Apple M1 es una serie de sistemas en un chip (SoC) basados en ARM diseñados por Apple Inc. , parte de la serie Apple Silicon , como unidad central de procesamiento (CPU) y unidad de procesamiento gráfico (GPU) para sus computadoras de escritorio y portátiles Mac , y las tabletas iPad Pro y iPad Air . [4] El chip M1 inició el tercer cambio de Apple en la arquitectura del conjunto de instrucciones utilizada por las computadoras Macintosh, cambiando de Intel a Apple Silicon catorce años después de que se cambiaran de PowerPC a Intel , y veintiséis años después de la transición de la serie original Motorola 68000 a PowerPC . En el momento de su introducción en 2020, Apple dijo que el M1 tenía "el núcleo de CPU más rápido del mundo en silicio de bajo consumo" y el mejor rendimiento de CPU del mundo por vatio . [4] [5] Su sucesor, Apple M2 , fue anunciado el 6 de junio de 2022 en la Conferencia Mundial de Desarrolladores (WWDC).
El chip M1 original se presentó en noviembre de 2020, y fue seguido por los chips M1 Pro y M1 Max enfocados a profesionales en octubre de 2021. El M1 Max es una versión de mayor potencia del M1 Pro, con más núcleos de GPU y ancho de banda de memoria , un tamaño de matriz más grande y una gran interconexión utilizada. Apple presentó el M1 Ultra en 2022, un chip para estaciones de trabajo de escritorio que contiene dos unidades M1 Max interconectadas. Estos chips difieren en gran medida en tamaño y en la cantidad de unidades funcionales: por ejemplo, mientras que el M1 original tiene alrededor de 16 mil millones de transistores , el M1 Ultra tiene 114 mil millones.
Los sistemas operativos macOS y iPadOS de Apple funcionan con el chip M1. El soporte inicial para el chip M1 en el kernel de Linux se lanzó en la versión 5.13 el 27 de junio de 2021. [6]
Las versiones iniciales de los chips M1 contienen un defecto arquitectónico que permite que las aplicaciones aisladas intercambien datos, violando el modelo de seguridad, un problema que ha sido descrito como "en su mayor parte inofensivo". [7]
El M1 tiene cuatro núcleos "Firestorm" de alto rendimiento y cuatro núcleos "Icestorm" de bajo consumo energético , vistos por primera vez en el A14 Bionic . Tiene una configuración híbrida similar a ARM big.LITTLE y los procesadores Lakefield de Intel . [8] Esta combinación permite optimizaciones del uso de energía que no son posibles con dispositivos anteriores de arquitectura Apple-Intel . Apple afirma que los núcleos de bajo consumo energético utilizan una décima parte de la energía de los de alto rendimiento. [9] Los núcleos de alto rendimiento tienen una cantidad inusualmente grande [10] de 192 KB de caché de instrucciones L1 y 128 KB de caché de datos L1 y comparten una caché L2 de 12 MB; los núcleos de bajo consumo energético tienen una caché de instrucciones L1 de 128 KB, una caché de datos L1 de 64 KB y una caché L2 compartida de 4 MB. El SoC también tiene una caché de nivel de sistema de 8 MB compartida por la GPU.
El M1 Pro y el M1 Max utilizan el mismo diseño ARM big.LITTLE que el M1, con ocho núcleos "Firestorm" de alto rendimiento (seis en las variantes de nivel inferior del M1 Pro) y dos núcleos "Icestorm" de bajo consumo energético , lo que proporciona un total de diez núcleos (ocho en las variantes de nivel inferior del M1 Pro). [11] Los núcleos de alto rendimiento tienen una velocidad de reloj de 3228 MHz y los núcleos de alta eficiencia tienen una velocidad de reloj de 2064 MHz. Los ocho núcleos de alto rendimiento se dividen en dos clústeres. Cada clúster de alto rendimiento comparte 12 MB de caché L2. Los dos núcleos de alta eficiencia comparten 4 MB de caché L2. El M1 Pro y el M1 Max tienen 24 MB y 48 MB respectivamente de caché de nivel de sistema (SLC). [12]
El M1 Ultra consta de dos unidades M1 Max conectadas con UltraFusion Interconnect con un total de 20 núcleos de CPU y 96 MB de caché de nivel de sistema (SLC).
