M1チップの背景技術を解説する集中連載、スタート。執筆は、MysticRoomのTak.さん。
Apple M1はApple A14X (Z) Bionicなのか
今回のAppleのM1チップ搭載Macではっきり分かったことは「Apple M1チップ」というのはApple A14 Bionicを強化したSoCで、従来のネーミングで言えばApple A14X BionicまたはA14Z Bionicと呼ばれるチップであること。
Apple M1チップ高性能コア（Firestorm）4基と高効率コア（Icestorm）4基、独自設計のGPUコアを7または8基、Neural Engineコアを16基。
この仕様はiPhone向けのApple A12 BionicからiPad Pro向けのApple A12X/Z Bionicを作った時と同じアプローチで「Apple A14 Bionicを強化（X/Z化）したら当然こうなるよね？」というスペックだ。
実際の性能もこれを見事に裏付けている。例えばGeekbench 5のシングルコアスコアとマルチコアスコア。
iPad Pro 11-inch (2nd generation) vs iPad Air (3rd generation)Apple A12 Bionicを搭載するiPad Air (3rd generation) のCPUスコアは、シングル1114、マルチ2475。
Apple A12Z Bionicを搭載するiPad Pro 11-inch (2nd generation) のスコアはシングル1124、マルチ4715。
シングルコア性能は変わらないが、高性能コアが2基から4基に増えたことで、マルチコアスコアは約1.65倍に増えている。
一方、Apple A14 Bionicを搭載するiPad Air（4th Generation）のスコアはシングル1589、マルチ4242。
MacBook Air (M1, 2020) vs iPad Air (4th generation)そこから想定されるApple A14X/Z Bionicのスコアはシングル1590、マルチ7010。
実際のApple M1チップ搭載Macのスコアはシングル1730、マルチ7563で、その差は7〜8％だ。
実際にはiPad Air (4th generation) の動作クロックは2.99GHz、AppleのM1チップ搭載Macのそれは3.19GHzなので、動作クロックは実質6%アップ、ほぼ計算通りの性能である。
MacBook Air (M1, 2020) の下位モデルにはGPUコアが7基に減らされたApple M1チップが、それ以外のモデルには8基のApple M1が搭載されているが、これはApple A12X Bionic（GPUコア7基）と同A12Z Bionic（GPUコア8基）と同じアプローチだ。
ifixitよりApple Siliconの中でもGPUコアはシリコン上のフットプリントが大きく、他のコアに比べて歩留まりが低い。製造時に不良となったコアブロックを無効化（Disable）して下位モデルのプロセッサを派生させる、これはIntelのCoreプロセッサやAMDやNVIDIAのGPUでも普通に行われていることだ。
本来なら捨ててしまわなければならない欠損品を再利用する手段としては極めて有効で、GPUコアが1個減ったからと言って実使用上ほとんど影響ないのはもちろん、コアが少ないことすら一般的なアプリを使っている限りまず気がつかないだろう（ベンチマークは別として）。
Apple M1の高性能のカギを握るのは？
Geekbench 5でApple M1チップとIntelプロセッサのベンチマークを比べて分かることは、とにかくシングルコア性能が高いことだ。
MacBook Air (Retina, 13-inch, 2020) vs MacBook Air (M1, 2020)近い動作クロックの第10世代モバイルCoreプロセッサ「Ice Lake」と比較すると、およそ5割増し（150％）のシングルコア性能を発揮する。つまりコアあたりのIPC（クロック周波数あたりの処理性能）がべらぼうに高い。
そのカラクリについては、AnandTechが詳しく解説してくれている。
Apple A14 Bionicの高性能コア「Firestorm」は、コアあたり8命令デコードでALUが6基搭載されているという。
AnandTechよりALU（Arithmetic Logic Unit）とは簡単に言えばCPUコアの演算器であり、CPUの心臓部だ。
命令デコーダは与えられた命令を演算器で実行させるための準備をする解析器で、頭脳の中の頭脳とも呼ばれる部分だ。
ちなみに「Ice Lake」が採用するSunny Coveアーキティクチャの場合、コアあたりのALUは4基、5命令デコードだ。
Apple M1Apple M1チップは単純に見てもその1.5倍の演算器と1.6倍の解析器を備えているわけだから、シングルコア性能が5割増しなのもうなずける。もちろん、ARMv8-AアーキテクチャのプロセッサコアとしてもダントツのIPCだ。
プロセッサコアの性能をここまで引き上げると、そこに命令やデータを送り込むメモリシステムやファブリックの性能もそれに合わせて向上させなければならない。
いくら心臓部が速くても周りが付いてこれないのではその性能を充分発揮できないからだ。そのためにApple M1チップでは、特殊なキャッシュ構造とファブリック、そして低遅延で広帯域なユニファイド・メモリ・アーキテクチャ（UMA）を採用した。
この辺りは次回、改めてご紹介できれば幸いだ。
執筆：MysticRoom Tak.
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2020-11-23 22:06:00Z
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