Analyse

Steve Jobs’ letzter Schachzug: Das müsst ihr über Apples M1-Chip wissen

Apple M1. (Bild: Apple)

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Mit dem M1-Chip hat Apple eine neue Ära für seine Macs und Macbooks eingeläutet, um Intel-Prozessoren den Rücken zu kehren. Was kann der neue Chip schon – und was noch nicht?

Nach 15 Jahren Intel-Macs mit X86-Architektur hat Apple mit seinem ersten M1-Chip das Ende einer Ära eingeläutet. Bis 2022 sollen alle Macs und Macbooks auf eigenen ARM-Prozessoren laufen. Damit verfolgt der Konzern den gleichen vertikalen Ansatz, wie schon mit iPhones, iPads und den Apple Watches. Apple erhält auf diesem Weg mehr Kontrolle über Hard- und Softwareentwicklung und macht sich unabhängiger von Hardwarepartnern, die die Entwicklung womöglich ausbremsen könnten.

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Laut Apples Marketing-Chef Greg Joswiak ist der Plattformwechsel der Macs noch ein Relikt aus den Zeiten des 2011 verstorbenen Apple-Mitgründers Steve Jobs. In einem Interview mit Om Malik erklärte Joswiak: „Steve pflegte zu sagen, dass wir das ganze ‚Ding‘ (engl. full widget) machen. Wir stellen das gesamte Zeug für alle unsere Produkte her, vom iPhone über die iPads bis hin zur Uhr. Dies [die eigenen Prozessoren] war das letzte Element bei der Entwicklung für den Mac.“

Mit dem ersten Mac-Chip aus eigener Produktion hat Apple nun den „full widget“ vollzogen. Schon das erste Modell aus eigener Entwicklung legt massive Sprünge in Sachen Leistung und Laufzeit im Vergleich zu Intel-Chips hin. Doch gibt es auch noch einige Einschränkungen. Das gibt es Folgendes zu wissen.

Was steckt in Apples M1-Chip?

Der M1-Chip, der wie Apples A14-Bionic-Chip im Fünf-Nanometer-Verfahren gefertigt wird, verfügt über acht CPU-Kerne, die in vier Performance- (Firestorm) und vier Effizienz-Kerne (Icestrom) unterteilt sind. Zudem besitzt der Chip eine Grafikeinheit (GPU) mit bis zu acht Kernen. Insgesamt bestehe das M1-System-on-a-Chip (SoC) aus 16 Milliarden Transistoren: Neben CPU und GPU sitzen eine Neural Engine, I/O inklusive Thunderbolt, der T2-Sicherheitschip und der Arbeitsspeicher auf dem Package. Die 16-kernige Neural-Engine, die Machine-Learning-Kapazitäten beschleunigen soll, erziele bis zu elf Billionen Operationen pro Sekunde, so Apple. Bei Macs mit Intel-Prozessor waren RAM, I/O und T2-Chip noch separat auf das Mainboard gelötet.

M1: Apples erster ARM-Chip für Macs ist da. (Screenshot: Apple/t3n)

Im Zuge des Apple-Events am 10. November 2020 warf Apple bei der Vorstellung des M1 mit vielen Superlativen um sich: Es seien die schnellsten CPU-Kerne im Segment der Niedrig-Energie-Chips der Welt verbaut, hieß es. Auch die integrierte Grafikeinheit mit ihren acht Kernen sei die schnellste integrierte GPU der Welt, erklärte Apple stolz.

Laut Apple liefert der M1-Chip eine 3,5-mal so hohe CPU-Leistung pro Watt wie die bisher von Intel gefertigten Vorgängersysteme. Das bedeutet, dass der Prozessor eine merklich höhere Performance bei geringerer Akkubeanspruchung liefern soll. Ebenso leistungsstark sei die integrierte GPU mit ihren bis zu acht Kernen, die bis 128 Execution-Units (16 pro Kern) und bis zu 25.000 Threads gleichzeitig ausführen und 2,6 Teraflops bei zehn Watt Leistung erreichen können soll.

Wie steht es nun um die Leistung?

