Cinque anni di sviluppo dei chip Apple: come è diventato il Mac un computer diverso? | Specchietto retrovisore

Tim Millet ricorda vividamente il team Mac che 20 anni fa "metteva a punto" i chip di altri.

All'epoca, i Mac seguivano ancora la roadmap di Intel: il team macOS lavorava spesso al di fuori di una scatola nera, eseguendo cicli di ottimizzazioni delle prestazioni senza sapere quale GPU avrebbe utilizzato il prodotto fino agli ultimi mesi prima del lancio.

Il team grafico ha dovuto scrivere una soluzione universale che "tutti potessero usare", ma era difficile sfruttare appieno il potenziale dell'hardware.

Con il chip davanti e il sistema dietro, un Mac è come vivere in una casa costruita da qualcun altro: puoi solo appendere quadri al muro e spostare i mobili.

Oggi Tim lavora nello stesso campus, ma il suo ruolo è completamente invertito: in qualità di vicepresidente dell'architettura della piattaforma di Apple, è responsabile della realizzazione del chip stesso.

Gli ultimi cinque anni di Apple Silicon sono stati la storia di come il Mac è passato dal "vivere in casa di qualcun altro" al "costruire la propria casa": non più aspettando che i fornitori stabilissero il menu, ma partendo dai transistor, adattando il design al Mac.

Il team del software grafico può ora collaborare con il team Apple Silicon anni prima.

In un'intervista esclusiva con iFanr, Tim ha affermato: "Quando il chip era ancora sulla carta, la grafica, i giochi e i contenuti che sarebbero stati eseguiti in futuro erano già sul tavolo e venivano discussi insieme".

Negli ultimi cinque anni, dal MacBook Air senza ventola al MacBook Pro con prestazioni identiche sia collegato alla corrente che alimentato a batteria, fino al rivitalizzato Mac mini, i fattori di base non sono stati solo la costante "sinergia hardware-software" di Apple, ma anche la stessa premessa:

Il Mac utilizza finalmente un chip progettato appositamente per esso.

In che modo Apple Silicon ha reinventato il computer?

La forma di un computer non è cambiata molto negli ultimi anni: uno schermo, una tastiera, un host, ognuno con la sua funzione, e la relazione tra loro sembra una risposta scritta a morte dai tempi.

Nei cinque anni trascorsi dal lancio di Apple Silicon, questa regola è in qualche modo cambiata.

In passato, i laptop sottili e leggeri erano quasi sinonimo di compromesso. Il MacBook da 12 pollici con processore Core M ne era un tipico esempio: estremamente sottile e leggero, con un aspetto accattivante, ma che si arrendeva sotto carico pesante.

Con l'avvento del MacBook Air senza ventola, dopo il passaggio ai chip Apple, questa equazione è stata infranta per la prima volta. Rimane sottile, leggero e silenzioso, ma è in grado di gestire in modo affidabile attività come l'editing 4K, l'audio multitraccia e il ritocco batch di immagini RAW, che in precedenza richiedevano un computer con ventola per funzionare in modo affidabile.

Il Mac mini M4, lanciato nel 2024, ha ridefinito il concetto di computer desktop in modo diverso. Sembra un TV box, ma in realtà è più simile a una workstation miniaturizzata. Con un monitor, un array esterno e una scheda di acquisizione, può supportare un'intera linea di produzione di contenuti.

Nella linea di prodotti MacBook Pro, Apple Silicon risolve un altro problema di vecchia data: in passato, i laptop ad alte prestazioni erano come essere legati a un cavo di alimentazione; collegati, erano in "modalità battaglia" e scollegati, dovevano essere usati con parsimonia. Ora, le curve di prestazioni con il computer collegato e con la batteria si sovrappongono quasi del tutto, consentendo una vera produttività in mobilità.

Tom Boger, Vicepresidente del Product Marketing per Mac e iPad, ritiene che questo sia qualcosa che solo Apple Silicon può fare. Senza i chip Apple, forme di prodotto che in precedenza erano difficili da realizzare sono ora possibili.

Non costruiamo prima un chip e poi lasciamo che sia il team di prodotto a decidere cosa farne. Progettiamo il chip per il prodotto.

L'importanza maggiore dei chip Apple risiede nell'unificazione dell'architettura, che consente finalmente a Mac, iPhone e iPad di condividere un sistema di base comune.

La stessa generazione di Apple Silicon si estende a telefoni, tablet e computer. Quando si progettano nuove funzionalità, il team di sistema può pianificare fin dall'inizio come verranno presentate su tutti e tre gli schermi e supportarle con le stesse funzionalità di base. Ciò che gli utenti vedono è una connessione magica tra i dispositivi.

Qual è stato il principale aspetto preso in considerazione da Apple durante la progettazione del chip M?

La progettazione dei chip è sempre stata definita "l'arte dei compromessi": con budget limitati per i transistor, c'è sempre un compromesso tra potenza di calcolo, consumo energetico, funzionalità e costo.

Ma secondo Tim, il primo compromesso per Apple Silicon non riguarda tanto il singolo chip, quanto piuttosto la capacità dell'architettura di supportare l'intera famiglia Mac: la scalabilità.

