Apple M1 — серия систем на кристалле (SoC) на базе ARM , разработанных Apple Inc. , выпущенных в 2020–2022 годах. Он был частью серии Apple Silicon в качестве центрального процессора (ЦП) и графического процессора (ГП) для настольных компьютеров и ноутбуков Mac , а также планшетов iPad Pro и iPad Air . [4] Чип M1 инициировал третье изменение Apple в архитектуре набора инструкций, используемой компьютерами Macintosh, перейдя с Intel на Apple Silicon через четырнадцать лет после того, как они перешли с PowerPC на Intel , и через двадцать шесть лет после перехода с оригинальной серии Motorola 68000 на PowerPC . Во время его представления в 2020 году Apple заявила, что M1 имеет «самое быстрое в мире ядро ЦП в маломощном кремнии» и лучшую в мире производительность ЦП на ватт . [4] [5] Его преемник, Apple M2 , был анонсирован 6 июня 2022 года на Всемирной конференции разработчиков (WWDC).
Оригинальный чип M1 был представлен в ноябре 2020 года, а в октябре 2021 года за ним последовали профессиональные чипы M1 Pro и M1 Max . M1 Max — это более мощная версия M1 Pro с большим количеством ядер GPU и пропускной способностью памяти , большим размером кристалла и большим используемым межсоединением. В 2022 году Apple представила M1 Ultra — чип для настольных рабочих станций , содержащий два соединенных между собой блока M1 Max. Эти чипы во многом различаются по размеру и количеству функциональных блоков: например, в то время как оригинальный M1 имеет около 16 миллиардов транзисторов , M1 Ultra имеет 114 миллиардов.
Операционные системы Apple macOS и iPadOS работают на M1. Первоначальная поддержка M1 SoC в ядре Linux была реализована в версии 5.13 27 июня 2021 года. [6]
Первоначальные версии чипов M1 содержат архитектурный дефект, который позволяет изолированным приложениям обмениваться данными, нарушая модель безопасности, проблема, которая была описана как «в основном безвредная» [7] .
M1 имеет четыре высокопроизводительных ядра «Firestorm» и четыре энергоэффективных ядра «Icestorm» , впервые представленных в A14 Bionic . Он имеет гибридную конфигурацию, похожую на процессоры ARM big.LITTLE и Lakefield от Intel . [8] Эта комбинация позволяет оптимизировать энергопотребление, что было невозможно с предыдущими устройствами архитектуры Apple–Intel . Apple утверждает, что энергоэффективные ядра используют одну десятую мощности высокопроизводительных. [9] Высокопроизводительные ядра имеют необычно большой [10] кэш инструкций L1 объемом 192 КБ и кэш данных L1 объемом 128 КБ и совместно используют кэш L2 объемом 12 МБ; энергоэффективные ядра имеют кэш инструкций L1 объемом 128 КБ, кэш данных L1 объемом 64 КБ и общий кэш L2 объемом 4 МБ. SoC также имеет кэш системного уровня объемом 8 МБ, который совместно используется графическим процессором.
M1 Pro и M1 Max используют тот же дизайн ARM big.LITTLE , что и M1, с восемью высокопроизводительными ядрами «Firestorm» (шесть в вариантах M1 Pro с более низкими ячейками ) и двумя энергоэффективными ядрами «Icestorm» , что в общей сложности обеспечивает десять ядер (восемь в вариантах M1 Pro с более низкими ячейками). [11] Высокопроизводительные ядра работают на частоте 3228 МГц, а высокопроизводительные ядра работают на частоте 2064 МГц. Восемь высокопроизводительных ядер разделены на два кластера. Каждый высокопроизводительный кластер совместно использует 12 МБ кэша L2. Два высокопроизводительных ядра совместно используют 4 МБ кэша L2. M1 Pro и M1 Max имеют 24 МБ и 48 МБ соответственно кэша системного уровня (SLC). [12]
M1 Ultra состоит из двух блоков M1 Max, соединенных с помощью UltraFusion Interconnect, с общим количеством ядер ЦП 20 и кэшем системного уровня (SLC) объемом 96 МБ.