El M1 integra una unidad de procesamiento gráfico (GPU) de ocho núcleos (siete en algunos modelos básicos) diseñada por Apple [13] . Cada núcleo de la GPU se divide en 16 unidades de ejecución (EU), cada una de las cuales contiene 8 unidades lógicas aritméticas (ALU). En total, la GPU del M1 contiene hasta 128 EU y 1024 ALU, [14] que, según Apple, pueden ejecutar hasta 24 576 subprocesos simultáneamente y que tienen un rendimiento máximo de punto flotante (FP32) de 2,6 TFLOP . [8] [15]
El M1 Pro integra una unidad de procesamiento gráfico (GPU) de 16 núcleos (14 en algunos modelos base), mientras que el M1 Max integra una GPU de 32 núcleos (24 en algunos modelos base). En total, la GPU del M1 Max contiene hasta 512 unidades de ejecución o 4096 ALU, que tienen un rendimiento máximo de punto flotante (FP32) de 10,4 TFLOPs .
El M1 Ultra cuenta con una GPU de 48 o 64 núcleos con hasta 8192 ALU y 21 TFLOP de rendimiento FP32.
El M1 utiliza una SDRAM LPDDR4X de 128 bits [16] en una configuración de memoria unificada compartida por todos los componentes del procesador, también conocida como memoria en paquete (MOP). Los chips SoC y DRAM están montados juntos en un diseño de sistema en paquete . Hay configuraciones disponibles de 8 GB y 16 GB.
El M1 Pro tiene una memoria SDRAM LPDDR5 de 256 bits y el M1 Max tiene una memoria SDRAM LPDDR5 de 512 bits. Mientras que el SoC M1 tiene un ancho de banda de memoria de 66,67 GB/s, el M1 Pro tiene un ancho de banda de 200 GB/s y el M1 Max tiene un ancho de banda de 400 GB/s. [8] El M1 Pro viene en configuraciones de memoria de 16 GB y 32 GB, y el M1 Max viene en configuraciones de 32 GB y 64 GB. [17]
El M1 Ultra duplica las especificaciones del M1 Max para un bus de memoria de 1024 bits o 1 kilobit con un ancho de banda de 800 GB/s en una configuración de 64 GB o 128 GB.
El M1 es el sucesor del chip Apple T2 que estaba presente en los Mac basados en Intel y lo integra en todas sus funciones. Mantiene activos bridgeOS y sepOS incluso si el equipo principal está en un modo de bajo consumo de energía detenido para manejar y almacenar claves de cifrado, incluidas las claves para Touch ID, FileVault, macOS Keychain y contraseñas de firmware UEFI. También almacena el ID único (UID) y el ID de grupo (GID) del equipo.
El M1 contiene hardware de red neuronal dedicado en un Neural Engine de 16 núcleos, capaz de ejecutar 11 billones de operaciones por segundo. [8] Otros componentes incluyen un procesador de señal de imagen , un controlador de almacenamiento PCI Express , un controlador USB4 que incluye soporte Thunderbolt 3 y un Secure Enclave . El M1 Pro, Max y Ultra admiten Thunderbolt 4 .
El M1 tiene soporte de codificación de códec de video para HEVC y H.264 . Tiene soporte de decodificación para HEVC, H.264 y ProRes . [18] El M1 Pro, M1 Max y M1 Ultra tienen un motor multimedia que tiene H.264, HEVC, ProRes y ProRes RAW acelerados por hardware. Este motor multimedia incluye un motor de decodificación de video (el M1 Ultra tiene dos), un motor de codificación de video (el M1 Max tiene dos y el M1 Ultra tiene cuatro) y un motor de codificación y decodificación ProRes (nuevamente, el M1 Max tiene dos y el M1 Ultra tiene cuatro). [19] [20]
El M1 Max admite el modo de alto consumo en la MacBook Pro de 16 pulgadas para tareas intensivas. [21] El M1 Pro admite dos pantallas 6K a 60 Hz a través de Thunderbolt, mientras que el M1 Max admite una tercera pantalla 6K a través de Thunderbolt y un monitor 4K a través de HDMI 2.0 . [17] Todos los parámetros de los procesadores M1 Max se duplican en los procesadores M1 Ultra, ya que son esencialmente dos procesadores M1 Max que funcionan en paralelo; están en un solo paquete (en tamaño más grande que los procesadores AMD Ryzen Socket AM4 ) [22] y se ven como un solo procesador en macOS.
