​e muita frustração.

A virtualização é outra fonte de problemas. Já mencionamos problemas levantados pela comunidade do Docker e é fácil ver por que as imagens x86 podem ser problemáticas neste estágio inicial. Infelizmente, muitas informações sobre suporte à virtualização no processador M1 ainda não estão disponíveis. Embora a Apple não esteja dizendo muito, VMware e Parallels já anunciaram que estão trabalhando em atualizações otimizadas para M1, embora deva-se notar que a VMware não revelou um cronograma para seu lançamento.

Quão sérios são esses problemas? Por enquanto, algumas ferramentas cruciais não serão executadas em novos Macs ou não serão executadas corretamente. Isso inclui Docker, Android Studio e Haskell. A lista de ferramentas que rodam no Rosetta 2 mas não são otimizadas para o M1 é muito mais extensa e inclui Atom, RStudio, PHPStorm, R, Flutter, VSCode, Golang, .NET e até PHP. Espera-se que sejam otimizados para o silício da Apple nas próximas semanas e meses.

Você pode consultar IsAppleSiliconReady.com para obter informações adicionais e atualizações. Claro, você também pode verificar o status de cada componente de sua pilha por conta própria.

Os designers têm menos com o que se preocupar, pois a maioria dos pacotes de software funcionará bem, embora alguns ainda não estejam otimizados para o M1. Houve muita conversa sobre os produtos da Adobe e se eles serão ou não totalmente compatíveis no lançamento. Parece que isso não será um grande problema, pois espera-se que a Adobe lance atualizações no início de 2021 e verifique se tudo está funcionando corretamente. Devido à popularidade do hardware da Apple entre os designers, tenha certeza de que a Adobe e outros fornecedores de software farão o possível para otimizar o software para a nova arquitetura.

Os plug-ins de terceiros para produtos da Adobe são uma preocupação mais significativa, pois pode demorar um pouco até que todos sejam atualizados.

Para que não esqueçamos, a maioria dos servidores ainda usa chips x86, embora os processadores ARM tenham feito incursões em certos nichos do mercado de servidores. Durante anos, os Macs foram a plataforma preferida dos desenvolvedores de software porque permitiam que eles trabalhassem em um sistema operacional baseado em UNIX executado em hardware x86. Eles produziriam código projetado para rodar em servidores usando o mesmo conjunto de instruções e outro sistema operacional baseado em UNIX. Com o M1, isso mudará, pois os desenvolvedores da Apple desenvolverão software em hardware ARM e, em seguida, o lançarão em servidores x86.

Por outro lado, os novos MacBooks podem executar aplicativos iOS nativamente, já que Macs e iPhones agora compartilham a mesma arquitetura de CPU. Os usuários podem baixar e instalar aplicativos iOS por meio da App Store, embora a interface do usuário possa não oferecer uma experiência de usuário polida que esperamos da Apple.

Implicações para usuários do mundo real

A Apple conseguiu projetar um potente processador móvel que dará nova vida aos MacBooks e Mac Mini. Embora alguns dos números de desempenho da empresa sejam vagos, os analistas confirmam que o novo processador supera facilmente os produtos da geração anterior baseados em processadores Intel. Ele até supera CPUs de desktop mais poderosas da Intel e AMD em alguns cenários, como vídeo, graças a codificadores de hardware dedicados.

Então, está tudo bem no universo MacBook? Está parecendo bom até agora, mas no final das contas depende das suas prioridades e do seu stack.

Maior vida útil e eficiência da bateria

O M1 se destaca em muitas coisas. O desempenho na maioria dos cenários é inigualável e, devido à eficiência aprimorada, seu próximo MacBook pode funcionar por mais algumas horas sem alterações na capacidade da bateria. A eficiência não melhora apenas a vida útil da bateria. Isso também significa que o MacBook Air pode oferecer muito desempenho com resfriamento passivo. O MacBook Pro tem um ventilador, embora provavelmente não gire até que você o coloque sob muita carga. Todo mundo adora computadores silenciosos, e o M1 promete muito desempenho sem muito ruído ou calor do ventilador.

Há uma ressalva que vale a pena mencionar. Os processadores ARM tendem a ser mais eficientes do que seus equivalentes x86 em cenários de baixa potência, mas devido ao maior vazamento e perda de eficiência em clocks de núcleo alto, essa vantagem provavelmente diminuirá sob carga pesada. As melhorias na duração da bateria serão maiores se você passar a maior parte do tempo navegando, editando documentos ou escrevendo código. Eles provavelmente não serão tão impressionantes se você compilar muito código ou renderizar 3D diariamente.

