Apples M1-prosessor er starten på et nytt prosessor-race

Siden Apple lanserte Macintosh i 1984, har selskapet byttet prosessor tre ganger. Mac-en ble introdusert til verden den gangen Motorolas 68000-prosessor var en sterk utfordrer til Intels, som vi siden har begynt å kalle x86. Akkurat som Intel utviklet sine prosessorer gjorde Motorola det samme. Da Macintosh II kom i 1997, hadde den «superraske» Motorolas 68020, og en egen flyttallprosessor, Motorola 68881. Det var den gangen flyttallsberegninger var satt ut til en egen regneenhet.

Luften ut av Motorola CISC

Men futten gikk ut av Motorolas satsing på såkalte CISC-prosessorer. De hadde for få kunder, siden PC-produsentene brukte Intel-prosessorer. Ideen for å få opp farten var å erstatte CISC – complex instruction set computer – med RISC – reduced instruction set computer. Det vil si en prosessorarkitektur som hadde færre spesialiserte instruksjoner, men som kunne prosessere dem veldig effektivt med få klokkesykler.

RISC ble den nye stjernen

Plutselig skulle alle ha sin egen RISC-prosessor. Dette var en tid da UNIX var stort og godt egnet til RISC. Motorola så muligheten i RISC, men innledet et samarbeid med IBM og Apple om en ny arkitektur; PowerPC. I 1994, etter ti år med Motorolas 68000-prosessorer, tok Steve Jobs spranget over til RISC-arkitektur basert på PowerPC. Ideen var å komme seg over til en mer moderne prosessorplattform med mer støtte enn den første fikk.

Det var ikke bare enkelt. Til da var all programvare skrevet for 68000, og før den ble skrevet om for PowerPC, måtte man kjøre i emulert modus. Det vil si at programvaren presenteres for et emuleringslag som gjør at den «tror» at den kjører på prosessoren den er skrevet for. I virkeligheten fungerer emuleringen som en tolk som oversetter programvarens forespørsler til 68000-prosessoren, slik at de kan kjøres på en PowerPC-prosessor. Gammel programvare fungerte, men var mildt sagt trege greier når programvare måtte ta seg av jobben til maskinvare.

Utviklingen av PowerPC ble ikke slik som Apple hadde tenkt, selv om programvaren etter hvert ble skrevet om til den nye plattformen og gikk raskt. Det ble ikke det trøkket i plattformen som de tre samarbeidspartnerne hadde seg for seg. Det var Intel som sto fram som vinneren. De klarte å utvikle x86-arkitekturen kontinuerlig gjennom hele perioden, selv om de også bommet da prosessorene tok spranget fra 32 bits til 64 bits. Intel mente at nå var det på tide å gå over til en helt ny og revolusjonerende prosessorarkitektur. Det gjorde de i samarbeid med HP under navnet Itanium. Det ble mildt sagt en fiasko. Veldig få ville skrive programvare for plattformen, som Intel mente var det fremtidens servere trengte. AMD derimot, som laget sine egne Intel-kompatible x86-prosessorer, var de som viste vei. De kom opp med en 64 bits-versjon av x86, og da sporet Itanium-toget av. AMD skal også ha æren for å ha å introdusert x86-prosessorer med mer enn én kjerne. Der de slo Intel på deres hjemmebane.

Tilbake til CISC

Det var ingen tvil om at det var x86-arkitekturen som var vinneren i både PC-er og servere. Standardarkitektur ble et begrep som gjorde at volumene økte og prisene falt. I 2005 annonserte Steve Jobs at Macens framtid var med Intel. Intel var selvfølgelig hoppende glade. Så var det på’n igjen. Ny prosessor og emulering for å få PowerPC-programvaren til å fungere på Intel. Emuleringsteknologien var blitt bedre, og programvaren Rosetta klarte jobben bedre enn forrige gang. Endelig hadde Macen kommet seg over på en prosessorplattform med solid støtte i industrien.

Sand i maskineriet

Selv om x86-plattformen fremdeles utvikler seg raskt, ikke minst fordi AMD har gjort masse riktig og virkelig utfordret Intel på deres egen hjemmebane, er det mye å kikke på. Intel har ikke klart å holde trykket ved like, og da dukker det opp alternativer. AMD er selvfølgelig et svært godt alternativ, men det er også prosessorene vi kjenner fra mobiltelefoner.

Intel var i veldig mange år selve leverandøren av Moores lov. Den skred fram etter et fast mønster. Det ene året krympet de silisiumstrukturene på prosessoren, og det andre året forbedret de arkitekturen. Tic-tok kalte de det, og vi ble vant til at det fungerte som en metronom med ett slag i året. Men så stoppet det opp. Etter mange år med rene trolldomskunsten på silisium, tok det år og dag fra 14 til 10 nm, og det er først i det siste at Intel klarer å levere med denne linjebredden. AMD er på 7 nm og det er mange av de nye konkurrentene også. Apples nye M1-prosessor er på 5 nm og best i klassen, eller skal vi si minst i klassen, på prosessorer for datamaskiner. Riktignok påstår Intel at 10-tallet de måler, ikke er så langt unna, fordi de har en annen målemetode.

