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Apple Silicon im Test: Was der M1-Chip (nicht) kann

Das M1-Apple-Silicon beeindruckt durch hohe Leistung und extreme Effizienz, beim Entwickeln gibt es aber noch Einschränkungen.

Ein Test von und veröffentlicht am
Der M1 auf einer Mac-Mini-Platine
Der M1 auf einer Mac-Mini-Platine (Bild: Apple)

Es kam, was kommen musste: Nachdem Apple bereits seit zehn Jahren die Systems-on-a-Chip für die iPads und iPhones eigens entwickelt hatte, folgt mit dem M1 das erste Apple Silicon für Mac-Systeme. Das aktuelle Macbook Air (Test) halten wir für eines besten Notebooks - denn es ist schnell, lautlos und läuft äußerst lange. Grund genug, sich den M1-Chip näher anzuschauen.

Selbst entworfene Systems-on-a-Chip sind nicht neu für Apple, denn beginnend mit dem A6 von 2012 hat Apple auf Basis einer ARM-Architekturlizenz eigene CPU-Kerne entworfen und ab dem A8 von 2014 modifizierte Apple zudem die PowerVR-Grafik von Imagination Technologies; seit dem A11 Bionic von 2017 stammt die GPU komplett von Apple selbst.

Parallel zum Design eigener CPU-Kerne und Grafikeinheiten erfolgte die Entwicklung weiterer wichtiger IP-Blöcke, darunter etwa eine Neural Engine für künstliche Intelligenz und ein NVMe-Controller für SSDs. Der wiederum bildete die Grundlage für die etablierten T1-/T2-Chips, die unter anderem Sicherheitsfunktionen wie Verschlüsselung übernehmen und schon seit Jahren in Macbooks, Macs sowie iMacs stecken.

Im M1 rechnen acht CPU-Kerne, die sich in vier schnelle (Firestorm) und in vier effiziente (Icestorm) aufteilen. Auffällig sind die extrem großen L1-Instruktionen- und L1-Daten-Caches, welche die bis zu vierfache Kapazität aktueller AMD- und Intel-Prozessoren aufweisen. Auch 12 MByte L2 für die Performance- und 4 MByte L2 für die Effizienz-Kerne sind für ein Mobile-SoC enorm viel, kommen aber der Leistung zugute. Obendrein gibt es einen System Level Cache (SLC) unbekannter Größe für CPU, GPU und NPU.

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Denn neben den CPU-Kernen hat Apple auch eine eigene Grafikeinheit im M1 untergebracht, diese nutzt acht Kerne. Mit einer theoretischen Rechenleistung von 2,6 Teraflops (FP32) sowie 82 GTex/s und 41 GPix/s befindet sich diese GPU in etwa zwischen einer Geforce GTX 1050 Ti und einer Geforce GTX 1060. Dazu packt Apple noch eine 16-kernige Neural Engine, die 11 Teraops an INT8-Performance für maschinelles Lernen (Inferencing) aufweist.

Weitere Funktionsblöcke im M1-Chip sind ein 128 Bit breites Interface, eine Secure Enclave für besonders schützenswerte Daten, ein Image Signal Processor (ISP) für Fotos und Videos, ein NVMe-Controller für Flash-Speicher, diverse Fixed-Functions für Decoding/Encoding wie H.265 und AV1, multiple PCIe-Gen4-Lanes, eine Display-Engine für 6K mit 60 Hz plus ein Controller für Thunderbolt 3 (40 GBit/s, kein eGPU-Support) respektive USB 4 (10 GBit/s).

Neues Apple MacBook Air mit Apple M1 Chip (13", 8 GB RAM, 256 GB SSD) - Silber (Neustes Modell)
  • Der M1 samt zwei LPDDR4X-Chips auf einem Package (Bild: Apple)
  • Vier schnelle Firestorm-Kerne ... (Bild: Apple)
  • ... werden von vier effizienten Icestorm-Kernen ergänzt. (Bild: Apple)
  • Die Grafikeinheit erreicht die Teraflops einer Geforce GTX 1050/1060. (Bild: Apple)
  • Viele Apps nutzen mittlerweile maschinelles Lernen. (Bild: Apple)
  • Alle IP-Blöcke greifen auf gemeinsamen Speicher zu. (Bild: Apple)
  • In der Secure Enclave liegen unter anderem Login-Daten. (Bild: Apple)
  • Überblick zum M1 (Bild: Apple)
  • Überblick zum M1 (Bild: Apple)
Der M1 samt zwei LPDDR4X-Chips auf einem Package (Bild: Apple)

All das summiert sich auf enorme 16 Milliarden Transistoren, die Apple in einem 5-nm-Verfahren beim Auftragsfertiger TSMC produzieren lässt. Der M1 wird mit schnellem LPDDR4X-4266-Arbeitsspeicher kombiniert, dieser sitzt auf dem gleichen Träger (on Package) und liefert gut 68 GByte/s. Zumindest derzeit bietet Apple das Macbook Air, das Macbook Pro und den Mac Mini einzig mit 8 GByte oder 16 GByte an, wenngleich größere DRAM-Chips verfügbar wären.

Schauen wir uns an, wie schnell der M1 in Benchmarks ist, wenn nativer ARM64-Code ausgeführt wird, und wie sich die Übersetzungsschicht Rosetta 2 schlägt, wenn x86-64-Bit-Programme ausgeführt werden, die eigentlich für Intel-Chips gedacht sind.

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sambache 16. Dez 2020

Lüfterlose Cumputer und Laptops gab es schon immer. Lüfterlose Notebooks sind halt...

NeoChronos 08. Dez 2020

genau, du sagst es doch letztendlich auch, für einen ersten Wurf verdammt gut - aber...

Elkarlo 02. Dez 2020

Eine Sache die leider hier nicht erwähnt wird: Auf einem optimierten Betriebssystem...

Trollversteher 01. Dez 2020

NAch bisher erhältlichen Benchmarks ist der Unterschied alles andere als klein...

sg (Golem.de) 30. Nov 2020

Danke für den Hinweis. Ich hab das geändert.


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