M1 интегрирует разработанный Apple [13] восьмиядерный (семь в некоторых базовых моделях) графический процессор (GPU). Каждое ядро GPU разделено на 16 исполнительных блоков (EU), каждый из которых содержит 8 арифметико-логических блоков (ALU). В общей сложности M1 GPU содержит до 128 EU и 1024 ALU, [14] которые, по словам Apple, могут выполнять до 24 576 потоков одновременно и которые имеют максимальную производительность с плавающей точкой (FP32) 2,6 TFLOP . [8] [15]
M1 Pro интегрирует 16-ядерный (14 в некоторых базовых моделях) графический процессор (GPU), в то время как M1 Max интегрирует 32-ядерный (24 в некоторых базовых моделях) GPU. В общей сложности M1 Max GPU содержит до 512 исполнительных блоков или 4096 ALU, которые имеют максимальную производительность с плавающей точкой (FP32) 10,4 TFLOPs .
M1 Ultra оснащен 48- или 64-ядерным графическим процессором с 8192 ALU и производительностью FP32 21 терафлопс.
M1 использует 128-битную LPDDR4X SDRAM [16] в унифицированной конфигурации памяти , разделяемой всеми компонентами процессора, также известной как память на упаковке (MOP). Чипы SoC и DRAM монтируются вместе в дизайне «система в упаковке» . Доступны конфигурации 8 ГБ и 16 ГБ.
M1 Pro имеет 256-битную память LPDDR5 SDRAM , а M1 Max — 512-битную память LPDDR5 SDRAM. В то время как M1 SoC имеет пропускную способность памяти 66,67 ГБ/с, M1 Pro имеет пропускную способность 200 ГБ/с, а M1 Max — 400 ГБ/с. [8] M1 Pro поставляется в конфигурациях памяти 16 ГБ и 32 ГБ, а M1 Max — в конфигурациях 32 ГБ и 64 ГБ. [17]
M1 Ultra вдвое превосходит M1 Max по характеристикам: шина памяти 1024 бит или 1 килобит с пропускной способностью 800 ГБ/с в конфигурации 64 ГБ или 128 ГБ.
M1 является преемником и интегрирует все функции чипа Apple T2, который присутствовал в компьютерах Mac на базе Intel. Он поддерживает bridgeOS и sepOS активными, даже если основной компьютер находится в режиме пониженного энергопотребления, для обработки и хранения ключей шифрования, включая ключи для Touch ID, FileVault, macOS Keychain и пароли прошивки UEFI. Он также хранит уникальный идентификатор машины (UID) и идентификатор группы (GID).
M1 содержит специализированное нейросетевое оборудование в 16-ядерном Neural Engine, способном выполнять 11 триллионов операций в секунду. [8] Другие компоненты включают процессор сигналов изображения , контроллер хранилища PCI Express , контроллер USB4 , включающий поддержку Thunderbolt 3 , и Secure Enclave . M1 Pro, Max и Ultra поддерживают Thunderbolt 4 .
M1 имеет поддержку кодирования видеокодеков для HEVC и H.264 . Он имеет поддержку декодирования для HEVC, H.264 и ProRes . [18] M1 Pro, M1 Max и M1 Ultra имеют медиа-движок, который имеет аппаратно ускоренные H.264, HEVC, ProRes и ProRes RAW. Этот медиа-движок включает в себя видеодекодирующий движок (у M1 Ultra их два), видеокодирующий движок (у M1 Max их два, а у M1 Ultra — четыре) и ProRes-кодирующий и декодирующий движок (опять же у M1 Max их два, а у M1 Ultra — четыре). [19] [20]
M1 Max поддерживает режим высокой мощности на 16-дюймовом MacBook Pro для ресурсоемких задач. [21] M1 Pro поддерживает два дисплея 6K с частотой 60 Гц через Thunderbolt, в то время как M1 Max поддерживает третий дисплей 6K через Thunderbolt и монитор 4K через HDMI 2.0 . [17] Все параметры процессоров M1 Max удваиваются в процессорах M1 Ultra, поскольку они по сути являются двумя процессорами M1 Max, работающими параллельно; они находятся в одном корпусе (по размеру больше, чем процессоры AMD Ryzen Socket AM4 ) [22] и рассматриваются как один процессор в macOS.
