Bộ nhớ hợp nhất là gì và bạn cần bao nhiêu?

Năm 2020, Apple đã thực hiện một bước đi táo bạo; họ từ chối Intel và chuyển sang silicon độc quyền của họ để cung cấp năng lượng cho MacBook của họ. Mặc dù việc chuyển sang kiến ​​trúc ARM từ ngôn ngữ thiết kế x86 khiến nhiều người không khỏi ngạc nhiên, nhưng Apple đã chứng minh mọi người đã sai khi MacBook được cung cấp bởi silicon Apple cung cấp hiệu suất đáng kinh ngạc trên mỗi watt.

Theo một số chuyên gia, sự chuyển đổi sang kiến ​​trúc ARM là một lý do lớn giúp tăng hiệu suất / watt. Tuy nhiên, Kiến trúc bộ nhớ hợp nhất mới cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất của MacBook thế hệ mới.

Vậy, Kiến trúc bộ nhớ hợp nhất của Apple là gì và nó hoạt động như thế nào? Vâng, chúng ta hãy tìm hiểu.

Tại sao máy tính của bạn cần bộ nhớ?

Trước khi tham gia vào Kiến trúc bộ nhớ hợp nhất của Apple, điều cần thiết là phải hiểu tại sao hệ thống lưu trữ chính như Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) lại cần thiết ngay từ đầu.

Bạn thấy đấy, một bộ xử lý truyền thống chạy ở tốc độ xung nhịp 4 GHz trong quá trình tăng tốc. Ở tốc độ xung nhịp này, một bộ xử lý có thể thực hiện các tác vụ trong một phần tư nano giây. Tuy nhiên, các ổ đĩa lưu trữ, như SSD và HDD, chỉ có thể cung cấp dữ liệu cho CPU sau mỗi mười mili giây – tức là 10 triệu nano giây. Điều đó có nghĩa là trong khoảng thời gian từ khi CPU xử lý xong dữ liệu mà nó đang hoạt động và nhận được loạt thông tin tiếp theo, nó sẽ ở chế độ chờ.

Điều này cho thấy rõ ràng rằng ổ lưu trữ không thể bắt kịp tốc độ của bộ vi xử lý. Máy tính giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng các hệ thống lưu trữ chính như RAM. Mặc dù hệ thống bộ nhớ này không thể lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn, nhưng nó nhanh hơn nhiều khi so sánh với SSD — nó có thể gửi dữ liệu trong vòng 8,8 nano giây: nhanh hơn vô hạn so với các ổ SSD nhanh nhất hiện nay.

Thời gian truy cập thấp này cho phép CPU nhận dữ liệu nhanh hơn, cho phép nó liên tục xử lý thông tin thay vì đợi SSD gửi một lô khác để xử lý.

Do kiến ​​trúc thiết kế này, các chương trình trong ổ lưu trữ được chuyển đến RAM và sau đó được CPU truy cập thông qua các thanh ghi CPU. Do đó, hệ thống lưu trữ chính nhanh hơn sẽ cải thiện hiệu suất của máy tính và đó chính xác là những gì Apple đang làm với Kiến trúc bộ nhớ hợp nhất của mình.

Hiểu cách thức hoạt động của các hệ thống bộ nhớ truyền thống

Bây giờ chúng ta đã biết tại sao lại cần RAM, chúng ta cần hiểu cách GPU và CPU sử dụng nó. Mặc dù cả GPU và CPU đều được thiết kế để xử lý dữ liệu, nhưng CPU được thiết kế để thực hiện các phép tính có mục đích chung. Ngược lại, GPU được thiết kế để thực hiện cùng một nhiệm vụ trên các lõi khác nhau. Do sự khác biệt về thiết kế này, GPU có hiệu quả cao trong việc xử lý và hiển thị hình ảnh.

Mặc dù CPU và GPU có kiến ​​trúc khác nhau nhưng chúng phụ thuộc vào hệ thống lưu trữ chính để lấy dữ liệu. Có hai loại Bản ghi nhớ truy cập ngẫu nhiên trên hệ thống truyền thống với GPU chuyên dụng. Đây là VRAM và RAM hệ thống. Còn được gọi là Video RAM, VRAM chịu trách nhiệm gửi dữ liệu đến GPU và RAM hệ thống truyền dữ liệu đến CPU.

Nhưng để hiểu rõ hơn về hệ thống quản lý bộ nhớ, hãy xem một ví dụ thực tế về việc bạn chơi game.

Khi bạn mở trò chơi, CPU sẽ hiển thị và dữ liệu chương trình cho trò chơi được chuyển đến RAM hệ thống. Sau đó, CPU xử lý dữ liệu và gửi đến VRAM. Sau đó, GPU xử lý dữ liệu này và gửi trở lại RAM để CPU hiển thị thông tin trên màn hình. Trong trường hợp hệ thống GPU tích hợp, cả hai thiết bị điện toán chia sẻ cùng một bộ nhớ RAM nhưng truy cập các không gian khác nhau trong bộ nhớ.

Cách tiếp cận truyền thống này liên quan đến việc di chuyển nhiều dữ liệu làm cho hệ thống hoạt động kém hiệu quả. Để giải quyết vấn đề này, Apple sử dụng Kiến trúc bộ nhớ hợp nhất.

