Was ist der Apple M1 Chip?

Zum ersten Mal seit fast 15 Jahren sind die neuesten MacBooks und Mac mini von Apple nicht mit Intel-Prozessoren ausgestattet. Stattdessen verwenden sie den brandneuen Apple M1-Chip, der am Dienstag als leistungsstarker Ersatz für die vielen Generationen von Intel-CPUs vorgestellt wurde, die Apple-Computer seit 2006 angetrieben haben.

Der M1 ist das erste Auftreten des neuen Paradigmas, das Apple als Apple Silicon bezeichnet hat. Zu den neuen Macs, die ab sofort mit dem M1 vorbestellt werden können, gehören das MacBook Air, das 13-Zoll MacBook Pro und der Mac mini. Wenn Sie mit dem Gedanken spielen, einen Mac zu kaufen, betreten Sie Neuland, denn die einzigen Informationen, die wir bisher über ihre Leistung haben, stammen von Apple selbst. Wir freuen uns darauf, diese neuen Geräte so schnell wie möglich in die PC-Labors zu bekommen, um sie ausgiebig zu testen und in die Hand zu nehmen. Aber in der Zwischenzeit wollen wir einen Blick auf alles werfen, was wir bisher über Apple Silicon im Mac wissen.

Der M1: Ein ganzes System auf einem Chip

Ob mit Windows, macOS oder Chrome, die meisten heutigen PCs verfügen über eine Reihe von Computerkomponenten, die jeweils unterschiedliche Verarbeitungsaufgaben übernehmen. Dazu gehören ein Prozessor (die CPU), der die wichtigsten Berechnungen durchführt, einschließlich derer, die für das Surfen im Internet und das Öffnen und Schließen von Apps verwendet werden, und ein weiterer Prozessor (die GPU), der Grafikberechnungen durchführt und ein Signal an den Monitor oder Laptop-Bildschirm ausgibt.

Bei großen, leistungsstarken Computern wie Workstation-Desktops und Gaming-Rigs sind die CPU und die GPU vollständig voneinander getrennt und jeweils mit dem Motherboard verbunden. Bei kleineren, ultraportablen Laptops sind CPU und GPU in der Regel in einer einzigen Komponente zusammengefasst, die in der Branche als integrierte Grafikverarbeitung bezeichnet wird, während sich die übrigen Komponenten des Computers, einschließlich Cache, Arbeitsspeicher und Speicher, an verschiedenen Stellen auf der Hauptplatine befinden.

Als Weiterentwicklung der Apple-Prozessoren der A-Serie, die seit langem das iPhone und das iPad antreiben, verfolgt der M1-Chip einen anderen Ansatz. Statt einer Sammlung separater Verarbeitungsteile handelt es sich um ein einziges System auf einem Chip (SoC). Der SoC übernimmt alle Berechnungen, einschließlich der Grafikausgabe, was bedeutet, dass jede Softwareanweisung den effizientesten Teil des M1 nutzen kann.

Teilweise weil er alles auf einmal machen muss, hat der M1 ein augenzwinkerndes Maximum von 16 Prozessorkernen. Das klingt nach einer Menge, verglichen mit den sechs Kernen, die in den leistungsstärksten Intel-Laptop-CPUs stecken. Tatsächlich hat das M1 so viele Kerne, nicht damit es Aufgaben schneller erledigen kann, sondern damit es mehr Aufgaben erledigen kann. Vier der Kerne sind Rechenkerne für komplexe Berechnungen, die viel Rechenleistung erfordern. Vier weitere sind für leichtere Aufgaben vorgesehen, die nicht so viel Energie benötigen, um sicherzustellen, dass der Chip nicht mehr Energie verbraucht als nötig. Die Aufgaben werden im laufenden Betrieb auf den entsprechenden Kernsatz verteilt.

Bis zu acht zusätzliche Kerne sind für die Grafikverarbeitung vorgesehen, ähnlich wie bei der integrierten Iris-Grafik von Intel. Beim Mac mini, dem MacBook Pro und dem MacBook Air ist der Grafikteil des M1 in der Lage, einen externen Monitor mit 60 Hz und einer Auflösung von bis zu 6K zu betreiben, wie zum Beispiel das Apple Pro Display XDR.

