鑽石舞台

2020年，蘋果做出了大膽的舉動；他們拋棄了英特爾，轉而使用他們專有的芯片來為他們的 MacBook 供電。儘管從 x86 設計語言轉向 ARM 架構引起了一些人的注意，但當由 Apple 硅驅動的 MacBook 提供了驚人的每瓦性能時，Apple 證明了所有人都錯了。

據多位專家稱，向 ARM 架構的轉變是提高性能/瓦特的一個重要原因。然而，新的統一內存架構在提升新一代 MacBook 的性能方面也發揮了至關重要的作用。

那麼，什麼是 Apple 的統一內存架構，它是如何工作的？好吧，讓我們來了解一下。

在進入 Apple 的統一內存架構之前，必須首先了解為什麼需要像隨機存取內存 (RAM) 這樣的主存儲系統。

您會看到，傳統處理器在渦輪增壓期間以 4 GHz 的時鐘速度運行。在這個時鐘速度下，處理器可以在四分之一納秒內完成任務。但是，存儲驅動器（如 SSD 和 HDD）只能每 10 毫秒向 CPU 提供數據，即 1000 萬納秒。這意味着在 CPU 完成處理它正在處理的數據和接收下一批信息之間的時間裡，它處於空閒狀態。

這清楚地表明存儲驅動器無法跟上處理器的速度。計算機通過使用 RAM 等主存儲系統來解決這個問題。儘管該內存系統無法永久存儲數據，但與 SSD 相比，它的速度要快得多——它可以在短短 8.8 納秒內發送數據：比目前最快的 SSD 快得多。

這種較短的訪問時間使 CPU 能夠更快地接收數據，使其能夠不斷地處理信息，而不是等待 SSD 發送另一批數據進行處理。

由於這種設計架構，存儲驅動器中的程序被移動到 RAM 中，然後由 CPU 通過 CPU 寄存器訪問。因此，更快的主存儲系統可以提高計算機的性能，而這正是 Apple 正在使用其統一內存架構所做的事情。

現在我們知道為什麼需要 RAM，我們需要了解 GPU 和 CPU 如何使用它。儘管 GPU 和 CPU 都是為數據處理而設計的，但 CPU 是為執行通用計算而設計的。相反，GPU 旨在在不同的內核上執行相同的任務。由於設計上的這種差異，GPU 在圖像處理和渲染方面的效率很高。

儘管 CPU 和 GPU 具有不同的架構，但它們都依賴於主存儲系統來獲取數據。在具有專用 GPU 的傳統系統上，有兩種類型的隨機存取存儲器。這是 VRAM 和系統 RAM。VRAM 也稱為 Video RAM，VRAM 負責將數據發送到 GPU，系統 RAM 將數據傳輸到 CPU。

但是為了更好地理解內存管理系統，讓我們看一個你玩遊戲的真實例子。

當您打開遊戲時，CPU 進入畫面，遊戲的程序數據被移動到系統 RAM。之後，CPU 處理數據並將其發送到 VRAM。然後 GPU 處理這些數據並將其發送回 RAM 供 CPU 在屏幕上顯示信息。在集成 GPU 系統的情況下，兩個計算設備共享相同的 RAM，但訪問內存中的不同空間。

這種傳統方法涉及大量數據移動，使系統效率低下。

為了解決這個問題，Apple 使用了統一內存架構。

在內存系統方面，Apple 做了幾件不同的事情。

在通用系統的情況下，RAM 使用主板上的插槽連接到 CPU。此連接限制了發送到 CPU 的數據量。

另一方面，Apple 芯片使用相同的基板來安裝 RAM 和 SoC。儘管在這種架構中 RAM 不是 SoC 的一部分，但 Apple 使用中介層基板 (Fabric) 將 RAM 連接到 SoC。中介層只不過是 SOC 和 RAM 之間的一層硅。

與依靠電線傳輸數據的傳統插座相比，內插器允許 RAM 使用硅通孔連接到芯片組。這意味着 Apple 硅驅動的 MacBook 將其 RAM 直接烘焙到封裝中，從而更快地在內存和處理器之間傳輸數據。RAM 在物理上也更靠近需要數據的位置（處理器），從而允許數據更快地到達需要的位置。

由於將 RAM 連接到芯片組的這種差異，它可以訪問高數據帶寬。

圖片來源：蘋果

除了上面提到的不同，蘋果還改變了 CPU 和 GPU 訪問內存系統的方式。

如前所述，GPU 和 CPU 在傳統設置中具有不同的內存池。相反，Apple 允許 GPU、CPU 和神經引擎訪問同一個內存池。因此，數據不需要從一個內存系統傳輸到另一個內存系統，進一步提高了系統的效率。

由於內存架構的所有這些差異，統一內存系統為 SoC 提供了高數據帶寬。事實上，M1 Ultra 提供了 800 GB/s 的帶寬。與提供 512 GB/s 帶寬的AMD Radeon RX 6800 和 6800XT等高性能 GPU 相比，此帶寬要高得多。

這種高帶寬使 CPU、GPU 和神經引擎能夠在納秒內訪問龐大的數據池。此外，Apple 在 M2 系列中使用主頻為 6400 MHz 的 LPDDR5 RAM 模塊以驚人的速度提供數據。

現在我們對統一內存架構有了基本的了解，我們可以看看你需要多少。

儘管統一內存架構提供了一些優點，但它仍然存在一些缺陷。首先，RAM 連接到 SoC，因此用戶無法升級其系統上的 RAM。此外，CPU、GPU 和神經引擎訪問同一個內存池。因此，系統所需的內存量急劇增加。

因此，如果您是在網上衝浪並使用大量文字處理器的人，那麼 8 GB 的內存對您來說就足夠了。但是，如果您經常使用 Adobe Creative Cloud 程序，那麼獲得 16 GB 版本是一個更好的選擇，因為您將擁有更流暢的在機器上編輯照片、視頻和圖形的體驗。

如果您正在訓練許多深度學習模型或處理具有大量圖層和 4K 素材的視頻時間線，您還應該考慮配備 128 GB RAM 的 M1 Ultra。

Apple 芯片上的統一內存架構對計算機上的內存系統進行了多項更改。從改變 RAM 與計算單元的連接方式到重新定義內存架構，Apple 正在改變內存系統的設計方式，以提高其系統的效率。

也就是說，新架構在 CPU、GPU 和神經引擎之間創造了競爭條件，從而增加了系統所需的 RAM 量。

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