Chip Apple M3 vs. Antecessores

A Apple apresentou os primeiros dispositivos baseados em chips M3 em 31 de outubro de 2023. A família dos mais recentes SoCs Apple Silicon inclui os modelos M3, M3 Pro e M3 Max, que representam uma versão aprimorada do M2 chip, com mais transistores, arquitetura renovada e otimizações no uso de memória.

Durante o evento Scary Fast no final de outubro passado, a Apple também apresentou o novo MacBook Pro com chip M3, que oferece GPU de ultra-desempenho, CPU poderosa e suporte para até 128 GB de memória. Os técnicos da empresa liderada por Tim Cook também deram destaque ao novo iMac 24″: também construído em torno do chip M3, que oferece desempenho até 2x melhor que o modelo da geração anterior com chip M1.

Mas quais são os principais? diferenças entre os chips M3 e os SoCs das gerações anteriores, M1 e M2?

Apple Silicon: diferenças entre chips M3 e SoCs M1/M2

Uma das diferenças mais óbvias entre os SoCs Apple M3 e os da geração anterior está no tamanho do cluster. Enquanto os chips M1 e M2 organizam o núcleo da CPU em clusters de 2 ou 4 unidades, os chips M3 (especialmente M3 Pro e M3 Max) apresentam clusters de 4 ou até 6 núcleos. Essa escolha traz consigo uma série de avaliações a serem feitas na hora de escolher o chip mais adequado às necessidades específicas de cada usuário. O gerenciamento de threads por parte do macOS, dependendo da prioridade, torna-se crucial e influencia tanto o desempenho quanto o consumo de energia.

Os técnicos da"The Eclectic Light Company"desenvolvem algumas soluções, como o software Viable, que permite rodar máquinas virtuais no macOS Apple Silicon. Desta vez, os especialistas se concentraram em uma primeira análise do comportamento e das alterações feitas no os chips M3 dos engenheiros da Apple.

Núcleo E: frequências e prioridades

Os núcleos E no M3 Pro apresentam melhorias em termos de frequência máxima, atingindo 2.748 MHz em comparação aos 2.064 MHz dos M1s. No entanto, o gerenciamento de frequências durante a execução de threads de baixa prioridade parece diferente: os núcleos E do M3 Pro funcionam a 744 MHz, uma frequência significativamente mais baixa do que os 972 MHz do M1 Pro. A prioridade dos threads torna-se, portanto, um fator determinante no desempenho: os núcleos E, de fato, gerenciam as tarefas consideradas de alta prioridade em sua frequência máxima.

No geral, os núcleos E do M3 parecem semelhantes aos do M1, mas têm uma frequência máxima mais alta e funcionam em uma velocidade de clock mais baixa para atividade em segundo plano.

Core P: Frequências mais altas e melhorias de desempenho

As diferenças no core P são evidentes, com o M3 Pro atingindo uma frequência máxima de 4.056 MHz em comparação com os 3.228 MHz do M1. Isso se traduz em melhorias significativas nos cálculos envolvendo números inteiros e de ponto flutuante. O salto em termos de desempenho pode ser reconhecido, em especial, nas operações vetoriais utilizando NEON ou na biblioteca Speed ​​up da Apple.

NEON é um conjunto de instruções do tipo SIMD (Instrução Única, Dados Múltiplos) projetado pela ARM, a arquitetura na qual os chips Apple Silicon são baseados. As instruções SIMD permitem executar a mesma operação em vários dados simultaneamente, melhorando significativamente o desempenho em operações com uso intensivo de dados, como aquelas envolvidas em computação vetorial e processamento gráfico.

A arquitetura NEON aprimorada incorporada nos núcleos do processador do chip M3 provou ser uma força motriz por trás dos recursos otimizados de computação vetorial e da execução perfeita de tarefas multimídia, incluindo processamento de imagem, renderização gráfica 3D e decodificação de vídeo.

A biblioteca Accelerate da Apple fornece um conjunto de funções altamente otimizadas para realizar operações complexas e com uso intensivo de cálculos em dados numéricos. Essas funções são escritas em linguagem Assembly e altamente otimizadas para aproveitar ao máximo os recursos de hardware dos chips Apple.

O desempenho dos núcleos P e E no tratamento de altas cargas de trabalho

Levando em consideração as melhorias notáveis ​​no processamento vetorial exibidas pelos núcleos M3, vale a pena notar que esses novos chips exibem padrões comportamentais distintos quando submetidos a uma carga de trabalho pesada.

Para avaliar seu desempenho, “The Eclectic Light Company” utilizou o utilitário AsmAttic, que consiste em vários loops aninhados realizando cálculos de ponto flutuante exclusivamente nos registros do processador, sem envolver qualquer acesso à memória. Durante esta avaliação, cada thread individual executou aproximadamente 200 milhões de iterações de instruções de montagem, resultando em um teste de estresse exaustivo em todos os núcleos disponíveis, com cada um atingindo uma taxa de utilização máxima de 100%.

Taxa de transferência de núcleos P

Ao examinar a representação visual inicial aqui apresentada, notamos os fenômenos subsequentes como segue:

-Para o M1 Pro (linha vermelha) o comportamento é quase perfeitamente linear, com cada thread ocupando completamente um núcleo por um período de 1,3 segundos. -No caso do M3 Pro (linha preta) os primeiros 6 threads são executados nos núcleos P, depois em um número crescente de núcleos E. O relacionamento é bastante linear até 6 threads, com tempo significativamente menor que no M1 Pro.

Os resultados demonstram que quando há entre seis e oito threads ativos, ambos os conjuntos de núcleos têm desempenho semelhante, sugerindo que os núcleos E do Apple M3 Pro são comparáveis ​​em termos de eficiência aos núcleos P encontrados no Apple M1 Pro.

Taxa de transferência do núcleo E

O gráfico a seguir ilustra o desempenho de threads de baixa prioridade nos processadores Exynos M1 e M3, com uma comparação entre suas respectivas configurações dual-core.

-Para o M1 Pro (linha vermelha), a frequência dos núcleos E aumenta ao executar um segundo thread, explicando a ligeira variação no tempo total de 1 para 2 threads. No entanto, com mais de 2 threads, os threads subsequentes são enfileirados e o desempenho é prejudicado. -Para o M3 Pro (linha preta), os 6 núcleos E têm o triplo da capacidade de lidar com threads em segundo plano. Embora sejam executados mais lentamente, eles lidam com até 6 threads. Acima desse número, os threads são automaticamente enfileirados e o tempo necessário para concluí-los aumenta mais rapidamente.

Conclusões

A avaliação revela tendências discerníveis na execução dos núcleos P e E, conforme exibido por testes realizados utilizando software como o AsmAttic. Os modelos M3 Pro demonstram um aumento acentuado na eficiência ao executar vários threads, utilizando uma combinação de núcleos P e E superior à da série M1.

Concluindo, a transição para chips M3 representa um passo significativo na evolução da linha Apple Silicon. As diferenças nos tamanhos dos clusters, nas frequências principais e nas melhorias de design resultam em uma melhor experiência do usuário. No entanto, o impacto real nos cenários do mundo real exigirá análises e testes mais aprofundados.

Ao olharmos para o futuro, será intrigante observar como a Apple aprimora a otimização da integração hardware-software para alcançar níveis ainda maiores de desempenho excepcional.

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primeira análise de comportamento e mudanças , relatado nesta página,