Apple M1 - vesnik turbulentnih promena

Osim po nezamislivim promenama koje je unela u naše živote, 2020. će u istoriji računarstva biti upamćena kao godina u kojoj je Apple raskinuo saradnju sa Intel-om i objavio prelazak na sopstvene M1 procesore. Prvi računari s M1 procesorima su MacBook Air, MacBook Pro 13“ i Mac Mini, a zajedničke su im i do sada gotovo nezamislive performanse u ovom segmentu tržišta: oba MacBook-a znatno su brža od većine PC prenosivih računara, imaju autonomiju od preko 18 ili 20 sati i veoma malo se zagrevaju, čak i pri maksimalnom opterećenju. Do te mere da MacBook Air nema ugrađen ventilator i bešuman je u svakom trenutku.

Pojava M1 čipa je mnogostruko važna i za budućnost PC računara, imajući u vidu da je reč o kulminaciji zbivanja koja se u industriji odvijaju već nekoliko godina. Ključni podaci o M1 jesu da je to sistem na čipu (SoC) nastao prilagođavanjem postojećih A1x Bionic čipova koji pokreću najnovije modele iPhone-a i iPad-a, da je zasnovan na ARM arhitekturi i proizveden u 5 nm tehnologiji i sa 16 milijardi tranzistora. Procesor ima osam jezgara, od toga su četiri Firestorm jezgra namenjena visokim performansama, a tu su i četiri Icestorm jezgra koja minimalno troše energiju. Procesor radi na 3,2 GHz, a SoC čini još i GPU, L2 cache, Neural Engine i DRAM. Ovakva integracija komponenti je ključ uspešne optimizacije na koju se nadovezuje operativni sistem.

Prelazak kompanije Apple na „sopstveni silicijum“ ima sve odlike disruptivne inovacije, kada neka tehnologija kreće sa dna lestvice i na kraju ima solidne potencijale da preuzme čitavo tržište. Govorimo, s jedne strane, o neslućenom porastu snage procesora koji su prvobitno bili namenjeni za uređaje skromnih tehničkih zahteva, poput prvih pametnih telefona, kao i kraju vladavine Intel-ovih procesora na onom polju u kome je decenijama bio dominantan igrač. Priča, ipak, nije baš tako jednostavna.

RISC ili CISC?

Debata o tome da li su bolji RISC ili CISC procesori stara je više decenija. RISC (reduced instruction set computer) arhitekturu odlikuje jednostavan set intstrukcija koje se brzo izvršavaju, po mogućstvu u jednom taktu procesora. CISC (complex instruction set computer) arhitektura ima veoma bogat i složen set instrukcija koje se izvršavaju u više taktova procesora.

Zahvaljujući optimizacijama u samom mikrokodu, kao i činjenici da mašinski programi pisani za CISC procesore imaju manji utrošak memorije i manji prenos podataka na relaciji procesor-memorija, činilo se da su oni osnova za razvoj tehnologije u consumer segmentu kućnih i poslovnih računara. RISC je u to vreme našao svoje mesto u vrhunskim radnim stanicama. Intel je razvijao svoje CISC procesore i oni su preko Windows/PC računara zavladali svetom. Godine 2005. i Apple je prešao na Intel-ove procesore. Pojavom iPhone i Android smartfona 2007. i 2008. godine, došlo je do preoblikovanja navika i potreba korisnika. Danas je mobilni telefon mnogima jedini „računar“. Za nešto veće potrebe može da posluži tablet. Laptop je alatka za zahtevnije korisnike, dok je desktop interesantan naprednijim korisnicima, gejmerima ili za poslovnu upotrebu. Statistika kaže da broj prodatih ARM procesora (što je dizajn koji se najčešće koristi za prenosive uređaje) nekoliko puta premašuje broj Intel i AMD procesora koji se godišnje ugrađuju u PC računare.

ARM je skraćenica od Advanced RISC Machine, a prvobitno je to značilo Acorn RISC Machine. Ta arhitektura RISC računara je pod kontrolom britanske firme Arm (sada u vlasništvu japanske grupacije SoftBank, a novi većinski vlasnik će najverovatnije postati NVIDIA), zaslužne za razvoj procesora koji su svetlost dana ugledali u Acorn Archimedes računarima. Ova firma je doživela renesansu zahvaljujući razvoju mobilnih uređaja i mikrokontrolera koji su zahtevali pouzdane i jednostavne procesore malih dimenzija s pasivnim hlađenjem. ARM je ujedno i naziv za set instrukcija na nivou mašinskog koda. Pomalo paradoksalno, mašinski kod i asemblerske instrukcije su vremenom postali nebitni i nevidljivi, jer se programi pišu u višim programskim jezicima. Dovoljno je imati razvojna okruženja i kompajlere za neku platformu i postojeći već napisani kod se može prilagoditi procesoru s potpuno drugačijim „organskim“ setom instrukcija.

Sveprisutni ARM

Kod ARM procesora dizajn i proizvodnja su razdvojeni. ARM arhitekturu licencira firma Arm bilo kojoj kompaniji koja za to plaća skromnu nadoknadu i tantijeme za svaki prodati procesor. Time je omogućeno da se arhitektura i dizajn procesora licenciraju, da se projektuje sopstveni SoC (tj. da se na čip pored CPU smesti i grafika, podsistem za mašinsko učenje, memorija itd.) i da sve to fizički proizvede treća kompanija. A14 procesori, koji se ugrađuju u najnoviji iPhone i Qualcomm Snapdragon 888, koji će pokretati nove modele Android-a, zasnovani su na 64-bitnoj ARM arhitekturi. Na drugoj strani, Intel je davne 1982. licencirao proizvodnju svojih 8086 i 8088 procesora firmi AMD, koja je nakon toga projektovala sopstvene klonove Intel-ovih procesora. Posle dugih i skupih sudskih procesa u kome su naizmenično pobeđivali i gubili Intel i AMD, stvar je raspetljana ugovorom o uzajamnom licenciranju, a razlog leži u tome što je AMD bio primoran da nezavisno od Intel-a razvija x86 arhitekturu, u tome je isprednjačio i onda je Intel zaključio da je bolje da sklopi primirje i dođe do AMD-ovih patenata.