Macbook Pro 13 Zoll mit M1-Chip (Foto: t3n)

Erste Benchmarks und Tests des Macbook Pro und Air mit M1-Chip deuten auf eine ausgezeichnete Leistung des ARM-Prozessors hin. Das Einsteiger-Macbook Air übertrumpft sogar das über 1.000 Euro teurere Macbook Pro 16 mit Intels Core-i9-Prozessor, was durchaus beeindruckend ist. Trotz der höheren Leistung verspricht Apple darüber hinaus eine längere Laufzeit. Dank der energieeffizienten ARM-Chips sollen statt bis zu zehn Stunden mit Intel nun bis zu 20 Stunden bei gleicher Batteriekapazität möglich sein. Hier scheint Apple auch seine Versprechen einzuhalten, wenn man die ersten Testberichte liest. So sind bis zu 15 Stunden möglich, sofern man seine Finger von X86-Versionen von Chrome und Slack lässt, die schon auf Intel-Rechnern als Stromfresser gelten. Google hat seinen Chrome-Browser derweil schon für den M1-Chip optimiert. Das gilt auch für viele andere namhafte Softwareanwendungen wie Adobe Photoshop (Beta), Microsofts 365-Suite, Pixelmator Pro 2.0, Affinity-Suite und viele mehr.

Inkompatible Software? Rosetta 2 to the rescue

Noch nicht nativ unterstützte Anwendungen laufen auf den Rechnern überwiegend dennoch, da Apple mit Rosetta 2 eine Art Übersetzungs-App anbietet. Mit dieser wird die Anwendung beim Start für die ARM-Plattform kompatibel gemacht. Im Unterschied zu Microsofts Emulatorlösung für die Windows-on-ARM-Rechner wie das Surface X Pro handelt es sich bei Rosetta 2 um ein Übersetzungswerkzeug. Das bedeutet, dass die Anwendungen einen Tick länger brauchen, um gestartet zu werden, aber sobald sie einmal laufen, werden sie einfach ausgeführt, erklärt Dieter Bohn in seinem Test des Air mit M1. Auf Inkompatibilitäten sei er in seiner Testphase nicht gestoßen. Das bedeutet aber nicht, dass alle Anwendungen problemlos laufen. Unter anderem könnte es Probleme mit Open-Source-Anwendungen wie etwa Docker geben. Schaut man sich allerdings an, in welchem Tempo Entwickler ihre Apps links und rechts anpassen, kann davon ausgegangen werden, dass der Transitionsprozess zu Apples neuer Mac-Architektur nahezu reibungslos und schnell über die Bühne gehen dürfte.

Nicht zu vergessen: Selbst iOS- und iPad-Apps sind dank der identischen Chip-Architektur mit den neuen Macs kompatibel. Sie lassen sich nativ ausführen.

RAM: Arbeitsspeicher des M1-Chips nicht erweiterbar – mehr als 16 GB sind nicht drin

RAM: CPU und GPU teilen sich den Arbeitsspeicher des M1-Chips. (Screenshot: Apple/t3n)

Apples erster Chip auf ARM-Basis, so vielversprechend er in Sachen versprochener Laufzeit und Leistung klingt, hat auch ein paar Nachteile, die vor allem Nutzer mit hohen Ansprüchen an ihre Rechner von einem Kauf abhalten dürften. Denn dadurch, dass der Arbeitsspeicher auf dem SoC verortet ist, kann er nicht mehr erweitert werden. Ferner bietet Apple seine ersten M1-Macs mit acht respektive maximal 16 Gigabyte RAM an.

Das ist indes noch zu verschmerzen, da Apple bislang nur seine Einsteiger-Mac-Modelle mit dem neuen Chip anbietet. Bis Ende 2022 will der Hersteller allerdings seine komplette Gerätepalette auf die eigene Prozessorarchitektur bringen. Bis dahin werden Macs und Macbooks für höhere Ansprüche weiterhin mit Intel-Prozessoren und mit bis zu 256 Gigabyte RAM verkauft – bei den Macbooks ist bei 64 Gigabyte Schluss. Auch der Mac Pro mit Intels Serverprozessoren und bis zu 1,5 Terabyte RAM wird bis auf Weiteres nicht ersetzt. Es ist zudem davon auszugehen, dass künftige Mac-Modelle mit M1-Chip erweiterbaren RAM bieten.

GPU-Leistung des M1-Chips eingeschränkt

Auch wenn die GPU-Leistung des M1-Chips besser als die des Vorgängermodells ist und laut Apple auch die integrierten Grafikchips der Konkurrenz – wie die neue Iris Xe MAX dGPU – übertreffe, die etwa 2,5 Teraflops erzielen soll: An dedizierte Grafikeinheiten kommt sie nicht heran.