La gamma di prodotti Mac è molto ampia: dai computer entry-level, agli ultrabook, ai mini e agli iMac, fino ai laptop Pro e ai desktop Studio all'estremo opposto. Considerato questo, la nostra decisione più importante è stata quella di garantire che l'architettura stessa fosse sufficientemente scalabile.

In altre parole, bisogna prima far crescere "un albero" e poi decidere dove far crescere ogni ramo e ogni foglia.

Grazie a un'architettura scalabile, i transistor aggiuntivi aggiunti in ogni generazione hanno uno scopo più chiaro:

Estendendo verso l'alto, questo può essere applicato a modelli di fascia alta come Mac Studio e MacBook Pro: più core GPU, maggiore larghezza di banda di memoria e memoria unificata più grande per aumentare il limite dei flussi di lavoro professionali;

Estendendo ulteriormente questo concetto, può essere utilizzato per bilanciare efficienza energetica, integrazione e capacità grafiche, consentendo al MacBook Air e al Mac mini entry-level di "sembrare leggeri e avere prestazioni potenti" nelle rispettive fasce di prezzo.

Tim ha anche detto che, oltre alla pura allocazione della potenza di calcolo, ogni livello di prodotto avrà anche degli "slot personalizzati": i modelli che richiedono maggiori capacità di visualizzazione avranno risorse allocate al controller del display e alle interfacce esterne; i modelli che enfatizzano l'esperienza audio e della fotocamera avranno una spesa separata per l'elaborazione del segnale dell'immagine e il motore multimediale.

Il concetto lungimirante di "memoria unificata"

Se l'architettura scalabile è lo scheletro di Apple Silicon, la memoria unificata è il sangue che lo attraversa.

Quando ho concepito questi chip, non avrei mai immaginato che un giorno avrei eseguito modelli con miliardi di parametri localmente sulla macchina che avevo davanti.

Ma se torniamo indietro al 2020, anno del lancio dell'M1, scopriamo che molti prefigurazioni erano già state gettate: il motore neurale aveva assunto un ruolo importante nel chip e un'architettura di memoria unificata era già stata implementata. A quel tempo, l'intelligenza artificiale era ben lontana dall'essere così popolare come lo è oggi, ma il team aveva già in mente i carichi di lavoro che sarebbero potuti emergere negli anni successivi.

Prima di Apple Silicon, il mondo della memoria Mac era frammentato:

I Mac hanno una grande quantità di RAM, ma solo la CPU può utilizzarla direttamente; c'è anche una memoria video ad alta larghezza di banda, che viene utilizzata dalla GPU, ma la sua capacità è molto più piccola.

Tim ha affermato: "La memoria unificata combina un'ampia larghezza di banda e una grande capacità, offrendo per la prima volta questa combinazione alle GPU. I progressi che potremo compiere nell'intelligenza artificiale dipenderanno in larga misura da questo passo".

L'essenza della memoria unificata è quella di fondere "abbastanza grande" e "abbastanza veloce" in una pozza d'acqua corrente, consentendo alla CPU, alla GPU e al motore neurale di collaborare nella stessa acqua.

Al suo lancio, era più evidente in scenari come l'editing video, il rendering 3D e la collaborazione tra dispositivi. Ma oggi, con l'avvio di modelli di gestione locale, il vero significato di questa "via d'acqua" è pienamente rivelato.

I parametri del modello possono risiedere direttamente in una memoria unificata, eliminando la necessità di spostare i dati avanti e indietro tra diverse aree di archiviazione. Mac Studio, in particolare la configurazione Ultra, diventa essenzialmente una workstation di intelligenza artificiale desktop.

Tom ha utilizzato una classica analogia dell'hockey:

Dobbiamo pattinare verso la direzione in cui va il disco, non verso la sua posizione attuale.

Nel contesto di Apple, "andare troppo oltre" è più simile a un assegno pre-scritto, ma i tempi e le circostanze per il suo riscatto sono lasciati agli utenti e agli sviluppatori, che devono scoprirli insieme.

Oggi, questo controllo viene impiegato: nell'esecuzione di modelli generativi più grandi localmente sui Mac; nell'elaborazione di video ad altissima risoluzione e nella generazione di immagini in batch in Mac Studio, utilizzando l'intelligenza artificiale per aiutare a scrivere e rivedere il codice; e nell'integrazione profonda dell'inferenza dell'intelligenza artificiale nel processo creativo sui Mac dotati di chip Ultra, consentendo alle macchine di evolversi da semplici strumenti a partner collaborativi.

Con l'M5, il ruolo della GPU è cambiato.

Se l'M1 ha gettato le basi per l'intelligenza artificiale, l'M5 è stata la prima seria ricostruzione del ruolo della GPU nell'intero sistema.

A partire da questa generazione, Apple ha integrato un motore neurale indipendente in ogni core della GPU. Questo rompe con la tradizionale separazione CPU/GPU/motore neurale nell'elaborazione AI, dotando essenzialmente l'unità grafica di un motore AI dedicato.

