Qualcomm: "Övergång till ARM för PC är oundviklig"

Inget av det där är något Arm eller Apple sagt något om officiellt.

Det mesta pekar på att Apple hade en vision som bl.a. krävde en nydesignade ISA. Apple kom överens med Arm att de skulle ta fram denna ISA. Men det är spekulation/gissningar.

Även om Apple kom med kraven var det i slutändan Arm som faktiskt skapade en ISA som uppfyllde dessa krav. Det är definitivt ingen enkel uppgift givet att ingen ISA som designats innan har varit så konsekvent lika-bra-eller-bättre på näst intill allt.

Enda som ARM64 (specifikt ARMv8) inte riktigt kan matcha x86_64 på är SIMD. Tog Intel rätt många försök, men med AVX fick Intel tillslut till något som fungerar riktigt bra. AVX har dock en stor svaghet, varje tillägg måste göras i väldigt många varianter (8, 16, 32, 64 bit-lanes samt 128, 256 och numera 512 bit SIMD-bredd) så antalet instruktioner är redan astronomiskt!

Arms NEON är långt mer ortogonal i sin design, men den har ändå flera begränsningar. Största är att det egentligen inte finns något vettigt sätet att ha mer än 128-bitars SIMD-lanes. Mycket pekar på att även det kommer lösas, ARMv9 (vilket är det Qualcomm kommer använda och ryktet säger att Apple byter till nästa generation) introducerar SVE2 (”AVX-512 done right”).

Likt hur Arm samarbetade med Apple kring grundläggande ARM64 har man nu jobbat med Fujitsu runt designen av SVE/SVE2. Det verkar ju lovande givet att världens snabbaste superdator är ARM64/SVE baserad och än idag (mer än ett år efter introduktionen) är den en rejält bit framför näst snabbaste superdatorn.

Och oavsett vem som gjort vad, det viktiga är just att ARM64 är en långt bättre ISA än x86_64. Allt annat lika kommer saker köras mer effektivt på ARM64. Handlar inte bara om mer effektivt att köra program, går även fortare att kompilera saker till ARM64 då designen är så mycket bättre att det är optimeringar blir enklare att göra!

Jämför istället A14 och A15 och vänta in M2. Då behöver du inte längre känna någon oro

Det kan vara så att du problematiserar något som inte är ett problem.
Först och främst: Alla arkitekturer gör ju kompromisser någonstans. x86 var definitivt inte "optimal" men IBM valde en plattform som gjorde kompromisser de var beredda att leva med just då. ARM64 är mer optimerad för vad datorer gör idag, och om ett decennium eller tre kommer våra datorer sannolikt göra ytterligare andra saker - eller liknande saker på andra sätt - där ARM64 rättmätigt förtjänar att bytas ut mot något ytterligare annat.

Att M1 Pro och Max inte höjt enkeltrådsprestandan jämfört med M1 ser du på namnet: Det är fortfarande M1-kretsar, men anpassade till högre I/O-behov. Nästa år får vi se hur M2-kretsarna uppför sig i enkeltrådad prestanda. Baserat på vad experterna säger om A15-kretsen (som är vad de kommer använda som bas) verkar de ha lyckats göra påtagliga förbättringar jämfört med A14/M1.

Jag sitter just nu på en M1 Max och kan säga att den gott och väl lever upp till mina behov och min kravbild för en PC: Jag sitter med tio kärnor varav två används för bakgrundsjobb (slösurfning, mail, indexering av sökbegrepp och bilder, etc) och de övriga åtta utan problem slår kärnorna i speldatorn som står bredvid mig här, både i enkel- och flertrådig prestanda när jag kompilerar kod eller leker med musik. Extrapolerat från liknande last verkar min 24-kärniga grafikdel (naturligt nog) vara märkbart snabbare än RX5500 XT-grafikkortet i min speldator, och SoC:n har förutom det dessutom stödkretsar som avlastar visst arbete som på min vanliga PC skulle ha utförts av processorn eller av grafikkortet. Allt detta i en maskin som inte ens behöver slå på strömmen till fläktarna om jag "bara" använder CPU-delen fullt ut i normala fall.

