В 2020 г. Apple отказалась от процессоров AMD и Intel в своих лэптопах, переведя их на собственную разработку — чип M1. Он оказался быстрее, холоднее и энергоэффективнее. Успех, но для масштабного переворота рынка мобильных устройств этого мало.
Сейчас в игру включилась Qualcomm со своим новым кристаллом Snapdragon X Elite. С его помощью она планирует бороться с Intel и AMD в сегменте ноутбуков под управлением Windows, а это вполне может привести к глобальным изменениям.
Проблемы современных мобильных компьютеров
Вынесем MacBook за скобки и взглянем на любой типичный ноутбук. Ценник не важен — пусть это будет топ тысяч за триста. За эти деньги получаем 32 ГБ DDR5-памяти, мощную видеокарту и процессор Intel Core i9-14900HX. Казалось бы, машина не хуже десктопа с такими же характеристиками, но это в теории.
А на практике тот же Intel Core i9-14900, но уже в настольном компьютере почти вдвое быстрее. В LinX 0.9.12 он выбивает 925 ГФлопс, а ноутбучный HX — только 575, и это от розетки. Если отключиться от нее, получится «печатная машинка», выдающая уже 300 Гфлопс, а в качестве вишенки на торте — проработает он максимум час в игре и три-четыре часа в Word, Excel и браузерах.
Архитектура CISC
Complex Instruction Set Computing (CISC) — расширенный набор инструкций или архитектура x86. В основе процессоров Intel и AMD лежит именно она, и ее не меняли с конца 1970-х (во всяком случае существенно).
Что такое инструкция? Чтобы понять это, заглянем в микрочип. С виду это сложное устройство, но на деле ничего, кроме транзисторов, в нем нет. Функция у них одна: включаться (тогда получится единица) и выключаться (это ноль). Кроме этих цифр, процессор ничего не «понимает», но людям это неудобно. В итоге придумали что-то вроде переводчика. Так, программист может писать код на человеческом языке, а компилятор — тот самый переводчик — сделает его понятным процессору.
Но на обычное общение это все равно не похоже. Микрочипу нельзя сказать «пойдем кататься на велосипеде» — нужна подробная инструкция: вот велосипед, проверь на месте ли твои ноги, иди к нему, сядь — для этого опустись в седло, сейчас возьмись за руль руками: левой, теперь — правой. Вспомни, что такое ноги, их ставь на квадратные штуки — это педали, крути и так далее.
Чтобы не расписывать все каждый раз, как создается новая программа, было решено хранить такие инструкции непосредственно в самом чипе, чтобы обращаться к нему в формате «давай-ка — на велопрогулку».
Это и есть ключевая проблема x86. Таких записей слишком много, и половиной никто не пользуется. Они сформулированы более 40 лет назад и давно устарели. Но ради совместимости их продолжают бережно хранить: мало ли захочется запустить любимую программу дедушки. Это все равно, что носить с собой огромный музыкальный комбайн, который умеет проигрывать винил, кассеты, диски, бобины, mp3-файлы с флешки и дискеты заодно. Ходить тяжело, выступает пот, появляется одышка и все ради потенциального случая, когда захочется послушать пластинку 48-го года.
Так вот процессорам также тяжело. Они перегружены ненужными блоками, которыми мало кто пользуется, но всем им нужно питание. Поэтому тот же 14900K выделяет около 350 Вт тепла. Для настольных компьютеров это нормально. Можно купить большой корпус и поставить в него кастомную систему жидкостного охлаждения с 3-4 вентиляторами. Но с ноутбуками это уже не работает — приходится урезать питание процессора, из-за чего он существенно замедляется.
Архитектура RISC
Решение есть — архитектура Reduced Instruction Set Computing (RISC, сокращенный набор инструкций). Термин нужно понимать верно: инструкций не меньше, их, наоборот, больше, но в отличие от x86, где их длина практически неограничена, в RISC она намного короче и строго фиксирована. За счет этого процессору не нужно работать с массивными данными: не нужны дополнительные блоки, чтобы дробить их на отрезки короче — микрооперации. У него упрощенный, более компактный конвейер обработки команд. А еще RISC моложе — нет «древних» инструкций, то есть тех самых «пластинок с бобинами» в архитектуре. Как итог — меньшие энергопотребление и тепловыделение.
Но есть нюанс. Программировать RISC-чипы сложнее, чем x86-е. Команды короче и проще, но из-за этого нужно писать больше строк кода, поэтому часто говорят, что CISC оптимизируется для программистов, а RISC — для процессоров.