M1 показал конкурентоспособную [ с кем? ] производительность в популярных бенчмарках (таких как Geekbench и Cinebench R23). [23]
Mac Mini 2020 года с процессором M1 потребляет 7 Вт в режиме ожидания и 39 Вт при максимальной нагрузке [24] по сравнению с 20 Вт в режиме ожидания и 122 Вт при максимальной нагрузке для 6-ядерного Mac Mini Core i7 2018 года. [25] Энергоэффективность M1 увеличивает срок службы аккумулятора MacBook на базе M1 на 50% по сравнению с предыдущими MacBook на базе Intel. [26]
На момент выпуска MacBook Air (M1, 2020) и MacBook Pro (M1, 2020) получили высокую оценку критиков за производительность процессора и время автономной работы, особенно по сравнению с предыдущими моделями MacBook. [27] [28]
После его выпуска некоторые пользователи, которые заряжали устройства M1 через концентраторы USB-C, сообщили о поломке своих устройств. [34] Сообщается, что устройства, которые вызывают эту проблему, — это сторонние концентраторы USB-C и док-станции без Thunderbolt (за исключением собственного донгла Apple). [34] Apple решила эту проблему, заменив материнскую плату и посоветовав своим клиентам не заряжать устройства через эти концентраторы. [34] macOS Big Sur 11.2.2 включает исправление, предотвращающее повреждение моделей MacBook Pro 2019 года или более поздних версий и моделей MacBook Air 2020 года или более поздних версий некоторыми сторонними концентраторами и док-станциями USB-C. [35] [36]
Уязвимость в процессорах M1, получившая название «M1racles», была объявлена в мае 2021 года. Два изолированных приложения могут обмениваться данными без ведома системы, используя непреднамеренно записываемый регистр процессора в качестве скрытого канала , нарушая модель безопасности и представляя собой незначительную уязвимость. Она была обнаружена Гектором Мартином , основателем проекта Asahi Linux для Linux на Apple Silicon. [37]
В мае 2022 года была объявлена уязвимость под названием «Augury», связанная с Data-Memory Dependent Prefetcher (DMP) в чипах M1, обнаруженная исследователями из Тель-Авивского университета , Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне и Вашингтонского университета . В то время это не считалось существенным риском безопасности. [38]
В июне 2022 года исследователи Массачусетского технологического института объявили, что обнаружили уязвимость спекулятивного выполнения в чипах M1, которую они назвали «Pacman» по коду аутентификации указателя (PAC). [39] Apple заявила, что не считает это серьезной угрозой для пользователей. [40]
В 2022 году эксплойт, касающийся переводов таблицы страниц M1, был обнаружен Асахи Линой, YouTuber и одним из разработчиков, участвующих в Asahi Linux для GPU: эксплойт был обнаружен случайно во время первоначальных попыток обратного проектирования GPU в середине прямой трансляции. Эксплойт включал использование пользователя, имеющего разрешения на чтение и запись прошивки, таблицы поиска перевода страниц Apple, регистров и uPPL. Используя возвратно-ориентированное программирование , эксплойт принял форму шейдера, который должен был интегрировать несколько компонентов в микропоследовательность в оборудовании, генерировать поддельную таблицу страниц, изменять регистры для указания на новую таблицу страниц и вызывать таблицу поиска для выполнения вызова uPPL. Поскольку uPPL имел возможность изменять содержимое таблицы страниц, а таблица поиска имела неограниченную возможность выполнять вызов uPPL, злоумышленник может использовать этот эксплойт для получения привилегий root с помощью поддельной таблицы страниц, на которую ссылаются регистры: после того, как поддельная таблица страниц будет сопоставлена с оригиналом из уязвимости uPPL-Lookup Table и регистры будут сброшены, злоумышленник может изменить переменные, чтобы они запускались от имени root.
Эксплойт считался уникальным, поскольку предполагал использование шейдера вместо более традиционных средств, но эксплойт относился к категории «Атака на устройство через установленное пользователем приложение» и оценивался в 150 000 долларов США.
Полное видео было опубликовано в сентябре 2023 года, демонстрирующее полный эксплойт, [41] вместе с веб-сайтом, содержащим информацию о том, как работал эксплойт. На сайте также была эмулированная JavaScript микропоследовательность, демонстрирующая каждый шаг процесса. [42]
Эксплойт под названием GoFetch [43] способен извлекать криптографические ключи из устройств на базе чипов серии M без прав администратора. [44]
В таблице ниже показаны различные SoC, основанные на микроархитектуре «Firestorm» и «Icestorm». [45] [46]
