Applen M6-siru: 2 nm, suorituskyky ja rajoitukset nyt

Applen uusissa Mac mini- ja MacBook Pro -malleissa käytettävä M6-siru edustaa 2 nanometrin valmistussukupolvea. Se parantaa yksiydinsuorituskykyä ja energiatehokkuutta, mutta Apple on samalla tietoisesti rajoittanut muistiväylän leveyttä ja yhtenäismuistin enimmäismäärää. Tuloksena on teknisesti kunnianhimoinen siru, jonka tehtävänä on myös ylläpitää Mac-malliston tuotesegmentointia.

2 nanometrin valmistusprosessi ja transistorirakenne

M6 käyttää 2 nanometrin valmistussukupolvea, jossa nimitys kuvaa pikemminkin valmistusprosessin sukupolvea kuin transistorien kirjaimellista kokoa. Macworldin teknisen arvion mukaan M6-piisirun pinta-ala on noin 142 neliömillimetriä. M5:n pinta-alaksi arvioidaan noin 157 neliömillimetriä ja M1:n noin 119 neliömillimetriä. Korkeampien kellotaajuuksien ja pienemmän vuotovirran saavuttamiseksi Apple ja TSMC ovat siirtyneet FinFET-transistoreista GAAFET-tekniikkaan, jossa ohjausportti ympäröi kanavaa neljältä sivulta aiemman kolmen sijaan. Muutos vähentää mikroskooppista vuotoa, parantaa jännitevakautta ja auttaa prosessoria ylläpitämään korkeita kellotaajuuksia pienemmällä virrankulutuksella.

• Valmistus: TSMC:n 2 nanometrin sukupolvi
• Transistorirakenne: GAAFET (portti koko kanavan ympärillä)
• Piisirun pinta-ala: ~142 mm2 (Macworld)
• Suurin yhtenäismuisti: 32 GB
• Muistiväylä: 128-bittinen (sama kuin M1-aikakaudella)

Kolmitasoinen CPU-rakenne, välimuisti ja muistikonfiguraatiot

Apple uudisti M6:n CPU-arkkitehtuurin kolmitasoiseksi ydinrakenteeksi. Kokoonpanoon kuuluu kaksi erittäin suorituskykyistä ”superydintä”, neljä suorituskykyydintä ja kuusi tehokkuusydintä, eli yhteensä 12 prosessoriydintä. Superytimet voivat yltää jopa 4,78 GHz:n kellotaajuuteen, suorituskykyytimet noin 4,5 GHz:iin ja tehokkuusytimet toimivat noin 2,94 GHz:n taajuudella. Apple poisti edelliseen sukupolveen verrattuna kaksi superydintä ja lisäsi neljä suorituskykyydintä. Ratkaisu kasvattaa moniydinsuorituskykyä ilman, että yksiytiminen huippusuorituskyky kärsii.

Välimuisti- ja muistirakennetta on säädetty tukemaan suurempaa aktiivisten ytimien määrää. Järjestelmätason välimuisti (SLC) säilyy 16 megatavussa ja on jaettu koko sirun kesken. Super- ja suorituskykyklustereiden jaettu L2-välimuisti kasvoi 16 megatavusta 20 megatavuun, jotta kuusi aktiivista keski- ja korkeimman suorituskykyluokan ydintä saadaan ruokittua aiemman neljän sijaan. Superytimillä on edelleen oma 1,5 megatavun yksityinen välimuisti. Kuusi tehokkuusydintä on ryhmitelty oman klusterivälimuistinsa ympärille, ja niissä on sirulle integroitu matriisikiihdytin (AMX) kevyitä laskenta- ja pieniä tekoälytehtäviä varten ilman suurten ytimien herättämistä.

Apple tarjoaa eri muistikonfiguraatioissa myös eri muistinopeuksia. 16 GB:n kokoonpanoissa muistikaistanleveys on noin 153 GB/s, sama kuin M5:n vastaavissa versioissa. Nopeammalla muistilla varustetuissa 24 GB:n ja 32 GB:n kokoonpanoissa huippukaistanleveys voi nousta jopa 170 GB/s:iin. Taustalla oleva muistiliitäntä pysyy kuitenkin 128-bittisenä väylänä, jonka Apple on pitänyt ennallaan M1-sukupolvesta lähtien.