Vidimo da je ARM, odnosno RISC arhitektura svoj pohod ka vrhu počela od prenosivih uređaja skromnih performansi. Intel je u skladu s doktrinom o „dilemi inovatora“ odlučio da se ne uključuje na to tržište. x86 procesori nisu bili pogodni za mobilne uređaje, a razvoj nove arhitekture koja bi konkurisala ARM-u Intel je procenio kao bespotrebno rasipanje resursa. Uostalom, prevlast na tržištu procesora za PC i Apple računare, kao i snažnih Linux servera sa Xeon procesorima, bila je garancija za budućnost. Međutim, Intel je sve teže uspevao da poboljša i ubrza svoje procesore, njihov razvoj je kasnio, planirani rokovi su pomerani. Nove verzije procesora su se pojavljivale, ali bez suštinskog skoka performansi. Poslednjih nekoliko godina napredak PC računara se mnogo više ogledao u razvoju grafičkih kartica i SSD-ova nego u skoku performansi procesora. Brzina ARM procesora u mobilnim telefonima skoro da je pratila Murov zakon iz njegovog zlatnog doba. Neki od standardizovanih testova za merenje performansi procesora, na primer Geekbench, konstantno su beležili objektivna ubrzanja kod Qualcomm i Apple procesora, bilo da je reč o performansama pojedinačnog jezgra ili ukupnoj „izlaznoj snazi“ kod paralelnog rada više jezgara. Napokon, Apple je 2019. godine obznanio da je procesor koji je ugrađen u iPad Pro prestigao Core i5 i Core i7 procesore ugrađene u MacBook Air i MacBook Pro. Rubikon je pređen, pa je 2020. predstavljen M1 i najavljena tranzicija.

RISC vitamini za PC računare

U svom portfoliju Intel ima čitavu paletu procesora koji su jači od M1, ali oni su za desktop računare. Intel trenutno nema procesore za notebook i laptop računare koji bi u pogledu performansi i potrošnje energije parirali M1. Da stvar bude zanimljivija, kada se Windows 10 prekompajlira za ARM i instalira na MacBook Air ili Pro, dobija se brži računar od Microsoft Surface Pro X sa Intel procesorom. Microsoft još uvek nema u ponudi ARM verziju Windows-a 10 za krajnje korisnike, a eksperimenti sa Qualcomm procesorima nisu bili baš ohrabrujući. Apple M1 je dao snažan podsticaj, a najavljena saradnja Microsoft-a i Qualcomm-a iznedriće u budućnosti Windows-a 10 za ARM arhitekturu.

Upotreba ARM procesora za Windows ubrizgaće svežu krv u poprilično učmalu PC platformu koja godinama napreduje samo na osnovu periferijskih inovacija, bez suštinskih promena. ARM procesori će približiti razvoj PC računara potentnoj i dinamičnoj pozornici Android pametnih telefona, čiji Qualcomm procesori ne zaostaju mnogo za Apple-ovim, a prostora za poboljšanja ima napretek. Ovako krupna i za korisnike značajna promena svakako će pospešiti prodaju pre svega PC laptopa. Intel svakako neće odstupiti sa scene još mnogo godina – kompanija je, po mnogim ekonomskim pokazateljima, danas posrnuli džin izbledele slave, ali ćemo Intel-ove procesore koristiti i dalje u najjačim desktop računarima, serverima i radnim stanicama. Kada jednom ARM procesori u PC laptop računarima koje pokreće ARM verzija Windows-a postanu stvarnost, samo nas korak deli do ulaska ARM arhitekture u svet desktop računara. Očekuju nas i sve jači ARM procesori, manje problema sa hlađenjem i tiši računari.

Pošto je jasno da se ne može očekivati da se postojeća programska baza odmah prebaci na novu arhitekturu, Apple je obezbedio automatsko prevođenje x86 koda u ARM kod, koje je za korisnika sasvim neprimetno. Drugim rečima, postojeće aplikacije se bez problema izvršavaju na novim procesorima, bez neprijatnog gubitka na performansama. U narednim godinama pojavljivaće se nove verzije programa koje rade u izvornom kodu ARM procesora, punom brzinom. Iskustvo Apple-a govori da ovaj proces tranzicije traje oko pet godina i da će nakon toga praktično sve bitne aplikacije biti na raspolaganju u verzijama za novi procesor, dok će minimalan broj i dalje morati da se emulira.

Proizvođače PC računara u svim njihovim segmentima očekuju strateški važne odluke koje će u velikoj meri promeniti budućnost računarske industrije. Vesnik promena bio je Apple, ali ni Microsoft ne sedi skrštenih ruku u pokušaju da oživi PC platformu kao sopstveni izvor prihoda i stabilnosti i u tom pogledu je partnerstvo sa Qualcomm-om ključni putokaz. Iako će iz današnje perspektive x86-centričnog PC sveta mnogima procesi i tokovi opisani u ovom tekstu delovati neverovatno, oni se događaju, izvesni su i – dobrodošli. Intel ostaje s nama na najzahtevnijim procesorskim zadacima, ali kako vreme bude odmicalo, ARM će preuzimati sve veći deo tržišnog kolača. U međuvremenu, posetite neku Apple prodavnicu i uverite se u fluidnost i brzinu koju je doneo M1 čip – sve će vam začas postati jasno.