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 2020 Mac Mini内部のM1プロセッサの画像。右側の2つの黒いチップはLPDDR4X統合メモリです。 | |
| 一般情報 | |
|---|---|
| 発売 | 2020年11月10日[1] |
| 製造中止 | 2024年5月7日 |
| デザイン： | アップル社 |
| 共通メーカー | |
| パフォーマンス | |
| 最大CPU クロックレート | 3.2GHz [1] |
| キャッシュ | |
| L1キャッシュ | パフォーマンス コア: コアあたり 192+128 KB 効率コア: コアあたり 128+64 KB |
| L2キャッシュ | パフォーマンスコア: 12～48 MB 効率コア: 4～8 MB |
| 最終レベルキャッシュ | 8～96 MBのシステムレベルキャッシュ |
| アーキテクチャと分類 | |
| 応用 | デスクトップ ( Mac Mini、iMac、Mac Studio )、ノートブック ( MacBookファミリー)、タブレット ( iPad ProおよびiPad Air ) |
| テクノロジーノード | 5nm（N5） |
| マイクロアーキテクチャ | 「ファイアストーム」と「アイスストーム」[1] |
| 命令セット | ARMv8.4-A [2] |
| 物理的仕様 | |
| トランジスタ |
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| コア |
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| メモリ（RAM） | |
| グラフィックプロセッサ | Apple設計の統合グラフィックス（7～64コア） |
| 製品、モデル、バリエーション | |
| 変異体 | |
| 歴史 | |
| 先人たち | Intel CoreとApple T2チップ (Mac)
アップル A12Z (iPad Pro) Apple A14 (iPad Air) |
| 後継 | アップルM2 |
Apple M1は、 Apple社が設計したARMベースのシステムオンチップ（SoC）のシリーズで、Appleシリコンシリーズの一部であり、Macデスクトップおよびノートブック、iPad ProおよびiPad Airタブレットの中央処理装置（CPU）およびグラフィック処理装置（GPU）として使用されている。[4] M1チップは、 Macintoshコンピュータで使用される命令セットアーキテクチャに対するAppleの3回目の変更を開始し、PowerPCからIntelに切り替えてから14年後、オリジナルのMotorola 68000シリーズからPowerPCに移行してから26年後に、IntelからAppleシリコンに切り替えた。2020年の発表時点で、AppleはM1が「低電力シリコンで世界最速のCPUコア」であり、ワットあたりのCPU性能が世界最高であると述べていた。[4] [5]後継機であるApple M2は、2022年6月6日の世界開発者会議（WWDC）で発表された。
オリジナルのM1チップは2020年11月に発表され、その後2021年10月にプロフェッショナル向けのM1 ProおよびM1 Maxチップが発表されました。M1 MaxはM1 Proのより高性能なバージョンで、GPUコアとメモリ帯域幅が多く、ダイサイズが大きく、使用されている相互接続が大きいです。Appleは2022年にM1 Ultraを発表しました。これは、相互接続された2つのM1 Maxユニットを含むデスクトップワークステーションチップです。これらのチップはサイズと機能ユニットの数が大きく異なります。たとえば、オリジナルのM1には約160億個のトランジスタがありますが、M1 Ultraには1140億個あります。
AppleのmacOSとiPadOS オペレーティングシステムはどちらもM1上で動作します。LinuxカーネルにおけるM1 SoCの初期サポートは、 2021年6月27日のバージョン5.13でリリースされました。[6]
M1チップの初期バージョンには、サンドボックス化されたアプリケーションがデータを交換してセキュリティモデルに違反するアーキテクチャ上の欠陥が含まれていますが、この問題は「ほとんど無害」であると説明されています。[7]
デザイン
CPU
M1には、 A14 Bionicで初めて採用された4つの高性能「Firestorm」コアと4つの省エネ「Icestorm」コアが搭載されている。ARM big.LITTLEやIntelのLakefieldプロセッサに似たハイブリッド構成となっている。 [8]この組み合わせにより、以前のApple–Intelアーキテクチャデバイスでは不可能だった電力使用の最適化が可能になる。Appleは、省エネコアの電力消費は高性能コアの10分の1だとしている。[9]高性能コアは、異常に大きい[10] 192KBのL1命令キャッシュと128KBのL1データキャッシュを搭載し、12MBのL2キャッシュを共有している。省エネコアは、128KBのL1命令キャッシュ、64KBのL1データキャッシュ、共有4MBのL2キャッシュを搭載している。SoCには、GPUと共有する8MBのシステムレベルキャッシュも搭載されている。
