2020年11月11日 03時23分ハードウェア

初のMac向けApple Siliconとなる「M1」チップが登場、5nmプロセスで製造された世界最速のCPU搭載

Apple初のMac向けSoCとなる「M1」が発表されました。M1は従来のMacに採用されてきたSoCと比べてワット当たりのパフォーマンスが飛躍的に向上しており、すべてのMacをこれまでとは全く別の製品に変えてしまう可能性を秘めたチップになっているとのこと。

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ついにMac向けの初のApple Siliconとなる「M1」チップが発表されました。

これまでのMacではプロセッサ用、入出力用、セキュリティ用、メモリ用のチップをそれぞれ別個に搭載していました。

しかし、M1ではこれらのテクノロジーを1つのSoCに統合。これにより、シンプルで効率的かつ素晴らしいパフォーマンスを実現することが可能になったとのこと。

また、M1はユニファイドメモリアーキテクチャ(UMA)も備えています。

M1は広帯域幅で低遅延のメモリをカスタムパッケージの中の1つのプールにまとめています。その結果、SoCの中のすべてのテクノロジーが複数のメモリプールの間でコピーすることなく同じデータにアクセス可能に。これにより、M1チップのパフォーマンスと電力効率が劇的に向上。

M1チップは5nmプロセスで製造された初のPC向けチップでもあります。原子スケールで測定される驚くほど小さなトランジスタが搭載されているため、その構造は極めて複雑です。

M1にはなんと160億個ものトランジスタが搭載されています。このすべてのトランジスタを用いてM1に最高のパフォーマンスと最先端のテクノロジーを実現させます。

M1の驚くべきパフォーマンスは高性能と高効率の2種類のコアから成り立つCPUによって実現されます。

M1のCPUは8コアで、うち高性能コアが4つ、高効率コアが4つという構成。4つの高性能コアはパフォーマンスを最大限にしながら、可能な限り効率的に個々のタスクまたはスレッドを実行するように設計されています。

そのため、省電力シリコンの中では世界最速のCPUコアに仕上がっているとAppleはアピールしています。

M1は高性能コアを4つ搭載しているため、マルチスレッドワークロードのパフォーマンスも飛躍的に進化しています。

さらに、負荷の軽いワークロードを効率的に処理するための高効率コアも4つ備えています。優れたパフォーマンスを実現しながら、使用する電力を従来の10分の1にまで抑えることに成功。高効率コアは軽いタスクをこなすのに最も効率的です。4つの高効率コアだけでも現行のデュアルコアCPUを搭載したMacBook Airと同等のパフォーマンスを実現しているとのこと。

さらに、M1は最大限のパフォーマンスと効率性を実現するために、コードを実行する場所をリアルタイムで判断する最新のパフォーマンスコントローラーを搭載しています。これによりM1の8コアCPUはこれまで作ってきた中でも群を抜く性能を持つCPUとなるそうです。

また、重要なのはこれらの高パフォーマンスをできる限り少ない電力で実現することです。実際、M1チップのCPUはワット当たりのCPUパフォーマンスで世界最高で、業界をリードする存在であるとのこと。

M1のCPUのワット当たりのパフォーマンスをグラフで見てみると、以下の通り。最新のPC向けチップと比べてパフォーマンスは最大2倍も高く……

わずか4分の1の電力でその高パフォーマンスを実現します。

前例がないレベルで高性能なCPUを作り上げることに成功したAppleは、さらにそれぞれの製品の熱設計枠内で最大限のグラフィックス性能をもたらすGPUも設計しています。

その結果、CPUの驚くべき性能を補完するGPUとのバランスのとれたシステムが完成したとのこと。

通常、PCでは統合型グラフィックスを使っているため、M1が実現したバランスを実現することができないそうです。

PCは素晴らしいグラフィックス性能を得るために、ディスクリートチップを使う必要があります。そのため、電力を多く消費するという欠点があります。しかし、M1では統合型グラフィックスの驚くような性能と、低電力の両方を実現しているとのこと。

M1に搭載されているGPUには、長年にわたるMacアプリケーションの徹底的な分析がいかされています。

最大8つのGPUコアを搭載しており、M1は一度に2万5000近くのスレッドを処理可能。

テラフロップスからテクスチャ帯域幅、フィルレートまで驚くべき効率性とあわせて、「M1のGPUは別格」とApple。

そんなM1のGPU性能と電力使用量を示したのが、以下のグラフ。従来のPC向けGPU(灰色線)と比べると、グラフィックス性能は2倍で……

電力消費量は3分の1。そのため、「M1は世界最速の統合型グラフィックスを搭載している」とApple。

CPUとGPUだけでなく、さまざまなカスタムテクノロジーをM1チップに詰め込んでいるとApple。

M1チップは最も先進的なNeural Engineを搭載しています。16コア設計で毎秒11兆回もの大量の演算が可能。

M1チップ全体が機械学習に優れた設計となっているため、映像分析や音声認識、画像処理のようなタスクでこれまでのMacとは比較にならないような性能を発揮します。

さらに、M1は最も新しい世代のSecure Enclaveを統合しており、これまで以上に高速でMacに最高クラスのセキュリティをもたらしてくれます。

というわけで、M1チップのおさらい。M1はワット当たりの性能で業界をリードしており、Neural EngineやThunderbolt、USB 4、Secure Enclave、最新のISPなどの最先端テクノロジーを備えています。