Zusätzlich verfügt der M1 über einen eingebauten Speichercontroller für den Datenverkehr zum und vom Solid-State-Laufwerk (SSD) des Macs sowie über verschiedene andere Prozessoren, Controller und Sensoren, die Verschlüsselung, Bildverarbeitung von Webcams und andere sekundäre Aufgaben übernehmen, die für das Funktionieren des Computers erforderlich sind.

Der M1-Chip verwendet einen 5-Nanometer-Produktionsprozess, ähnlich wie der neueste A14-Chip im iPhone 12. In der Zwischenzeit verwenden Intels neueste CPUs der 11. Generation einen 10-Nanometer-Produktionsprozess, und Intel rechnet frühestens 2022 mit neuen Chips, die auf 7-Nanometer-Prozessen oder niedriger basieren. Intel sagte in einer Erklärung am Dienstag, dass seine CPUs „den globalen Kunden die beste Erfahrung in den Bereichen bieten, die sie am meisten schätzen, sowie die offenste Plattform für Entwickler, sowohl heute als auch in Zukunft“. Die großen Unterschiede in den Prozesstechnologien sprechen jedoch für sich selbst. Die neuesten Desktop- und Mobilchips des Computerchip-Rivalen AMD werden in einem 7-Nanometer-Prozess gefertigt.

Künstliche Intelligenz und der M1-Chip

Künstliche Intelligenz (KI) und Algorithmen des maschinellen Lernens (ML) sind für den reibungslosen Ablauf moderner Software unerlässlich. Die Apple A-Serie und die Intel Core Prozessoren verfügen schon seit langem über integrierte KI-Funktionen, und der M1 ist nicht anders. Er verfügt über eine spezielle neuronale Engine mit 16 eigenen Rechenkernen, um KI-Aufgaben zu bewältigen. Haben Sie schon einmal ein Foto mit einem automatischen Filter nachbearbeitet oder durch eine Liste mit vorgefertigten Suchergebnissen gescrollt? Diese beiden Aufgaben und viele andere sind zumindest teilweise auf ML angewiesen, um schneller abzulaufen.

Die neuronale Engine des M1-Chips ist auf Anweisungen von Software angewiesen, um richtig zu funktionieren. Viele Softwareentwickler von Drittanbietern integrieren KI- und ML-Algorithmen in ihre Anwendungen, darunter viele Teile der Adobe Creative Suite. Apple sagt, dass das neue M1-betriebene MacBook Air ML-Arbeitslasten bis zu neunmal schneller verarbeiten kann als das vorherige Intel-betriebene MacBook Air.

Sind alle M1-Chips gleich?

Ob ein Computer ein SoC oder eine Sammlung separater Rechenkomponenten verwendet, unterliegt er immer noch bestimmten unumstößlichen Eigenschaften der Datenverarbeitung und der Physik. Je mehr Kerne ein Prozessor für eine bestimmte Aufgabe einsetzt und je schneller jeder dieser Kerne arbeitet, desto schneller wird die Aufgabe erledigt. Dieser Prozess erzeugt auch eine Menge Wärme, weshalb die meisten Computer mit Lüftern, Kühlkörpern und anderen Geräten ausgestattet sind.

Während Apple noch nicht viele Details veröffentlicht hat, wissen wir, dass es leicht unterschiedliche Versionen des M1 für jeden der verschiedenen Macs geben wird, die er antreibt. Das liegt vor allem daran, dass jedes Gerät anders mit Wärme umgeht. Das neue MacBook Air hat keinen Lüfter, und wir wissen, dass der M1-Chip in der Basiskonfiguration des Air einen etwas weniger leistungsstarken Grafikprozessor mit sieben statt acht Kernen haben wird.

Das größere MacBook Pro und der Mac mini werden hingegen beide mit Lüftern ausgestattet sein, so dass ihre M1-Chips über leistungsstarke Grafikprozessoren verfügen. Es ist möglich, dass die M1-Versionen des Mac mini und des MacBook Pro auch höhere Taktraten haben werden als der Chip des MacBook Air, aber Apple hat diese Informationen nicht mitgeteilt.

Wie schnell ist der M1-Chip?