M1 ProとM1 Max
M1 Pro と M1 Max は、M1 と同じARM big.LITTLE設計を採用しており、8 つの高性能「Firestorm」（M1 Pro の下位モデルでは 6 つ）と 2 つの省電力「Icestorm」コアを備え、合計 10 個のコア（M1 Pro の下位モデルでは 8 つ）を備えている。[11]高性能コアは 3228 MHz で動作し、高効率コアは 2064 MHz で動作する。8 つの高性能コアは 2 つのクラスターに分割されている。各高性能クラスターは 12 MB の L2 キャッシュを共有している。2 つの高効率コアは 4 MB の L2 キャッシュを共有している。M1 Pro と M1 Max には、それぞれ 24 MB と 48 MB のシステムレベルキャッシュ（SLC）がある。[12]
M1ウルトラ
M1 Ultra は、UltraFusion Interconnect で接続された 2 つの M1 Max ユニットで構成され、合計 20 個の CPU コアと 96 MB のシステム レベル キャッシュ (SLC) を備えています。
グラフィックプロセッサ
M1には、Appleが設計した[13] 8コア（一部の基本モデルでは7コア）のグラフィックス処理装置（GPU）が統合されています。各GPUコアは16の実行ユニット（EU）に分割され、それぞれに8つの算術論理ユニット（ALU）が含まれています。合計で、M1 GPUには最大128のEUと1024のALUが含まれており、[14] Appleによると、最大24,576のスレッドを同時に実行でき、最大浮動小数点（FP32）パフォーマンスは2.6 TFLOPsです。[8] [15]
M1 Pro には 16 コア (一部の基本モデルでは 14 コア) のグラフィックス プロセッシング ユニット (GPU) が統合されていますが、M1 Max には 32 コア (一部の基本モデルでは 24 コア) の GPU が統合されています。合計で、M1 Max GPU には最大 512 個の実行ユニットまたは 4096 個の ALU が含まれており、最大浮動小数点 (FP32) パフォーマンスは 10.4 TFLOPsです。
M1 Ultra は、最大 8192 個の ALU と 21 TFLOP の FP32 パフォーマンスを備えた 48 コアまたは 64 コアの GPU を備えています。
メモリ
M1は、プロセッサのすべてのコンポーネントで共有される統合メモリ構成（メモリオンパッケージ（MOP）とも呼ばれる）で128ビットLPDDR4X SDRAM [16]を使用します。SoCとDRAMチップは、システムインパッケージ設計で一緒に実装されています。8 GBと16 GBの構成が利用可能です。
M1 Proには256ビットのLPDDR5 SDRAMがあり、M1 Maxには512ビットのLPDDR5 SDRAMメモリがあります。M1 SoCのメモリ帯域幅は66.67 GB/sですが、M1 Proは200 GB/s、M1 Maxは400 GB/sの帯域幅です。[8] M1 Proには16 GBと32 GBのメモリ構成があり、M1 Maxには32 GBと64 GBの構成があります。[17]
M1 Ultra は、64 GB または 128 GB 構成で 800 GB/秒の帯域幅を備えた 1024 ビットまたは 1 キロビットのメモリ バスを備え、M1 Max の仕様を 2 倍にしています。
その他の機能
M1 は、Intel ベースの Mac に搭載されていた Apple T2 チップの後継であり、そのすべての機能を統合しています。メイン コンピュータが低電力モードで停止している場合でも、bridgeOS と sepOS をアクティブに保ち、Touch ID、FileVault、macOS キーチェーン、UEFI ファームウェア パスワードなどの暗号化キーを処理および保存します。また、マシンの一意の ID (UID) とグループ ID (GID) も保存します。
M1には16コアのニューラルエンジンに専用のニューラルネットワークハードウェアが搭載されており、1秒間に11兆回の演算を実行できます。 [8]その他のコンポーネントには、画像信号プロセッサ、PCI Expressストレージコントローラ、 Thunderbolt 3をサポートするUSB 4コントローラ、Secure Enclaveなどがあります。M1 Pro、Max、UltraはThunderbolt 4をサポートしています。
M1は、 HEVCとH.264のビデオコーデックエンコードをサポートしています。また、HEVC、H.264、ProResのデコードをサポートしています。[18] M1 Pro、M1 Max、M1 Ultraには、ハードウェアアクセラレーションされたH.264、HEVC、ProRes、ProRes RAWを備えたメディアエンジンがあります。このメディアエンジンには、ビデオデコードエンジン（M1 Ultraには2つ）、ビデオエンコードエンジン（M1 Maxには2つ、M1 Ultraには4つ）、ProResエンコードおよびデコードエンジン（これもM1 Maxには2つ、M1 Ultraには4つ）が含まれています。[19] [20]
