El procesador Apple M1 viene a retar los paradigmas de potencia en la computación actual. Desde hace años el mercado de los procesadores viene moviéndose mucho. Pero a pesar de ello, cuando se buscaba potencia los procesadores x86 y x64 eran la norma.

En los últimos años, los procesadores de arquitectura ARM vienen demostrando cada vez más potencia. Esto aunado a su alta eficiencia energética se han convertido en serios competidores en varios mercados.

El primer mercado donde hubo competencia directa fue en el de los dispositivos móviles y las tabletas.

En este mercado, mientras ARM dominaba, Intel trató de incursionar con sus procesadores Atom sin mucho éxito. El procesador Apple M1 busca priorizar el consumo energético sin sacrificar la potencia.

Ahora con el M1, ARM viene por el segundo round de la mano de Apple. ¿Cuál será el resultado? Descubrámoslo.

Desempeño del procesador Apple M1 – Benchmarks

Sin duda el procesador Apple M1 ha llegado para quedarse. Los resultados generales en mononúcleo son un 33% superiores a los obtenidos con los Intel core i9 de decima generación.

En los resultados multinúcleo el procesador Apple M1 sólo fue superado por equipos de escritorio.

Todo ello teniendo en cuenta que se comparan equipos con un consumo energético de 105 watts frente a unos 18 watts del M1. Esto significa mejor desempeño a un 20% del costo energético. Ello implicaría baterías con una duración de todo el día.

¿Cómo logra superar esta superioridad?

El procesador M1 de Apple cuenta con procesadores específicos para diversas tareas. A continuación pasamos a describir a que se dedican algunos de ellos:

• Posee 8 núcleos principales: 4 núcleos de alta eficiencia y 4 núcleos de alto desempeño. De esta manera puede manejar tareas sencillas con los núcleos de eficiencia. Mientras tanto, los de alto desempeño sólo se activan para tareas demandantes. Esto es uno de sus puntos altos para lograr la eficiencia energética.
• Neural Engine: Un subprocesador con 16 núcleos dedicados a Machine Learning (aprendizaje automático). Un procesador pensado para la inteligencia artificial.
• Un procesador exclusivo para imágenes que posee codificación y decodificación por hardware.
• Procesador dedicado para el procesamiento avanzado de imágenes.
• Un procesador dedicado para encriptación.

Además de todos estos procesadores dedicados el proceso litográfico del M1 es de 5nm lo que lo hace uno de los procesadores más pequeños. El proceso de 5 nanómetros lo hace más eficiente energéticamente y más rápido.

Además la memoria RAM está encapsulada dentro del mismo procesador. Esto hace que el acceso a la memoria RAM sea mucho más rápido, pero como contraparte no se puede actualizar.

Cada uno de estos procesadores dedicados se encarga de sus tareas con máxima eficiencia.

El secreto de su potencia es la innovación

Esto ya lo vemos en el día a día con los SOCs que se usa en celulares. Sin embargo el logro del procesador M1 de Apple es llevar estas ventajas al alto desempeño.

Esto probablemente se deba a la integración de su proceso litográfico de 5nm, el acceso a la memoria RAM y las altas velocidades que alcanzan los procesadores.

Así mismo, una gran fortaleza es su arquitectura de múltiples procesadores. En esta arquitectura las actividades más intensivas de procesamiento tienen un procesador específico. Con ello descargan a los procesadores principales para tareas más generales.

Sin duda la innovación del M1 es juntar todas estas pequeñas innovaciones en un único procesador. A veces no hay que inventar el agua tibia, sólo calentar el agua…

Arquitectura ARM vs Arquitectura x86-x64

Uno de los secretos de la eficiencia del procesador M1 es la arquitectura ARM basada en la filosofía RISC. ¿Pero qué significan estas arquitecturas y filosofías de diseño?

ARM y x86-x64 son arquitecturas distintas hasta en su filosofía. ARM se basa en arquitectura RISC y x86-x64 es basado en arquitectura CISC. A continuación describimos la filosofía de ambas:

• CISC (Complex Instruction Set Computing): El set de instrucciones es un set de instrucciones complejas. Estas instrucciones complejas permiten hacer, con una sola instrucción en un solo ciclo de reloj, lo que hacen muchas instrucciones simples. Las instrucciones son poderosas, pero el diseño de los procesadores es complejo y consumen más energía.
• RISC (Reduced Instructions Set Computing): Los set de instrucciones contienen instrucciones simples. Para una tarea compleja se usan muchas instrucciones simples, lo cual implica varios ciclos de reloj. Pero al ser simples se ejecutan rápidamente y a bajo costo energético. Obviamente requieren un mayor esfuerzo para programar.