Med andra ord: Så länge M*-kretsarna i genomsnitt kan göra tillräckligt mycket mer per klockcykel än motsvarande x86-kretsar spelar det mindre roll om de ens är fysiskt kapabla att nå samma maximala frekvenser som de senare kretsarna. Men du har helt rätt: Intels enda chans för tillfället är att kräma på med effekt för att kompensera för ett mindre effektivt arbetsflöde.

Fast det är ju ännu en av fördelarna med M1:ans fantastiska prestanda per kärna: man kan även köra Electron-appar med riktigt fin prestanda

Nu tycker jag inte VS Code på något sätt är segt på Intel/AMD heller, det fungerar riktigt bra på M1. Av någon anledning verkar Apples CPU design älska det som trillar ur JS-motorerna, där är prestandafördelen över x86_64 väsentligt större än vad t.ex. GB5 visar.

Nog rätt "safe" att säga: x86/x86_64 har aldrig varit en optimal lösning. x86 "vann" dels på långt pris men antagligen väldigt mycket p.g.a. att Intel kunde utnyttja sitt övertag i tillverkningsteknik under mer än två decennier. Hade Intel tillverkat PowerPC eller MIPS skulle dessa har varit minst lika bra som x86. IBMs POWER har ju kunnat konkurrerat hyfsat med Intel trots att man i praktiken alltid haft ett underläge i tillverkningsteknik, när väl TSMC gick förbi var tyvärr POWER en rejäl nischspelare.

Vidare missar alla ISA innan ARM64 och RISC-V målet när det kommer till optimal design för multitrådade applikationer. x86_64 (och även SPARC) är allt för strikt, vilket lämnar prestanda på bordet. MIPS, PowerPC, m.fl. är endera inte tillräckligt strikt (det går att använda i språk som C++, Java m.fl. men rätt få fall där det är användbart) eller så blir det likt x86 för strikt. ARM64 och RISC-V designades efter man lurat ut hur det nog borde designats, så man kunde göra saker "just right".

Mobil-marknaden har varit extremt viktig för Arm, där var fördelarna med 32-bit Arm så stora mot x86 att Intel inte kunde konkurrera trots att de när de försökte hade en av de största försprången någonsin sett till tillverkningsteknik.

Denna video illustrerar delvis vilket katastrof Intel/AMD faktiskt är där perf/W är topprioritet. Intel ligger efter Apple både i benchmarks och "verkliga" applikationer, det "positiva" man kan säga är att avståndet är rätt konsekvent i applikationer/benchmarks samt vare sig man kör på nätdrift eller batteri. AMD klarar sig lysande i benchmarks, betydligt sämre i verkliga applikationer och är en total katastrof när man drar ur sladden (15 W är helt enkelt way to little för x86 med 8C/16T)...

Qualcomm är definitivt inte roliga att vara beroende av. Men videon ovan visar ändå varför Windows-användarna ändå bör hoppas på att Qualcomm/Nuvia får fram något riktigt bra ARM64 baserat för Windows: om inte annat borde det rimligen få andra att börja röra på sig också!

32-bit Arm har helt klart designbeslut som gjorde det svårt att skala upp CPUer med den ISAn till riktigt "breda" designer. Finns däremot inget som hindrar något att designa sådan CPUer med väldigt hög frekvens.

Hur högt man kan klocka något är överlägset mest beroende på mikroarkitektur. Om AMD eller Intel skulle ta sina nuvarande "stora" kärnor och smacka dit en ARM64 front-end skulle den klocka lika högt som man kan med x86_64. Däremot skulle inte perf/W öka i någon större utsträckning.

Perf/W skulle öka något då ARM64 ISA skulle ge något högre "effektiv IPC" (samma program tenderar ta något färre ARM64 instruktioner jämfört med x86_64 instruktioner + en långt större andel av ARM64 instruktionerna jämfört med x86_64 saknar globala sidoeffekter -> ger högre möjlighet till parallellism för back-end). Men det skulle fortfarande handla om 30-50 W per kärna vid frekvenser >5 GHz.

