¿Qué es Apple Silicon y cómo funcionan los chips de la serie M?

Un chip que cambió la informática personal

En noviembre de 2020, Apple reveló algo que sorprendió a la industria tecnológica: un chip para computadora portátil lo suficientemente potente como para rivalizar con los procesadores de escritorio de gama alta, pero lo suficientemente eficiente como para ejecutar una MacBook Air delgada durante 18 horas con una sola carga. El secreto era Apple Silicon: una familia de chips personalizados diseñados completamente internamente, construidos sobre una arquitectura fundamentalmente diferente a la de los procesadores Intel que las Mac habían utilizado durante 15 años.

Los chips de la serie M, desde el M1 original hasta el M5 actual, no son solo procesadores más rápidos. Representan una filosofía diferente sobre cómo se deben construir las computadoras.

Qué hace diferente a Apple Silicon

En esencia, cada chip de la serie M es un Sistema en un Chip (SoC), lo que significa que la CPU, la GPU, el Neural Engine, los controladores de memoria y otros componentes están integrados en una sola pieza de silicio. Las PC tradicionales separan estos elementos: el procesador se encuentra en un zócalo, la tarjeta gráfica se conecta a otra ranura y la RAM reside en módulos separados conectados a través de un bus de memoria. El enfoque de Apple elimina por completo esas distancias.

La innovación más trascendental dentro de ese SoC es la Arquitectura de Memoria Unificada (UMA). En una computadora convencional, la CPU y la GPU mantienen cada una grupos separados de RAM. Compartir datos entre ellos requiere copiarlos a través de un bus, una operación lenta y que consume mucha energía. Con UMA, ambos procesadores acceden al mismo grupo de memoria física simultáneamente, sin necesidad de copiar. Esto reduce drásticamente la latencia y permite que los chips de Apple rindan muy por encima de su consumo de energía.

El M5 Max, por ejemplo, ofrece hasta 614 GB/s de ancho de banda de memoria, una cifra que se acerca a lo que encontraría en estaciones de trabajo profesionales que cuestan muchas veces más.

Por qué Apple dejó atrás a Intel

El cambio al silicio personalizado fue la tercera transición importante de procesadores en la historia de Mac. Apple pasó de los chips Motorola 68k a PowerPC en 1994, luego de PowerPC a Intel en 2006. Cada salto fue impulsado por límites de rendimiento y control estratégico.

A finales de la década de 2010, los chips móviles de Apple, diseñados para iPhones y iPads, ya igualaban a los procesadores para portátiles de Intel en rendimiento bruto. El A12X Bionic en el iPad Pro de 2018, según los informes, funcionaba de manera comparable al chip Core i7 de MacBook Pro de Intel en ese momento. Mientras tanto, Intel no cumplía con los plazos de fabricación y tenía dificultades para reducir sus chips a tamaños competitivos.

El equipo interno de chips de Apple, que había estado diseñando procesadores basados en ARM desde el primer iPhone, estaba listo. En junio de 2020, el CEO Tim Cook anunció la transición en la WWDC. A finales de 2023, la última Mac con Intel, la Mac Pro, había sido retirada.

Las generaciones de la serie M de un vistazo

Cada generación ha traído saltos medibles:

• M1 (2020): El avance: CPU de 8 núcleos, hasta 16 GB de memoria unificada, proceso de 5 nm. Sorprendió a los críticos con la duración de la batería y el rendimiento.
• M2 (2022): Segunda generación de 5 nm, núcleos de CPU más rápidos, GPU mejorada, hasta 24 GB de memoria.
• M3 (2023): Primer chip de 3 nm, trazado de rayos por hardware agregado a la GPU, Dynamic Caching para cargas de trabajo de gráficos.
• M4 (2024): Neural Engine mejorado, optimizado para tareas de IA en el dispositivo, proceso de segunda generación de 3 nm.
• M5 (2026): Presenta una nueva "Arquitectura de Fusión" con Aceleradores Neuronales dedicados en cada núcleo de GPU. El M5 Max admite hasta 128 GB de memoria unificada y ofrece hasta 4 veces el rendimiento de IA del M4, según el anuncio de Apple.

La base ARM

Todos los chips de la serie M se basan en la arquitectura del conjunto de instrucciones ARM, el mismo diseño subyacente utilizado en prácticamente todos los teléfonos inteligentes del planeta. Los procesadores ARM utilizan un enfoque de Computación de Conjunto de Instrucciones Reducido (RISC): instrucciones más simples y eficientes que se pueden ejecutar más rápidamente y con menos energía que el diseño de Computación de Conjunto de Instrucciones Complejo (CISC) utilizado por los chips x86 de Intel.

Apple licencia el conjunto de instrucciones ARM, pero diseña su propia microarquitectura desde cero. Esto significa que Apple puede optimizar cada transistor para su hardware y ecosistema de software específicos, algo que ningún proveedor de chips de terceros puede hacer para los productos de un competidor.

Las contrapartidas

Apple Silicon no está exento de limitaciones. Debido a que la memoria está soldada directamente en el paquete del chip, no se puede actualizar después de la compra, una desviación significativa de la informática de escritorio tradicional. Los usuarios deben elegir su configuración de RAM en el momento de la compra. Además, el software compilado originalmente para la arquitectura x86 de Intel debe ejecutarse a través de la capa de traducción Rosetta 2 de Apple, aunque la mayoría de las aplicaciones principales se han reescrito de forma nativa para ARM.

Por qué importa más allá de Apple

El éxito de Apple con los chips de la serie M ha acelerado un cambio más amplio en la industria. Qualcomm, Microsoft y AMD han invertido fuertemente en chips para portátiles basados en ARM en los años transcurridos desde el lanzamiento del M1. La suposición de que x86 era la única arquitectura viable para la informática seria se ha roto permanentemente. Ya sea que use una Mac o no, los chips de la serie M remodelaron lo que toda la industria de las PC cree que es posible.