Cấu trúc bộ nhớ hợp nhất trên Apple Silicon hoạt động như thế nào?

Apple làm một số điều khác biệt khi nói đến hệ thống bộ nhớ.

Trong trường hợp hệ thống chung, RAM được kết nối với CPU bằng một ổ cắm trên bo mạch chủ. Kết nối này làm tắc nghẽn lượng dữ liệu được gửi đến CPU.

Mặt khác, silicon Apple sử dụng cùng một chất nền để gắn RAM và SoC. Mặc dù RAM không phải là một phần của SoC trong kiến ​​trúc như vậy, nhưng Apple sử dụng chất nền interposer (Vải) để kết nối RAM với SoC. Interposer không có gì khác ngoài một lớp silicon giữa SOC và RAM.

So với các ổ cắm truyền thống, dựa vào dây để truyền dữ liệu, interposer cho phép RAM kết nối với chipset bằng silicon vias. Điều đó có nghĩa là những chiếc MacBook chạy bằng silicon của Apple có RAM được đưa trực tiếp vào gói, giúp truyền dữ liệu giữa bộ nhớ và bộ xử lý nhanh hơn. RAM cũng gần hơn về mặt vật lý với nơi cần dữ liệu (bộ xử lý), do đó cho phép dữ liệu đến nơi cần thiết sớm hơn.

Do sự khác biệt này trong việc kết nối RAM với chipset, nó có thể truy cập băng thông dữ liệu cao.

Ngoài sự khác biệt kể trên, Apple cũng thay đổi cách CPU và GPU truy cập vào hệ thống bộ nhớ.

Như đã giải thích trước đó, GPU và CPU có các vùng bộ nhớ khác nhau trong cài đặt truyền thống. Ngược lại, Apple cho phép GPU, CPU và Neural Engine truy cập vào cùng một nhóm bộ nhớ. Do đó, dữ liệu không cần phải được chuyển từ hệ thống bộ nhớ này sang hệ thống bộ nhớ khác, nâng cao hiệu quả của hệ thống hơn nữa.

Do tất cả những khác biệt này trong kiến ​​trúc bộ nhớ, Hệ thống Bộ nhớ Hợp nhất cung cấp băng thông dữ liệu cao cho SoC. Trên thực tế, M1 Ultra cung cấp băng thông 800 GB / s. Băng thông này lớn hơn đáng kể khi so sánh với các GPU hiệu suất cao như AMD Radeon RX 6800 và 6800XT, cung cấp băng thông 512 GB / s.

Băng thông cao này cho phép CPU, GPU và Neural Engine truy cập vào các nhóm dữ liệu rộng lớn trong nano giây. Ngoài ra, Apple sử dụng các mô-đun RAM LPDDR5 tốc độ 6400 MHz trong dòng M2 để cung cấp dữ liệu với tốc độ đáng kinh ngạc.

Bạn cần bao nhiêu bộ nhớ hợp nhất?

Bây giờ chúng ta đã có hiểu biết cơ bản về Kiến trúc bộ nhớ hợp nhất, chúng ta có thể xem bạn cần bao nhiêu nó.

Mặc dù Kiến trúc bộ nhớ hợp nhất mang lại một số ưu điểm, nhưng nó vẫn có một số sai sót. Thứ nhất, RAM được kết nối với SoC, vì vậy người dùng không thể nâng cấp RAM trên hệ thống của họ. Hơn nữa, CPU, GPU và Neural Engine truy cập vào cùng một nhóm bộ nhớ. Do đó, dung lượng bộ nhớ mà hệ thống yêu cầu tăng lên đáng kể.

Do đó, nếu bạn là người lướt Internet và sử dụng rất nhiều bộ xử lý văn bản, bộ nhớ 8 GB sẽ là đủ cho bạn. Nhưng nếu bạn thường xuyên sử dụng các chương trình Adobe Creative Cloud, thì việc sử dụng biến thể 16 GB là một lựa chọn tốt hơn vì bạn sẽ có trải nghiệm chỉnh sửa ảnh, video và đồ họa trên máy của mình mượt mà hơn.

Bạn cũng nên xem xét M1 Ultra với 128 GB RAM nếu bạn đang đào tạo nhiều mô hình học sâu hoặc làm việc trên dòng thời gian video với hàng tấn lớp và cảnh quay 4K.

Kiến trúc bộ nhớ hợp nhất có phải là tất cả vì lợi ích không?

Kiến trúc bộ nhớ hợp nhất trên silicon Apple thực hiện một số thay đổi đối với hệ thống bộ nhớ trên máy tính. Từ việc thay đổi cách kết nối RAM với các đơn vị tính toán đến việc xác định lại kiến ​​trúc bộ nhớ, Apple đang thay đổi cách hệ thống bộ nhớ được thiết kế để cải thiện hiệu quả của hệ thống của họ.

Điều đó nói lên rằng, kiến ​​trúc mới tạo ra một điều kiện chạy đua giữa CPU, GPU và Neural Engine, làm tăng dung lượng RAM mà hệ thống cần.