O MacBook Air, normalmente usado para consumo de conteúdo e aplicativos da web, provavelmente se beneficiará mais do que o MacBook Pro, que é usado principalmente para produtividade e aplicativos de alta carga. Em ambos os casos, porém, os usuários podem esperar muito mais vida útil da bateria.

Mas os usuários do MacBook Pro ganharão muito desempenho graças ao resfriamento superior, que permitirá que o processador funcione em altas velocidades de clock sem limitação térmica? Não é tão simples quanto com os chips Intel, que se beneficiam muito de clocks mais altos. Como observamos anteriormente, os chips ARM são diferentes e perdem eficiência e oferecem um aumento de desempenho menor em clocks mais altos.

Conectividade e Expansão

Isso tem sido uma fonte de controvérsia após todos os lançamentos do MacBook Pro nos últimos anos, pois a Apple tende a remover portas físicas a cada nova geração. Com os novos MacBooks, os usuários terão ainda menos opções e podem precisar de mais dongles e hubs USB Type-C do que nunca.

A conectividade limitada não será um problema para o usuário médio do MacBook Air, mas os amantes do MacBook Pro terão algo a reclamar, novamente. Não vamos esquecer a falta de rede de 10 Gbit a bordo também. Isso não afetará a maioria dos usuários, mas alguns profissionais ainda contam com redes rápidas e cabeadas para copiar rapidamente grandes arquivos de vídeo e bancos de dados em sua rede local. Além disso, alguns profissionais de vídeo estão relatando problemas de compatibilidade com hardware e periféricos especializados.

Mais uma vez, o MacBook Air parece estar no topo, já que a maioria de sua base de usuários não perderá coisas como rede de 10 Gbit. Se você está começando a ver um padrão aqui, você não está sozinho.

Capacidade de atualização e personalização

Finalmente, aqui está algo em que o Apple M1 não se destaca. Já descrevemos o problema com a RAM integrada em oposição aos módulos de RAM soldados. A integração de RAM no processador tem suas vantagens, pois simplifica o fornecimento de energia, reduz o espaço ocupado pela placa-mãe e desbloqueia mais desempenho. Ainda assim, há um alto preço a pagar por essa abordagem. É difícil ver como a Apple poderia oferecer opções de 32 GB ou 64 GB tão cedo. Se você precisa de muita memória RAM, sua única opção neste momento é escolher um MacBook Pro com processador Intel.

Isso é um fator decisivo para muitos usuários? Provavelmente não, pois estamos falando de laptops de 13 polegadas. Se você está no mercado para uma estação de trabalho móvel poderosa, provavelmente escolheria a versão de 16 polegadas de qualquer maneira. Então qual é o problema? Bem, a julgar pelos números de desempenho, os Macs baseados em Intel podem acabar mais lentos em muitos cenários, então alguns usuários podem ter que sacrificar o desempenho da CPU para obter um sistema com mais RAM.

No entanto, se você deseja substituir seu MacBook Air de 5 anos, deve ficar bem com 16 GB ou talvez até 8 GB de memória. Novamente, o cliente Air não precisa se comprometer como seu colega Pro.

Implicações de longo prazo para usuários de Linux e Windows

Pela primeira vez em quase duas décadas, os usuários de Mac usarão processadores superiores aos chips x86 em PCs com Windows. Desde 2006, as máquinas Mac e Windows usavam os mesmos processadores, mas agora a Apple tem seu próprio silício para apoiar seu sistema operacional. Esta não é apenas uma questão de prestígio ou forragem para guerras de fogo online – esta é a integração vertical em um nível nunca visto na indústria. A Apple agora controla seu sistema operacional, bem como seu design de CPU. Ele depende de terceiros apenas para fabricação e componentes comoditizados, como armazenamento, telas, touchpads e assim por diante.

A arquitetura ARM oferece mais eficiência e escala melhor que x86. Os chips x86 da Intel não fornecem mais melhorias substanciais de desempenho a cada nova geração, embora deva-se notar que a AMD está se saindo melhor com seus processadores Ryzen. Os chips ARM estão evoluindo mais rapidamente e oferecendo aumentos de desempenho muito maiores de geração em geração. Em menos de dez anos, os chips para smartphones da série A da Apple conseguiram alcançar os chips para notebooks x86 da Intel, e a série M os ultrapassou. Se continuarmos a ver melhorias de desempenho semelhantes com futuros processadores da série M, a Apple estará em uma posição muito forte nos próximos anos.