И еще проблема — совместимость. Приложений для x86-х чипов Intel и AMD миллионы и любые из них будут работать, какими бы старыми они ни были. С RISC иначе. Писать для архитектуры сложнее, и x86-е инструкции для нее не подходят. Лицензировать тоже не выйдет, Intel их не продаст. Получается замкнутый круг: распространенность архитектуры в заложниках у количества программ для нее, но больше их не становится, потому как писать для не популярной платформы смысла нет. Поэтому долгое время RISC-процессоры ставили только в планшеты, смартфоны и плееры mp3, то есть туда, где приложений не много и разработаны силами производителя.
Решительный шаг Apple
Изменилось все, когда за дело взялась Apple. Это, наверное, единственный бренд, который мог рискнуть поставить RISC-процессоры в свои компьютеры: компания огромная, потребителей много, а значит, разработчики сами будут заинтересованы писать софт.
И это сработало — Macbook с чипом M1 стартовал с оглушительным успехом. Все нужные каждый день программы были на месте и стабильно работали, лэптоп в 2-3 раза обошел все, что было на рынке мобильных устройств по производительности, при этом оставался почти бесшумным. Однако главное — установил новый стандарт автономности. Он проработал 20 часов без подзарядки — почти три полноценных рабочих дня, и все это без потери производительности.
Для сравнения, только что вышедшие AMD Ryzen AI300 держатся лишь 13 часов — семь часов разницы с M1, которому уже три года. Но это Apple и MacOS. Не все готовы на нее переходить — выходит, что пользователи Windows в аутсайдерах.
Ответ Qualcomm
Месяц назад Qualcomm показала Snapdragon X Elite — чип с RISC-архитектурой. Пока его младшую версию с 12-ю ядрами и 3,4 ГГц в многопоточной нагрузке.
Тем не менее, даже так он обгоняет и Apple M3, и Intel Core Ultra 7 155H, и AMD Ryzen 7 7840U в бенчмарках Cinebench, Blender и Handbrake.
При этом он еще и уничтожает их по энергоэффективности: держится на три часа дольше, чем MacBook Pro и на десять больше, чем актуальные x86-конкуренты.
Моменты, где Snapdragon проигрывает, тоже есть: Apple быстрее в производительности на ядро и в играх. Правда это, скорее всего, ненадолго: чуть позже выйдут старшие процессоры Snapdragon X Elite, у которых уже не одно, а два ядра держат частоты на 800 МГц выше.
Теперь о проблемах. Свежие Snapdragon X Elite — это SoC или система на чипе. Оперативная память, встроенная графика, контроллер ввода и вывода — часть процессора, а не отдельные компоненты, разбросанные по материнской плате, как у x86-й архитектуры.
Плюс в том, что уменьшается энергопотребление, сигнал идет по короткому пути. Но есть минус — никаких апгрейдов, поэтому имеет смысл сразу выбирать ноутбук побыстрее. Нарастить объем, например оперативной памяти, не выйдет.
Но это мелочи, а основная загвоздка в другом — совместимости приложений. Работа софта сильно зависит от кода. Если это x86, то программа либо вообще не стартует, либо запускается в режиме эмуляции. Так производительность падает: в одних случаях на 10%, в других — на 40%, но несмотря на это Snapdragon все равно обгоняет аналоги Intel и AMD.
С играми примерно та же картина: Helldivers 2, Call of Duty MW3, F1 2024, Fortnite и PUBG пока не заводятся. С другой стороны, есть Shadow of the Tomb Raider, Counter-Strike 2, Overwatch 2, Baldur’s Gate 3, DOTA 2, Hitman, Minecraft, Rainbow Six Siege и Rocket League, с которыми все нормально.
Хорошо и с рабочими приложениями. Уже сейчас нативно поддерживаются Word, Excel, Acrobat, Lightroom, Photoshop и DaVinci Resolve, то есть вся необходимая база. В будущем список расширят: заявлены релизы Premiere, Illustrator, After Effects и так далее.
Перспективы RISC
RISC — перспективная платформа, и если она будет так быстро развиваться, у Apple появится опасный конкурент, а Intel с AMD придется срочно что-то придумывать, иначе они рискуют остаться вне игры.
Интересно еще вот что: доберется ли RISC-архитектура до настольных компьютеров? Было бы неплохо, так как конкуренция — всегда хорошо, потому что в конечном итоге от этого выигрывают потребители.