Im Macbook Pro, dem iMac Pro und dem Mac Pro verbaut Apple AMD-GPUs, wie die Radeon Pro 5600M mit bis zu acht Gigabyte Speicher (Macbook Pro 16), oder die Radeon Pro Vega 64X mit 16 Gigabyte HBM2 Grafikspeicher. Mit diesen Grafikeinheiten sind bis zu elf Teraflops möglich. Apples Mac Pro kann derweil bis zu Radeon Pro Vega II Duo – also insgesamt vier Grafikkarten – aufnehmen, die zusammen bis zu 56,6 Teraflops erzielen können. Ob Apple diese Leistung jemals mit seinen Grafikeinheiten erzielen wird, bleibt abzuwarten.

Wer nun denkt: „Nicht schlimm, dann nehme ich halt eine externe GPU“, wird enttäuscht. Denn nach aktuellem Stand (16. November 2020) bietet Apple für seine M1-Chip keine Möglichkeit, eGPUs mit den ersten ARM-Macbooks zu verbinden. Ob sich das jemals ändern wird, ist unklar – offiziell geäußert hat Apple sich dazu nicht.

M1-Anschlüsse: USB 4, aber kein Thunderbolt 4

Auch bei den Anschlüssen ist der M1-Chip noch nicht ganz auf Intel-Niveau: So scheinen nicht mehr als zwei USB-C-Ports mit USB 4 und Thunderbolt 3 möglich zu sein. Sowohl bei den Macbooks als auch dem Mac Mini bietet Apple nur diese Anzahl an USB-C-Ports.

Schaut man genauer auf die Daten zu USB 4, so zeigt sich, dass Apple keine vollausgebauten USB-4-Anschlüsse mit 20 respektive 40 Gigabit pro Sekunde integriert hat. Stattdessen steckt in den M1-Macs nur USB 3.1 Gen 2 mit Thunderbolt 3, was als USB 4 Gen 2 x 1 definiert wurde. Das bedeutet, dass Datenraten per USB-C mit bis zu zehn Gigabit pro Sekunde übertragen werden können – nur Peripheriegeräte mit Thunderbolt 3 schaffen die versprochenen 40 Gigabit pro Sekunde.

Das sind die vier verschiedenen USB-4-Klassen:

  • USB4 Gen 2 x 1 – 10 GBit/s – Kompatibilitätsmodus zu Gen 3.2 Gen 2
  • USB4 Gen 2 x 2 – 20 Gbit/s – Kompatibilitätsmodus zu Gen 3.2 Gen 2 x 2
  • USB4 Gen 3 x 1: 20 Gbit/s
  • USB4 Gen 3 x 2: 40 Gbit/s

Aktuell und auf dem aktuellen technischen Stand ist das integrierte WLAN-Modem, das Wi-Fi 6 unterstützt. Das ist aber auch bei Intels neuer Tiger-Lake-Generation der Fall. Apples Macbooks mit Intel-Prozessor bleiben jedoch auf Wi-Fi 5, auch bekannt als 802.11 ac.

Apples M1-Chip ist nur der Anfang der Reise

Apple sagte schon im Zuge der WWDC 2020, dass der Wechsel von Intel zur eigenen Chiparchitektur zwei Jahre in Anspruch nehmen werde. Damit implizierte der Hersteller schon im Juni die Arbeit an einem breiteren Spektrum an Chips mit vielen Leistungsstufen bis hin zum Mac Pro; denn auch wenn der der M1-Chip durchaus leistungsstark ist, für Profianwender mit hohen Ansprüchen reicht er nicht aus.

Wirft man einen Blick auf die erste Generation des Desktopchips, können wir uns auf spannende zwei Jahre gefasst machen, in denen Apple immer und immer wieder neue Leistungsrekorde brechen könnte. Das dürfte nicht nur für die CPUs, sondern auch die Grafikeinheiten gelten, die der Konzern ebenfalls selbst entwickelt.

Konkrete Details zu seinen künftigen Chip-Plänen hat Apple nicht geäußert, glaubt man aber den Informationen, die an den Bloomberg-Reporter Mark Gurman herangetragen wurden, arbeitet Apple bereits an insgesamt drei verschiedenen Prozessormodellen mit bis zu zwölf Kernen. 2021 dürfte aus Mac-Perspektive ein außerordentlich spannendes Jahr werden.