El M1 registró un rendimiento competitivo [ ¿con quién? ] en pruebas de referencia populares (como Geekbench y Cinebench R23). [23]
La Mac Mini 2020 equipada con M1 consume 7 vatios en reposo y 39 vatios con carga máxima, [24] en comparación con los 20 vatios en reposo y los 122 vatios con carga máxima de la Mac Mini 2018 con Core i7 de 6 núcleos. [25] La eficiencia energética del M1 aumenta la duración de la batería de las MacBooks basadas en M1 en un 50% en comparación con las MacBooks anteriores basadas en Intel. [26]
En el momento de su lanzamiento, la MacBook Air (M1, 2020) y la MacBook Pro (M1, 2020) fueron elogiadas por los críticos por su rendimiento de CPU y duración de batería, particularmente en comparación con las MacBooks anteriores. [27] [28]
Después de su lanzamiento, algunos usuarios que cargaban dispositivos M1 a través de concentradores USB-C informaron que sus dispositivos se habían estropeado . [34] Los dispositivos que, según se informa, causaron este problema fueron concentradores USB-C de terceros y bases que no eran Thunderbolt (excluyendo el propio dongle de Apple). [34] Apple manejó este problema reemplazando la placa lógica y diciéndoles a sus clientes que no cargaran a través de esos concentradores. [34] macOS Big Sur 11.2.2 incluye una solución para evitar que los modelos MacBook Pro 2019 o posteriores y los modelos MacBook Air 2020 o posteriores se dañen con ciertos concentradores y bases USB-C de terceros. [35] [36]
En mayo de 2021 se anunció una falla en los procesadores M1, llamada "M1racles". Dos aplicaciones en un entorno aislado pueden intercambiar datos sin el conocimiento del sistema utilizando un registro de procesador escribible involuntariamente como canal encubierto , violando el modelo de seguridad y constituyendo una vulnerabilidad menor. Fue descubierta por Hector Martin , fundador del proyecto Asahi Linux para Linux en Apple Silicon. [37]
En mayo de 2022 se anunció una falla denominada "Augury" que afectaba al Data-Memory Dependent Prefetcher (DMP) en los chips M1, descubierta por investigadores de la Universidad de Tel Aviv , la Universidad de Illinois Urbana-Champaign y la Universidad de Washington . En ese momento no se consideró un riesgo de seguridad sustancial. [38]
En junio de 2022, los investigadores del MIT anunciaron que habían encontrado una vulnerabilidad de ejecución especulativa en los chips M1 a la que llamaron "Pacman", en honor a los códigos de autenticación de puntero (PAC). [39] Apple dijo que no creía que esto representara una amenaza grave para los usuarios. [40]
En 2022, Asahi Lina, un YouTuber y uno de los desarrolladores involucrados en Asahi Linux para la GPU, encontró un exploit relacionado con las traducciones de la tabla de páginas del M1: el exploit fue descubierto por accidente durante los esfuerzos iniciales de ingeniería inversa de la GPU en medio de una transmisión en vivo. El exploit implicaba el uso del usuario con permisos de lectura y escritura de firmware, la tabla de búsqueda de traducción de páginas de Apple, registros y uPPL. Utilizando programación orientada al retorno , el exploit tomó la forma de un sombreador que tendría varios componentes integrados en la microsecuencia en el hardware, generaría una tabla de páginas falsa, cambiaría los registros para apuntar hacia la nueva tabla de páginas e invocaría la tabla de búsqueda para realizar una llamada uPPL. Como uPPL tenía la capacidad de modificar el contenido de la tabla de páginas, y la tabla de búsqueda tenía la capacidad irrestricta de realizar una llamada uPPL, un atacante puede usar este exploit para obtener privilegios de root con la tabla de páginas falsas a la que hacen referencia los registros: después de que la tabla de páginas falsas se asigna sobre la original de la vulnerabilidad de la tabla de búsqueda uPPL, y los registros se reinician, el atacante puede modificar las variables para ejecutarlas como root.
El exploit se consideró único ya que implicaba el uso de un sombreador en lugar de medios más tradicionales, pero el exploit se categorizaría bajo la categoría "Ataque de dispositivo a través de una aplicación instalada por el usuario" y valía $150,000.
En septiembre de 2023 se publicó un vídeo completo que demostraba el funcionamiento completo del exploit [41] , junto con un sitio web que incluía información sobre cómo funcionaba el exploit. El sitio también tenía una microsecuencia emulada con JavaScript que demostraba cada paso del proceso. [42]
Un exploit llamado GoFetch [43] es capaz de extraer claves criptográficas de dispositivos con chip de la serie M sin privilegios administrativos. [44]
La siguiente tabla muestra los distintos SoC basados en las microarquitecturas "Firestorm" y "Icestorm". [45] [46]