Mobil utfordring fra RISC

Den største utfordreren x86 har møtt på veldig lenge, kommer fra mobilsiden. Her har ulike prosessorer basert på britiske ARM, blitt nesten enerådende. ARM står for Advanced RISC Machine, så sannelig har vi ikke med en ny runde RISC å gjøre.

Det spesiell med ARM, som har en historie tilbake til 1980-tallet, er at de ikke lager prosessorer selv. De utvikler og selger lisenser på arkitektur. Det har vist seg å være en særdeles vellykket modell, som minner litt om utviklingen av Linux. Lisenstakerne får tilgang til en veldig bred plattform som utvikles kontinuerlig. Selv kan de velge ulike moduler av prosessorkjerner, og de kan legge til egen funksjonalitet. Det har gjort at vi har fått et prosessorrace på mobiler hvor Apple lager sin A-serie, Qualcomm sin Snapdragon, Samsung sin Exynos, Huawei sin Kirin, og mange flere.

Mobiler trenger lavt strømforbruk

Konkurransen har resultert i fenomenal ytelse, kombinert med lavt strømforbruk. Det siste er selvfølgelig svært viktig for alt som skal operere på batteri.

Apple har jobbet med ARM lenger enn de fleste, så de er ingen nybegynner. Det har sittet ARM-baserte prosessorer i Ipod og i alle Iphone-er til nå. Det at Apples kjerneekspertise skulle finne veien over i datamaskinene deres, har nok vært klart i mange år. Og det passer perfekt inn i selskapets filosofi om å kontrollere alt fra maskinvare til operativsystem.

Det betyr mindre penger til Intel, penger som Apple heller kan bruke til utviklingen av egne prosessorer.

Apple M1

M1, som skal bli Apples nye maskineri i Mac-er og Macbook-er, er ikke den samme prosessoren som sitter i Iphone. Den er en fetter utviklet for personlige datamaskiner. Men den har en linjebredde på bare 5 nm, og er i så måte den mest tettpakkede datamaskinprosessoren som finnes.

Den nye prosessoren har prosessorkjerner bygget for ulik ytelse. Prinsippet, som vi finner i ARM-prosessorer, kalles big.LITTLE, og vi kjenner det fra mobiler. Med «big» menes prosessorkjerner bygget for ytelse, uten særlig fokus på strømforbruket. Med «LITTLE» menes det motsatte. Her er strømforbruket det viktige, men ikke ytelsen. Det er ikke alle operasjoner som trenger vanvittig ytelse. Da er det bedre å spenne for et muldyr som går på gress enn en veddeløpshest som trenger havre. M1 har 4 big- og 4 LITTLE-kjerner. Til sammen sørger de for både ytelse og lavt strømforbruk ved å veksle mellom kjernene.

Én ting er at ytelsen er bedre enn med Intels prosessorer med programvare som er skrevet for prosessorplattformen. En annen ting er strømforbruket. Det er voldsomt på en Core-prosessor sammenliknet med en M1.

Ikke alene

Apple er ikke alene om å tenke at ARM er en god plattform for datamaskiner. Det er lenge siden Microsoft så på dette for første gang, og laget Windows for ARM. Nå er de i gang igjen, og denne gangen er det nok mer seriøst. Som på mobilsiden har Qualcomm sett at dette er en forretningsmulighet. Det å rane til seg litt av markedet til Intel er fristende. Spesielt når prosessorkjempen sliter med å henge med i utviklingen.

Med Qualcomm Snapdragon 8cx har selskapet bevist at de kan dette med å spare strøm, men de har ikke slått Intel på ytelse. Det har Apple med M1.

Det er lett å tenke seg at vi står på terskelen til et nytt prosessorrace. Et som er basert på ARM-arkitektur og ikke x86. Selv om AMD har vist at det er mulig å få mye ytelse ut av den gamle arkitekturen, er strømforbruk viktig. Det er viktig i bærbare maskiner som kan gå mye lenger på samme batteri, eller like lenge som i dag med mindre og billigere batterier i lettere maskiner. Det er også viktig i datasentre opptil nettskyklasse som spiser stadig mer av verdens elektriske genereringskapasitet.

Et nytt prosessor-race

Vi tipper lyset står på lenge i utviklingsavdelingene hos Qualcomm, Samsung, Huawei og andre som har utviklet ARM på mobiler. Det åpner seg en ny verden når x86-lyset slukkes hos Intel.