Laut Apple ist der M1-Chip schneller als die Intel-Prozessoren in den Macs, die er ersetzt. In einigen Fällen, so behauptet das Unternehmen, ist er sogar viel schneller. Die allgemeine Leistung des M1 MacBook Air ist 3,5 Mal schneller als zuvor, während die Grafikleistung fünf Mal schneller ist, so Apple. Auf dem M1 MacBook Pro sind KI-Berechnungen 11-mal schneller als zuvor, und Apple sagt, dass es Code in der Xcode-App bis zu 2,8-mal schneller erstellen kann.

Apple behauptet auch, dass M1-betriebene Macs schneller als ihre Windows-Pendants sind. Das Unternehmen schätzt, dass der neue M1 im MacBook Air 98 Prozent der im letzten Jahr verkauften PC-Laptops übertrifft. Diese Behauptungen basieren auf Leistungstests, die Apple intern durchgeführt hat, obwohl das Unternehmen keine weiteren Details über diese Tests bekannt gibt, außer dass es sich um „Industriestandard“-Benchmarks handelt.

Benchmarks lassen sich jedoch leicht manipulieren, so dass es noch zu früh ist, um definitiv zu sagen, ob das M1 so leistungsfähig ist, wie Apple es behauptet. Wir sind gespannt darauf, das M1 mit unserem eigenen objektiven Benchmarking-Verfahren zu testen. Wenn die Behauptungen von Apple zutreffen, ist der M1 in der Tat in der Lage, die aktuellen Intel-Macs zu übertreffen.

Apple behauptet außerdem, dass das M1 eine hervorragende Batterielaufzeit für das MacBook Air und das MacBook Pro bieten wird. In der Praxis bieten die Vorgängermodelle des Air und des Pro mit Intel-Chips bereits eine hervorragende Akkulaufzeit, typischerweise zwischen 10 und 20 Stunden bei leichten Aufgaben wie dem Ansehen von Videos.

Werden meine Apps auf einem M1-Mac laufen?

Ein Chip ist nur so gut wie die Software, die darauf läuft, und viele macOS-Anwendungen sind für Intel-Prozessoren konzipiert, nicht für den M1. Die Entwickler hatten einen kleinen Vorsprung, da Apple ihnen diesen Sommer ein Entwicklungskit angeboten hat, um ihnen bei der Übersetzung ihres Codes auf den M1 zu helfen. Tatsache ist jedoch, dass das Betriebssystem macOS selbst zwar nativ auf dem M1 laufen wird, viele Anwendungen von Drittanbietern jedoch nicht, zumindest anfangs.

Das Fehlen der nativen M1-Unterstützung bedeutet jedoch nicht, dass Apps von Drittanbietern überhaupt nicht laufen werden. Für Anwendungen, die den Übergang noch nicht geschafft haben, sagt Apple, dass die Programme immer noch auf den neuen Macs durch die Rosetta 2 Software des Unternehmens, die als Emulator fungieren kann, laufen werden. Aber wundern Sie sich nicht, wenn die Programme schleppen. „Der Übersetzungsprozess nimmt Zeit in Anspruch, so dass Benutzer möglicherweise feststellen, dass übersetzte Apps manchmal langsamer starten oder laufen“, schreibt Apple in der Entwicklerdokumentation für Rosetta 2.

In der Zwischenzeit hat Apple am Dienstag bestätigt, dass ab macOS Big Sur die gesamte Mac-Software sowohl auf Intel- als auch auf M1-Systemen nativ läuft. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass iPhone- und iPad-Apps nun direkt auf den M1-betriebenen Macs laufen können. Big Sur wird standardmäßig auf allen neuen M1-Systemen mitgeliefert und wird im Laufe dieser Woche als Update für ältere Macs verfügbar sein.

Was ist, wenn ich stattdessen einen Intel Mac möchte?

Auch wenn Apple-Silizium eindeutig die Zukunft des Mac-Ökosystems ist, werden Intel-Macs nicht über Nacht verschwinden. Das neue MacBook Air und der Mac mini verwenden ausschließlich den M1, aber Apple bietet das 13-Zoll MacBook Pro weiterhin mit Intel Core i5 oder Core i7 CPUs als Option an. Und die anderen Macs in Apples Lineup – einschließlich des iMac, des Mac Pro, des iMac Pro und des 16-Zoll-MacBook Pro – wurden am Dienstag nicht aktualisiert und werden weiterhin ausschließlich von Intel-CPUs und (in einigen Fällen) optionalen AMD-GPUs angetrieben.