什么是RAM和內(nèi)存?

蘋果正在重新考慮筆記本電腦的內(nèi)部組件應(yīng)該如何存在和運(yùn)行。通過在新Mac中使用M1芯片，蘋果電腦擁有了新的“統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)”（Unified Memory Architecture：UMA），它可以顯著提高內(nèi)存性能，這也是內(nèi)存在Apple Silicon上的工作方式。

Apple Silicon如何處理RAM

以防您還沒有聽說過該消息，我們重新說一下，Apple在2020年11月發(fā)布兩千全新的Mac，包括新款的MacBook Air，MacBook Pro和Mac Mini，這些新設(shè)備都使用由Apple定制設(shè)計(jì)的基于ARM架構(gòu)的處理器——M1。長期以來，人們一直期待著這種改變，這也是蘋果十年來為iPhone和iPad設(shè)計(jì)基于ARM處理器的最高潮。

M1是片上系統(tǒng)（SoC），這意味著處理器中不僅有CPU，而且還有其他關(guān)鍵組件，包括GPU，I / O控制器，用于AI任務(wù)的Apple神經(jīng)引擎，最重要的是，物理RAM也是封裝中的一部分。需要明確的是，RAM與SoC的基本部分不在同一芯片上。相反，它位于上圖所示的一側(cè)。

向SoC添加RAM并不是什么新鮮事。智能手機(jī)的SoC可能包含RAM，并且蘋果公司決定至少從2018年開始就將RAM模塊放到一邊。如果您查看iPad Pro 11的iFixit拆解，您會(huì)發(fā)現(xiàn)RAM也與A12X處理器并排放置。

現(xiàn)在不同的是，這種方法也適用于Mac，這是一種專為繁重的工作量而設(shè)計(jì)的成熟計(jì)算機(jī)。

基礎(chǔ)知識(shí)：什么是RAM和內(nèi)存？

RAM代表隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。它是系統(tǒng)內(nèi)存的主要組成部分，它是計(jì)算機(jī)當(dāng)前正在使用的數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)空間。從運(yùn)行操作系統(tǒng)所需的文件到您當(dāng)前正在編輯的電子表格，再到打開的瀏覽器選項(xiàng)卡的內(nèi)容，都可以是任何東西。

當(dāng)您決定打開一個(gè)文本文件時(shí)，您的CPU會(huì)收到這些指令以及要使用的程序。然后，CPU獲取這些操作所需的所有數(shù)據(jù)，并將必要的信息加載到內(nèi)存中。然后，CPU通過訪問和操縱內(nèi)存中的內(nèi)容來管理對(duì)該文件所做的更改。

通常，RAM以上圖這些細(xì)長棒的形式存在，可插入筆記本電腦或臺(tái)式機(jī)主板上的專用插槽，如上圖所示。RAM也可以是焊接在母板上的簡單方形或矩形模塊。無論哪種方式，用于PC和Mac的RAM傳統(tǒng)上都是獨(dú)立的組件，在主板上有自己的空間。

M1 RAM：分離的室友

因此，物理RAM模塊仍然是單獨(dú)的實(shí)體，但是它們與處理器位于同一綠色基板上?！按舐晠群?，”我聽到你說。“有什么大不了的？” 好吧，首先，這意味著更快地訪問內(nèi)存，這不可避免地提高了性能。此外，Apple正在調(diào)整系統(tǒng)中內(nèi)存的使用方式。

蘋果將其方法稱為“統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)”（UMA）?；舅枷胧荕1的RAM是處理器的所有部分都可以訪問的單個(gè)內(nèi)存池。首先，這意味著如果GPU需要更多的系統(tǒng)內(nèi)存，則可以提高使用率，而SoC的其他部分則可以降低。更好的是，無需為SoC的每個(gè)部分分配部分內(nèi)存，然后在處理器的不同部分的兩個(gè)空間之間穿梭數(shù)據(jù)。相反，GPU，CPU和處理器的其他部分可以在相同的內(nèi)存地址訪問相同的數(shù)據(jù)。

要了解為什么這很重要，請(qǐng)想象一下視頻游戲的運(yùn)行方式。CPU首先接收游戲的所有指令，然后將GPU所需的數(shù)據(jù)卸載到圖形卡。然后，圖形卡將獲取所有數(shù)據(jù)，并在其自己的處理器（GPU）和內(nèi)置RAM中對(duì)其進(jìn)行處理。

即使您具有集成顯卡的處理器，GPU也會(huì)像處理器一樣維護(hù)自己的內(nèi)存塊。他們倆都獨(dú)立地處理相同的數(shù)據(jù)，然后在記憶體之間來回穿梭。如果您放棄了來回移動(dòng)數(shù)據(jù)的要求，那么很容易看到將所有內(nèi)容保存在同一虛擬文件柜中如何提高性能。

例如，以下是Apple在官方M1網(wǎng)站上描述其統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)的方式：

“ M1還具有我們的統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)或UMA。M1將其高帶寬，低延遲內(nèi)存統(tǒng)一到一個(gè)自定義封裝中的單個(gè)池中。這就使得SoC中的所有技術(shù)都可以訪問相同的數(shù)據(jù)，而無需在多個(gè)內(nèi)存池之間進(jìn)行復(fù)制。這極大地提高了性能和電源效率。影片應(yīng)用程序更輕松。游戲更加豐富和詳細(xì)。圖像處理快如閃電。而且整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度更快。 ”

不僅僅是每個(gè)組件都可以在同一位置訪問相同的內(nèi)存。Chris Mellor在The Register上指出，蘋果在這里使用高帶寬內(nèi)存。內(nèi)存距離CPU（和其他組件）更近，訪問速度比通過Socket接口訪問連接到主板的傳統(tǒng)RAM芯片要快。

蘋果并不是第一家嘗試使用統(tǒng)一內(nèi)存的公司

蘋果并不是第一家提出這個(gè)解決方案的公司。例如， 大約六年前，NVIDIA開始為開發(fā)人員提供稱為統(tǒng)一內(nèi)存的硬件和軟件解決方案。

對(duì)于NVIDIA，統(tǒng)一內(nèi)存提供了一個(gè)單一的內(nèi)存位置，“可以從系統(tǒng)中的任何處理器訪問”。在NVIDIA的世界中，就CPU和GPU而言，它們將在相同的位置存儲(chǔ)相同的數(shù)據(jù)。但是，在后臺(tái)，系統(tǒng)正在單獨(dú)的CPU和GPU內(nèi)存之間分頁所需的數(shù)據(jù)。

據(jù)我們所知，Apple沒有采取幕后技術(shù)。相反，SoC的每個(gè)部分都能夠訪問內(nèi)存中數(shù)據(jù)的完全相同的位置。

Apple的UMA的底線是更快地訪問RAM和共享內(nèi)存池，從而提高了性能，從而消除了將數(shù)據(jù)移至不同地址的性能損失。
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