Kieren Jessop, responsabile della ricerca di Omdia, ritiene che questa sia una strategia molto intelligente, che prevede sia un Neural Engine dedicato che acceleratori neurali su ogni core GPU. Ciò significa che aziende e professionisti possono eseguire modelli di grandi dimensioni localmente: i dati non lasciano il dispositivo, eliminando le preoccupazioni relative a privacy, costi del cloud e latenza.

Tim ritiene che l'attuale intelligenza artificiale edge debba affrontare tre colli di bottiglia: potenza di calcolo, capacità di memoria e larghezza di banda della memoria. Apple Silicon è progettato quasi interamente attorno a questi tre aspetti.

Prima di M5, le soluzioni AI a super-risoluzione come Metal FX venivano realizzate tramite la collaborazione tra GPU e Neural Engine: il gioco veniva renderizzato a una risoluzione inferiore e poi l'AI lo ingrandiva a un'immagine di alta qualità, migliorando così sia il frame rate che la qualità dell'immagine.

Ora, molti di questi calcoli possono essere completati direttamente all'interno della GPU, senza dover instradare i dati avanti e indietro. Questo libera il motore neurale per gestire altre attività parallele: ad esempio, è possibile giocare a un videogioco mentre Center Stage è in esecuzione, con la telecamera che utilizza l'apprendimento automatico per tracciare i movimenti in tempo reale.

Il supporto di base per tutto questo è ancora quel pool di memoria unificato: elevata larghezza di banda, grande capacità e un percorso di accesso comune per CPU, GPU, motore neurale e unità AI all'interno della GPU, che consente l'elaborazione dei dati "in loco" ed evita inutili perdite di trasferimento tra chip.

In una prospettiva più ampia: oltre a un'architettura come l'M5, modelli di fascia alta come Mac Studio e MacBook Pro Ultra diventano naturalmente "apparecchiature di punta" per l'intelligenza artificiale edge. La sperimentazione sui modelli, il debugging dello sviluppo, l'implementazione dell'inferenza e molti processi che in passato potevano essere completati solo nel cloud o sui server possono ora, per la prima volta, essere eseguiti sul desktop dell'utente.

Scelte di valore nell'era AIGC

Alla fine della conversazione abbiamo posto la domanda a un livello più metafisico.

La controversia che circonda l'AIGC si sta facendo sempre più aspra: da un lato, c'è la crescita esponenziale di efficienza e scala; dall'altro, ci sono preoccupazioni sulla dignità della creazione umana. Come azienda che valorizza fondamentalmente l'estetica e l'espressione, da che parte si schiererà Apple?

Il primo pensiero di Tom è andato al simbolo di Apple: il crocevia tra tecnologia e umanità.

"Il nostro ruolo è inventare la tecnologia più potente possibile e poi consegnarla alle persone affinché possano fare cose che prima non potevano fare." Nella sua narrazione, Mac Studio e i Mac di livello Ultra sarebbero certamente piattaforme ideali per i flussi di lavoro basati sull'intelligenza artificiale, ma la storia non finisce qui: la missione di questi dispositivi ruota sempre attorno a un nucleo: aiutare le persone a trasformare le vaghe idee nella loro mente in opere concrete.

Ma ripensando alla storia della tecnologia, scopriamo che questo è accaduto più di una volta. Ora siamo di nuovo arrivati ​​a un punto tale: le persone sentono che le macchine stanno per sostituire gli esseri umani.

Ha continuato:

Ma ogni volta, la creatività umana finisce per incorporare queste nuove tecnologie, trasformandole in strumenti per espandere le proprie capacità. Non allontanano le persone, anzi, amplificano la creatività umana.

A suo avviso, il ruolo del Mac non è cambiato: il Mac rimarrà lo stesso di sempre: uno strumento indispensabile per i creativi. La preoccupazione di Apple è se le persone riusciranno a mantenere l'iniziativa all'interno di questa nuova cassetta degli attrezzi, anziché perdere la propria voce nel torrente di potenza di calcolo.

Cinque anni di Apple Silicon hanno trasformato il Mac da una linea sulla tabella di marcia di qualcun altro a una mappa completa a sé stante:

La memoria unificata impedisce alle singole unità di elaborazione di operare in modo indipendente; l'architettura scalabile consente a un'intera linea di prodotti di condividere lo stesso approccio; l'anticipazione dell'intelligenza artificiale contenuta nell'M1 è ulteriormente sviluppata nell'M5; e nell'era dell'intelligenza artificiale, Mac Ultra e Mac Studio svolgono il ruolo di macchine creative e di ragionamento eccessive sul desktop.

Ma guardando la curva tecnologica, scoprirete che Apple ha sempre protetto un'altra linea invisibile: maggiore potenza di calcolo, larghezza di banda raddoppiata e integrazione architettonica, il tutto riconducibile in ultima analisi a una domanda molto semplice:

Le persone che utilizzano questa macchina possono fare di più ed essere più concentrate? Con questa premessa, i chip possono essere ambiziosi, il linguaggio può essere silenzioso e misurato, e l'informatica può diventare sempre più onnipresente come l'aria…

Ma il processo creativo dovrebbe comunque rimanere saldamente nelle mani dell'uomo.

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