M1チップによる革新について、Appleは「これほど重大なチップのアップグレードがMacで行われたことは今までありません」としています。

M1チップの登場により、すべてのApple製品でハードウェアとソフトウェアの緊密な統合が実現することとなります。これはユーザー体験を素晴らしいものにする重要なカギとなります。

Macでのハードウェアとソフトウェアの統合をさらに深めるために、AppleはM1のアーキテクチャを最適化するためのMac専用ソフトウェアのワークロードを採用。iOSやiPadOSがAシリーズのチップを最大限に活用するように、macOS Big SurはM1を最大限に活用できるよう開発されているというわけ。

macOS Big Surは大胆で新しいデザインと、Safariやメッセージなどのアプリケーションのパワフルなアップデートと、業界をリードする最新のプライバシー機能の向上をもたらしています。

ハードウェアとソフトウェアをあわせ、すべてのシステムを共に設計することで、Macをより進化させることに成功したとのこと。

というわけで、M1チップを搭載したMacをお披露目する瞬間がついに迫ってきました。

加えて、アプリケーションの起動は爆速で、Safariはすでに世界最速のブラウザですが、M1チップでより進化することになります。M1チップによりSafariはこれまでの1.5倍速くJavaScriptを実行し、1.9倍速く反応するようになるとのこと。

システム全体も際立ってサクサク動作し、システムアニメーションも非常にスムーズ。

M1の凄まじいスピードはMetalのようなmacOSのテクノロジーと合わさって最も負荷の高いアプリケーションの動作を飛躍的に向上させます。

なので、3DアニメーションのレンダリングやRAW映像の編集も簡単に可能。

この画期的な性能に隠された秘密の一部はM1のユニファイドメモリアーキテクチャにあります。

macOSをApple Silicon上で作ったのは、映像のデコードやGPUやディスプレイなどに同じデータフォーマットを使うためです。それによりコピーや変換の負担は必要なくなります。そして、macOSはアプリケーションに対して6Kビデオのカラーグレーディングからグラフィックスを駆使するゲームのプレイ、リアルタイムでの機械学習推論の実行といったタスクに至るまで、画期的なパフォーマンスを可能にします。

macOS Big Surには高度な電力管理機能もあるため、M1の高性能コアと高効率コアとの間で賢くタスクを割り当てることも可能。

これにより、メモを読むような低負荷のタスクやゲームプレイのような高負荷のタスクが、すべて自動で最適化されるわけです。

つまり、Macは静かでパフォーマンスが高く、バッテリー駆動時間もより長くなります。

セキュリティ面でもM1は大きな飛躍をもたらしており、長年AppleがiOSで進化させてきたセキュリティ向けのアーキテクチャを採用。これにより、ハードウェア認証によるセキュアブートや、全ファイルの自動で高性能な暗号化、M1のコード実行アーキテクチャに深く組み込まれた新しいプライバシー保護機能などが実現します。

これによりMacは先進的のセキュリティを実現可能になるわけです。

これまでリリースされてきたmacOS向けのアプリケーションはすべてM1に最適化されており、PagesやNumbers、Keynote、GarageBand、iMovieといったApple製のアプリケーションは、M1がいかに高いパフォーマンスを実現できるかを確かめるのに最適とのこと。

例えば、Logic Proでは楽器とエフェクトプラグインをこれまでの3倍まで使えるようになります。

Final Cut Proでは、複雑なタイムラインをレンダリングするというタスクを最大6倍の速さでこなせるようになるとのこと。

さらに、macOS Big Surの素晴らしい技術によりこれまでより幅広い範囲のアプリケーションを動かせるようになります。

まずはユニバーサルアプリケーションです。ユニバーサルアプリケーションを簡単に説明すると、「ユーザーが手に入れられる中で最も速く、最もパワフルに動作するアプリケーション」といった感じ。

ユニバーサルアプリケーションにはApple Silicon用にビルドされたネイティブバイナリバージョンに加えて、Intelプロセッサ用のネイティブバージョンが含まれます。

この2つが1つのアプリケーションとしてApp Storeもしくはウェブ上からダウンロード可能となります。

つまり、1つのアプリケーションがIntelプロセッサを搭載したMacとApple Siliconを搭載したMacのすべてで動作するというわけ。

また、ユニバーサルアプリケーションへのアップグレードが済んでいない既存のアプリケーションのために、Big Surには素晴らしい新技術が搭載されています。

それが「Rosetta 2」です。

M1システムにおいてRosettaはIntelベースのMac用にビルドされたアプリケーションをシームレスに稼働させることが可能。そのため、アプリケーションをアップデートしなくてもFusion 360のプロジェクトで作業を続けたり……

お気に入りのゲームで次のレベルに進むことが可能。これはすべてMetalとM1チップのおかげ。最もグラフィックスへの負荷の高いアプリケーションのいくつかは、統合型グラフィックスを搭載した前世代のMacでネイティブに動いていたときよりも、Rosetta下での方が軽快に動作します。

M1への以降はデベロッパーにとっても重要です。デベロッパーがすでにiPhoneやiPadで使い慣れているアークテクチャをM1はスケールアップしているため、すべてのOS用のアプリケーションを横断してコードを最適化することが可能です。

また、新しいMacではこれまでどんなMacにもできなかったことが可能。初めてお気に入りのiPhoneやiPadのアプリケーションを直接Mac上で動かせるようになります。