Estos dos mecanismos han estado compitiendo desde hace años. Parecía que Intel tenía ganada la batalla, pero en los últimos años ARM ha estado haciendo grandes avances. Sus dos aliados son el consumo energético y la simplicidad a la hora de diseñar los procesadores.

Eso ha hecho que los procesadores RISC de ARM crezcan más rápido en potencia y además lo hagan con un consumo energético reducido. El futuro parece de RISC pero todo está por verse.

Igual el Procesador M1 de Apple tiene muchas cosas adicionales que no son simplemente sinónimo de su arquitectura y que a continuación mencionaremos.

Pros y Contras del Apple M1

No todo puede ser positivo y es que el procesador M1 tiene retos por delante en los próximos años. Además la importante integración de componentes llevará a que estos equipos sean obsoletos con mayor rapidez. Pero veamos un poco más de ello.

Pros del M1

• Eficiencia computacional: Los procesadores específicos hacen las tareas para lo que están diseñados de manera más eficiente que el software con procesadores aún más potentes. Es producto de la especialización de los procesadores.
• Eficiencia energética: Las pruebas demuestras que esa eficiencia computacional también se traduce en eficiencia energética. Además los procesadores ARM ya tienen gran experiencia en manejar computación a muy bajo costo energético
• Integración Hardware y Software: Al estar el hardware y el software íntimamente relacionado su performance es excelente.
• Capa de compatibilidad de software: Aunque no es una ventaja propia de M1, la capa de compatibilidad desarrollada es fundamental. Esta es clave para que los programas de la vieja arquitectura corran con los nuevos M1 y funciona muy bien.

Contras el procesador M1 de Apple.

• Obsolescencia de los equipos computacionales: Cuando un equipo depende de procesadores específicos para realizar sus tareas, el nacimiento de nuevos códec y estándares puede dejar obsoleto tu equipo rápidamente.
• Imposibilidad de realizar actualizaciones: La RAM se encuentra dentro del procesador, lo que impedirá la actualizaciones del equipo lo que acortará su vida útil. Esto hará tu equipo obsoleto aún más rápido.
• Costos para los desarrolladores para las nuevas versiones: Las nuevas versiones deben hacer la transición al nuevo M1. Esto implica familiarizarse con las librerías y en algunos casos empezar el código desde cero para poder adaptarlo a la nueva arquitectura
• Nuevas versiones desarrolladas con fallas en optimización: Las nuevas versiones para M1 tardarán en desempeñarse como las anteriores versiones incluso corridas sobre capas de emulación. Los cambios en la arquitectura también implican cambios en la forma de desarrollar para aprovechar los múltiples procesadores específicos. Incluso los softwares de desarrollo y librerías requieren ser optimizadas para dar lo mejor de sí.
• Linux y Windows sólo pueden correr virtualizados: Para aquellos que usan más de un sistema operativo estos Apple no con buena opción. Actualmente Apple no coopera con otros desarrolladores de Sistemas Operativos para que sus SO puedan correr en los equipos M1 de manera nativa.

Una apuesta por la eficiencia, integración, aislamiento y obsolescencia

Mientras por una parte Apple innova para llevar la delantera en cuanto a desarrollo de hardware por otro lado golpea a sus usuarios.

Y es que su apuesta por la eficiencia y la integración de hardware y software da un paso adelante. Por otra parte, aísla su ecosistema de sistemas operativos cuyos usuarios de Apple usan día a día.

Peor aún es su apuesta por la obsolescencia de los equipos, lo cual es ya una práctica común. Recordemos el famoso caso de las baterías del iPhone que estaban “diseñadas para fallar”.

Al limitar las capacidades de expansión del equipo limitan su vida útil y nos obligan a comprar equipamiento nuevo. Y si los equipos de Apple no fueran tan caros quizás no sería un problema.

La apuesta de Apple por un futuro eficiente pero aún más cerrado sobre su ecosistema de hardware y software. Pero por el lado positivo esto empujará a otros fabricantes como Intel y AMD a innovar en su línea de procesadores.

Por otro lado, Linux y su filosofía abierta van ganando fuerza y Windows sigue mejorando su ecosistema y haciéndolo más amigable. Una competencia que favorecerá la capacidad de elegir de nosotros, los usuarios.

Sin duda la competencia es saludable para los consumidores y pronto veremos un desenlace interesante.