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9 Kommentare
TAM Akademie
TAM Akademie

Aus Unternehmerischer Sicht ist dieser Schachzug ein Paradebeispiel für Effectuation!

Apple hat sich gefragt: Welche Ressourcen habe ich und was könnte ich damit großes Erreichen? Langfristig könnte dieser Schritt Apple nochmal um ein vielfaches wertvoller machen und Unternehmen wie Intel, AMD und Co. tatsächlich ein wenig einheizen!

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Michael
Michael

Wie kommt ihr auf die Idee, dass MacBooks Pro erweiterbare Speicher (RAM) haben wird. Das macht bei der ARM Technologie überhaupt keinen Sinn, da die Speicher Anbindung direkt im Chip viel, viel schneller ist Zudem wird der Speicher (RAM) in Chip effizienter genutzt, auch für GPU Einheiten.
Gerüchten zu folge sollen SoC mit 12 und 16 Kernen folgen. Ab 2022 sollen die SoCs in 3 Nanometern gefertigt werden. Wenn man den M1 sieht (Low Budget Einsteiger Model), dann kann man die kommende Leistung erahnen. Vorausgesetzt Apple setzt seine Pläne so um.
Wie viel RAM man benötigt wird man beim Kauf entscheiden müssen. Bei all den Vorteilen welche ARM SoCs bieten finde ich nicht, dass dies ein Drama wäre.

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Andreas Floemer

Die Aussagen sind rein spekulativ. Gerade Besitzer eines Mac Pro dürften den Anspruch haben, ihre Rechner selbst zu erweitern. Ob Apple das umsetzen wird oder überhaupt kann , bleibt abzuwarten.

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Besser wisser
Besser wisser

Billion in English = Milliarden auf deutsch

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Andreas Floemer

Apple spricht aber von 11 trillion operations >> übersetzt elf Billionen.

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Rudi Ell
Rudi Ell

„billion“ ist mal wieder falsch übersetzt:
1 billion ist eine Milliarde!

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macbauso
macbauso

Ja ein guter Schachzug der letztlich dazu führt, das sich die „stickiness“ für das Apple Universum noch erhöht. Einmal Apple immer Apple.

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Peter
Peter

Erstens handelt es sich bei dem oben angeführten Intel Iris Xe Max um einen dezidierten Grafikchip, der zusätzlich zur integrierten Intelgrafik verbaut wird und trotz der zusätzlichen 20 Watt Leistungsaufnahme, die noch sich noch zur CPU, zum Chipsatz und RAM hinzuaddieren, und die bei Intel meistens ohnehin nur am Papier gültig sind, bleibt diese Lösung noch immer deutlich hinter dem Apple M1, der für sein gesamtes System on Chip gerade einmal 10 bis 20 Watt benötigt.
Und einem passiv kühlbaren SoC der niedrigsten Stromverbrauchsklasse vorzuwerfen, der sowohl mit diskreten Grafikkarten mithalten kann, allerdings hier „nur“ das Niveau der Einstiegsklasse erreicht, die für sich genommen schon das 5 bis 8 fache an Strom aufnehmen, grenzt schon an Ignoranz oder schlicht Ahnungslosigkeit. Die M1 Grafik ist mit Sicherheit schneller als 90% aller bisher verwendeten eGPU Lösungen am Mac, die alleine der bisher unterirdischen Leistung der integrierten Intelgrafik geschuldet waren.

Zweitens wird Apple ebensowenig wie AMD niemals den Thunderbolt 4 Standard unterstützen, da sie sich von Intel weder die Mindestanzahl an Ports vorschreiben lassen, noch sich die Intel eigene Verschlüsselung aufzwingen lassen. Und aus welchen Gründen sollte der M1 nicht USB4 mit 40 Mbit unterstützen, wenn sich dieser Standard weitgehend an Thunderbolt 3 orientiert und dieser von Apple voll unterstützt wird. Einzig und allein USB 3.2 mit 20 Gbit wurde weggelassen, weil es sich hier ohnehin um eine bisher kaum verwendete und damit exotische Lösung handelt, die ab USB 4 mit 40 Gbit endgültig überflüssig wird.

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oush
oush

eine outgesourcte produktion ist für mich nicht selbst herstellen?!

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