Vertikale Integration perfektioniert

Da Apple nahezu alle IP-Blöcke mittlerweile selbst entwirft - von der CPU über die Grafikeinheit und die NPU für künstliche Intelligenz bis hin zur Sicherheitsenklave -, hat der Hersteller sehr viel Erfahrung darin, die einzelnen Bestandteile zu skalieren und aufeinander abzustimmen.

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Beim regulären M1 etwa lag der Fokus darauf, den Chip kompakt zu halten und ihn für sparsame Geräte zu optimieren - das Macbook Air kommt sogar mit einer passiven Kühlung aus. Für die CPU-Kerne wurde eine 4+4-Konfiguration verwendet, genauer vier schnelle (Firestorm) und vier effiziente (Icestorm). Die Grafikeinheit hat nur acht Shader-Cluster, das Speicherinterface ist 128 Bit breit und für LPDDR4X gedacht.

Für den M1 Pro und M1 Max hat Apple deutlich mehr Wert auf die Geschwindigkeit gelegt, weshalb 8+2 Firestorm/Icestorm-Kerne zum Einsatz kommen. Der M1 Pro nutzt 16 GPU-Cores und eine Codec-Engine, der M1 Max weist ein an Schmetterlingsflügel erinnerndes verdoppeltes Layout für 32 Grafikkerne und zwei Multimedia-Blöcke auf. Damit einher geht ein von 24 MByte auf 48 MByte verdoppelter System Level Cache (SLC), wobei dieser schnelle SRAM-Puffer auch für den Prozessorpart und die Neural Engine (NPU) verfügbar ist.

LPDDR5 on Package

Um den Grafikkernen sowie dem restlichen SoC die benötigten Daten zuzuführen, hat sich Apple beim M1 Pro und beim M1 Max für LPDDR5- statt LPDD4X-Speicher entschieden. Der vom M1 bekannte Ansatz, den DRAM mit auf den Träger (Package) zu verlöten, wurde beibehalten: Beim M1 Pro sind es zwei Chipgehäuse mit 32 GByte an 256 Bit, beim M1 Max vier davon mit 64 GByte an 512 Bit. Somit ergibt sich eine theoretische Transferrate von 400 GByte/s (und praktisch 360 GByte/s in Stream Triad), ein Novum für ein SoC im Laptop-Segment.

  • Die M1-Generation im Überblick (Bild: Apple)
  • Der M1 Max nutzt vier LPDDR5-Packages an 512 Bit. (Bild: Apple)
  • Im Inneren steckt eine Grafikeinheit mit 32 Shader-Clustern ... (Bild: Apple)
  • ... und eine Media-Engine um ProRes zu (de)codieren. (Bild: Apple)
  • Die CPU-Kerne (8+2) übernimmt der Max vom Pro ... (Bild: Apple)
  • ... genauso wie weitere IP-Blöcke, etwa den System Level Cache. (Bild: Apple)
  • M1 Max im Überblick (Bild: Apple)
Die M1-Generation im Überblick (Bild: Apple)
M1M1 ProM1 Max
Fertigung5 nm TSMC 5 nm TSMC 5 nm TSMC
Transistoren16 Mrd33,7 Mrd57 Mrd
Die-Sizeca 120 mm²ca 250 mm² *ca 430 mm² *
CPU-Kerne4P + 4E 8P + 2E8P + 2E
L1/L2-Cache12MB + 4MB24MB + 4MB24MB + 4MB
SL-Cache16MB24MB48MB
GPU-Kerne8 @ 2,6 Teraflops16 @ 5,2 Teraflops32 @ 10,4 Teraflops
NPU-Kerne16 @ 11 Teraops16 @ 11 Teraops16 @ 11 Teraops
Interface128 Bit256 Bit512 Bit
Bandbreite68 GByte/s200 GByte/s400 GByte/s
SpeicherLPDDR4X-4266LPDDR5-6400LPDDR5-6400
Kapazität16 GByte (2x8)32 GByte (2x16)64 GByte (4x16)
Powerbis zu 20 Wattbis zu 90 Wattbis zu 90 Watt
Spezifikationen des M1 Apple Silicon * basierend auf Apples Die-Shots
2021 Apple MacBook Pro (16", Apple M1 Max Chip mit 10-Core CPU und 32-Core GPU, 32 GB RAM, 1 TB SSD) - Silber
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Auch hier ein Vergleich: Der Ryzen 9 5900HX mit DDR4-3200 an 128 Bit kommt auf 51 GByte/s, die Geforce RTX 3080 Mobile auf 448 GByte/s. Direkt gegenüberstellen lassen sich die Zahlen von Apple und Nvidia nicht, da sich die effektive Bandbreite je nach Kompression und Zugriffsmuster unterscheidet - die Stoßrichtung ist aber klar.

Hinsichtlich der Taktraten gibt es wenig Neues zu vermelden: Die acht Firestorm-Performance-Cores laufen mit bis zu 3,23 GHz und die zwei Icestorm-Efficiency-Cores mit bis zu 2,064 GHz - das war beim M1 auch schon so. Die Grafikeinheit kann auf bis zu 1,296 GHz takten und entspricht damit ebenfalls dem kleinen Chip. Dabei gilt, dass Apple keine Boost-Modi verwendet, die Frequenzen liegen unter Last daher voll an und der Workload bestimmt die Leistungsaufnahme bis zur Kappungsgrenze von etwa 90 Watt.

Bevor wir die Effizienz beurteilen, wollen wir die Performance des M1 Max besprechen. Die fällt zwar definitiv hoch aus, aber nicht ganz so exorbitant wie das Apple im Vorfeld suggeriert hatte.

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 Apples M1 Max im Test: Schlicht eine ganz irdische GlanzleistungSehr schnell, aber nicht uneinholbar 
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