Vertailut, GPU, neuraalimoottori ja päivityssuositukset

Riippumattomat testit osoittavat M6:ssa merkittäviä parannuksia, mutta paljastavat myös sen rajoitukset. Notebookcheckin Geekbench 6.7 -tuloksissa M6:lla varustettu Mac mini saavutti yhden ytimen testissä 4 698 ja moniydintestissä 21 302 pistettä. M5:n vastaavat tulokset olivat 4 326 ja 18 054 pistettä, kun taas M4 saavutti 3 655 ja 15 128 pistettä. M6 on siten noin 8,6 prosenttia nopeampi yhden ytimen testissä ja noin 18 prosenttia nopeampi moniydinsuorituskyvyssä kuin M5. Notebookcheckin Cinebench 2024 -tuloksissa M6 saavutti yhden ytimen testissä 221 ja moniydintestissä 1 468 pistettä, kun M5:n tulokset olivat 200 ja 1 172. Parannukset ovat vastaavasti noin 10,5 ja 25,3 prosenttia. Notebookcheck mittasi M6:n yhden ytimen energiatehokkuudeksi noin 15,2 Cinebench-pistettä wattia kohti, kun M5 saavutti 13,1 pistettä.

Myös grafiikka- ja tekoälyominaisuuksia on päivitetty. Integroitu GPU kasvaa 10 ytimestä 12 ytimeen. Applen ja riippumattomien testien mukaan grafiikkasuorituskyky paranee noin 30 prosenttia M5:een verrattuna ja lähes 80 prosenttia M4:ään verrattuna laskennallisesti rajoittuneissa työkuormissa. Simuloiduissa pelitesteissä 18 watin GPU-virrankulutuksella M6:n GPU tarjoaa Intel Arc B390 -integroidun grafiikkaohjaimen tasoista suorituskykyä ja päihittää näissä testeissä Qualcommin Adreno-luokan tulokset.

Apple kaksinkertaisti neuraalimoottorin hieman eri tavalla kuin lisäämällä yhden suuremman lohkon. M6 sisältää kaksi 16-ytimistä neuroyksikköä, joilla kummallakin on oma välimuisti ja joita koordinoi keskitetty ohjain. M5:ssä käytettiin yhtä 16-ytimistä moottoria. Applen mukaan paikalliset tekoälytehtävät 14-tuumaisessa MacBook Prossa voivat olla jopa 25 prosenttia nopeampia kuin M5:llä, ja kaksoisneuraalimoottori voi olla joissakin työkuormissa jopa 1,9 kertaa M5:tä nopeampi. Käytännön inferenssitesteissä kvantisoiduilla malleilla M6-kokoonpano oli noin 35 prosenttia M5:tä ja noin 20 prosenttia vertailussa mainittua M5 Prota nopeampi.

Parannuksista huolimatta M6 ei ole kaikissa tilanteissa ylivoimainen. Joissakin Geekbench 6.7:n moniydintesteissä Qualcomm Snapdragon X2 Elite Extreme voi päihittää M6:n tietyissä skenaarioissa. Merkittävämpi rajoite on kuitenkin 128-bittinen muistiväylä ja 32 GB:n yhtenäismuistin enimmäismäärä, jotka rajoittavat jatkuvaa läpivirtausta rinnakkaisissa CPU-, GPU- ja neuraalilaskentakuormissa. Kun prosessoriytimet, 12-ytiminen GPU ja kaksoisneuraalimoottori tarvitsevat samanaikaisesti pääsyä jaettuun muistikanavaan, rajallinen kaistanleveys voi muodostua pullonkaulaksi suurille tekoälymalleille, monimutkaisille videoaikajanoille ja muille paljon dataa käsitteleville tehtäville. M6 on siis suunniteltu tarjoamaan vahvaa paikallista suorituskykyä tavanomaisissa työnkuluissa, kun taas suurta kaistanleveyttä ja muistimäärää vaativat tehtävät ohjataan Applen Pro- ja Max-siruille.

Päivitystä harkitseville käyttäjille siirtymä M1- tai M2-aikakauden Maceista M6-järjestelmään tarjoaa selvän sukupolviloikan yksisäikeisessä suorituskyvyssä, grafiikassa ja lämmönhallinnan tehokkuudessa. M4- tai M5-mallien omistajat saavat M6:ssa merkittäviä arkkitehtonisia parannuksia, mutta käytännön hyöty riippuu siitä, rajoittaako muistikaistanleveys heidän työkuormiaan. Apple on tietoisesti pitänyt muistiliitännän kapeana erotellakseen tuotekategoriat ja ohjatakseen ammattilaiskäyttäjiä kalliimpiin siruihin, joissa on leveämmät muistiväylät.