ARM64 har inget i designen som gör det mer lämpligt för mobiler än något annat. Skulle snarare säga att då det är enklare att göra extremt "breda" designer är den om något mer lämpade till server/datacenter/workstations än mobiler.

Apple har en microarkitektur som inte möjliggör speciellt hög frekvens. De har gått all-in för perf/W, optimala där är extremt "bred" design med kort pipeline. En kort pipeline medför högre IPC och mindre energi att köra saker, men det hindra också riktigt höga frekvenser!

Så som du skriver behöver jag bara dubbelkolla med dig: Menar du i jämförelse med om Apple gjort andra tekniska val eller är det din uppfattning att detta påstående är objektivt sant?

M1 har alldeles strålande singeltrådad prestanda, den är ju uppe och slåss med Intel/AMD som är klockade 50% högre (3.2GHz vs 5+GHz)

När M2 kommer, om de bara skrämmer upp samma chip de redan har till 4GHz så kommer de leda ligan igen, men de har ju redan visat att de har mer att komma med i A-serien, så de kommer utan större tveksamheter leda nästa gång också

Prestanda per watt är extremt viktigt, för det finns bara en begränsad strömbudget på ett moderkort och i rimliga formfaktorer som går att kyla smidigt. Och dessutom avgör det i stora drag hur mycket utrymme man har att ’slösa bort’ genom att klocka högre för bättre prestandatoppar

Det är ju främst i absolut prestanda de vinner, att de dessutom gör det vid så löjligt låg effekt/värme är bara förnedrande.

Det är bara stora kärnorna i Intels 12-serie som presterar högre än kärnorna i M1, och de är klockade så högt för att nå den prestandan att varje kärna drar avsevärt mer än hela M1 (basmodellen)

Skulle Apple släppa någon av M1 varianterna separat (för att bygga PC med) så skulle de vara bättre än det mesta på marknaden redan nu, inte i framtiden

Håller helt med om att ST-prestanda trumfar allt. 20-25 % eller mer ökad ST-prestanda är i en förkrossande majoritet av fallen långt mer värdefullt än 100 % mer peak MT-prestanda.

Grejen är att när M1 släpptes var det inte bara den överlägset mest effektiva CPU sett till perf/W, den släpptes när Intel fortfarande bara harvade med Skylake (och Tiger Lake fanns i.o.f.s. och den är helt OK) och AMD satt med Zen2. D.v.s i det läget hade Apple ST-tronen med minst 20 %.

"Balanserad" för Apple blir ju här: en CPU-design som fungerar ändå från Iphones ända upp till high-end desktop. Ett "problem" med Apples CPU-design är att deras "stora" kärnor är brutalt komplicerade. Ska de ha ekonomi i CPU-utvecklingen måste deras två spår (stora kärnor, Firestorm och senast Avalance, samt små kärnor, IceStorm och senaste Blizzard) kunna täcka allt.

Det är inte unikt. IBM, AMD och snart Qualcomm har ett spår, Intel och Apple kör två spår.

"Balanserad" betyder då att vid ~3 GHz måste de stora kärnorna dra tillräckligt lite för att kunna köras i en telefon (i A15 ökade man ändå från 2,9 GHz till 3,2 GHz hos de stora och 1,8 GHz till 2,0 GHz hos de små kärnorna). Apple lär inte nå 5 GHz i närtid, framförallt inte eftersom perf/W verkar tanka rejält både för Intel och AMD när de passerar 4 GHz och runt 5 GHz når de en vägg. Skillnaden mellan 4,9 GHz (max boost för 12600K) och 5,3 GHz (max boost för 12900K) är ju rätt löjlig. Zen3 drar till och med mer än 12900K när båda passerar 5 GHz-strecket.

Jag vill absolut ha huvudfokus på ST-prestanda (är lite besviken på M1 Pro/Max av den anledningen, framförallt då A15 ändå fick en liten ST-boost). Men för mig är perf/W också viktigt.