O Windows continua travado no x86, não apenas porque a Microsoft não fez muito progresso com o Windows no ARM, mas porque não há muitos processadores ARM e plataformas de hardware adequadas para aplicativos de desktop Windows. De fato, a Apple declarou recentemente que “cabe à Microsoft” fazer o Windows rodar no M1. No entanto, alguns desenvolvedores intrépidos já conseguiram executar o Windows para ARM no silício da Apple, e os resultados são bons, pois superou o próprio Surface Pro X da Microsoft.

É claro que a Apple não venderá seus chips para quem oferece o maior lance, mas não vamos esquecer outros fabricantes de chips ARM, como Qualcomm e Samsung. Também vale a pena notar que a Nvidia está em processo de aquisição da ARM e isso pode abalar o mercado também.

A comunidade Hackintosh pode acabar sendo a maior perdedora dessa transição. A longo prazo, à medida que a Apple começa a vincular seu sistema operacional ao silício, o Hackintosh pode se tornar uma nota de rodapé na história da computação. Por enquanto, você também pode esquecer de rodar o Windows via Bootcamp, e Linus Torvalds recentemente expressou dúvidas de que o Linux será portado para o Apple M1. Os sistemas operacionais baseados em UNIX podem ser executados em ARM e x86, portanto, em teoria, não deve ser muito difícil, mas pode haver problemas com drivers, carregadores de inicialização e assim por diante.

Devo comprar um Apple M1 Mac?

Sim, desde que você faça sua lição de casa primeiro, pois os primeiros usuários podem enfrentar alguns problemas de compatibilidade. À medida que as empresas atualizam e otimizam seus produtos para o processador M1, a maioria dessas preocupações desaparece.

Se você pode viver com 16 GB de RAM e certificar-se de que as ferramentas que você usa funcionarão desde o primeiro dia, não há motivo para ter dúvidas sobre a mudança para uma nova arquitetura. Afinal, estamos falando de um peso pesado da indústria com uma participação de mercado significativa. Todo fornecedor de software garantirá que seus produtos funcionem no hardware da Apple, embora isso possa levar algumas semanas ou meses. Não, você não se sentirá como um testador beta e não, a Apple não tratará novos Macs como o iPad de primeira geração ou o Apple Watch de geração zero.

Embora o marketing da Apple possa ter sido vago e excessivamente otimista em alguns aspectos, é óbvio que o M1 é um processador muito capaz. Embora possa não superar alguns chips Intel e AMD no segmento high-end, o fato de os usuários de Mac poderem obter esse nível de desempenho em um MacBook Air refrigerado passivamente ou em um desktop compacto como o Mac Mini é uma prova da proeza de engenharia da Apple.

Leitores atentos devem ter notado que eu omiti o MacBook Pro, e os entusiastas de hardware provavelmente sabem o porquê. A diferença entre os MacBook Pros baseados em M1 e os MacBook Airs simplesmente não é mais tão grande. O Pro possui uma Touch Bar, uma bateria ligeiramente maior e melhor refrigeração. Infelizmente, já mencionamos que os chips ARM não se destacam em clocks altos tanto quanto seus equivalentes x86, então essa vantagem é diminuída em virtude da arquitetura. Em outras palavras, o Pro não será visivelmente mais rápido que o Air na maioria dos cenários. Em cargas de ruptura, eles devem estar no mesmo nível.

A Apple vem removendo portas físicas do MacBook Pro há anos, causando muita frustração nos círculos profissionais. Com esta geração, eles foram um passo além, talvez até um passo longe demais. Como o Air, o MacBook Pro carece de conectividade, expansão e opções de RAM desejadas por entusiastas e profissionais, mas oferece apenas um desempenho marginalmente melhor em comparação com o Air. Isso o torna muito mais difícil de vender do que o MacBook Air.

Conclusão: o Apple M1 é um feito impressionante de engenharia que vai abalar a indústria. Não, isso não vai matar laptops Windows mais baratos ou chips x86. No entanto, neste momento, parece que pode muito bem acabar prejudicando o MacBook Pro de 13 polegadas, a menos que a Apple possa nos surpreender com uma versão mais atraente em breve. Uma variante de 32 GB pode resolver o problema, mas, dada a RAM integrada, é improvável que vejamos uma até que a Apple revele o processador M2.