M1 Maxは、負荷の高いタスクのために16インチMacBook Proで高電力モードをサポートしています。[21] M1 ProはThunderbolt経由で60 Hzで2台の6Kディスプレイをサポートしますが、M1 MaxはThunderbolt経由で3台目の6KディスプレイとHDMI 2.0経由で4Kモニターをサポートします。[17] M1 Ultraプロセッサでは、M1 Maxプロセッサのすべてのパラメータが2倍になっています。これは、基本的に2台のM1 Maxプロセッサが並列に動作しているためです。これらは単一のパッケージ（サイズはSocket AM4 AMD Ryzenプロセッサよりも大きい）になっており、 [22] macOSでは1つのプロセッサとして表示されます。
パフォーマンスと効率
M1は、一般的なベンチマーク（ GeekbenchやCinebench R23など）で競争力のある[誰と？ ]パフォーマンスを記録しました。[23]
2020年モデルのM1搭載Mac Miniはアイドル時に7ワット、最大負荷時に39ワットの電力を消費します。 [24]これに対し、2018年モデルの6コアCore i7 Mac Miniはアイドル時に20ワット、最大負荷時に122ワットの電力を消費します。 [25] M1のエネルギー効率により、 M1ベースのMacBookのバッテリー寿命は、以前のIntelベースのMacBookと比較して50%長くなります。[26]
発売当初、MacBook Air（M1、2020）とMacBook Pro（M1、2020）は、特に以前のMacBookと比較してCPUのパフォーマンスとバッテリー寿命が批評家から高く評価されました。[27] [28]
Apple M1シリーズを採用した製品
M1
- MacBook Air (M1、2020) – 基本モデルは7コアGPUを搭載[29]
- Mac Mini（M1、2020）[30]
- MacBook Pro（13インチ、M1、2020）[31]
- iMac（24インチ、M1、2021） – 基本モデルは7コアGPUを搭載[32]
- iPad Pro（11インチ、第5世代）（2021）
- iPad Pro（12.9インチ、第5世代）[33]（2021）
- iPad Air（第5世代）（2022）
M1プロ
M1マックス
- MacBook Pro（14インチおよび16インチ、2021年）
- マックスタジオ（2022）
M1ウルトラ
- マックスタジオ（2022）
問題
USB 電源供給の故障
発売後、USB-Cハブ経由でM1デバイスを充電したユーザーの一部から、デバイスが故障したという報告があった。 [34]この問題の原因として報告されているのは、サードパーティ製のUSB-CハブとThunderbolt以外のドック（Apple独自のドングルは除く）である。[34] Appleはこの問題に対処するため、ロジックボードを交換し、顧客にそれらのハブ経由で充電しないよう伝えた。[34] macOS Big Sur 11.2.2には、2019年以降のMacBook Proモデルと2020年以降のMacBook Airモデルが特定のサードパーティ製USB-Cハブやドックによって損傷するのを防ぐ修正が含まれている。[35] [36]
セキュリティの脆弱性
M1racles
2021年5月に、「M1racles」と名付けられたM1プロセッサの欠陥が発表された。サンドボックス化された2つのアプリケーションは、意図せず書き込み可能なプロセッサレジスタを秘密チャネルとして使用することで、システムに知られずにデータを交換することができ、セキュリティモデルに違反し、軽微な脆弱性を構成する。これは、Apple Silicon上のLinux向けのAsahi Linuxプロジェクトの創設者であるHector Martinによって発見された。[37]
占い
2022年5月、テルアビブ大学、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校、ワシントン大学の研究者らによって発見された、M1チップのデータメモリ依存プリフェッチャー（DMP）に関連する「Augury」と呼ばれる欠陥が発表された。当時は重大なセキュリティリスクとは考えられていなかった。[38]
パックマン
2022年6月、MITの研究者らは、ポインタ認証コード（PAC）にちなんで「パックマン」と名付けたM1チップの投機的実行の脆弱性を発見したと発表した。 [39] Appleは、これがユーザーに深刻な脅威をもたらすとは考えていないと述べた。[40]
セキュリティ脆弱性 CVE-2022-32947
2022年、YouTuberであり、GPU向けAsahi Linuxの開発者の1人であるAsahi Linaによって、M1のページテーブル変換に関するエクスプロイトが発見されました。このエクスプロイトは、ライブストリームの途中でGPUの最初のリバースエンジニアリングの取り組み中に偶然発見されました。このエクスプロイトには、ファームウェアの読み取り/書き込み権限を持つユーザー、Appleのページ変換ルックアップテーブル、レジスタ、およびuPPLの使用が含まれていました。リターン指向プログラミングを使用して、このエクスプロイトは、ハードウェアのマイクロシーケンスにいくつかのコンポーネントを統合し、偽のページテーブルを生成し、レジスタを新しいページテーブルを指すように変更し、ルックアップテーブルを呼び出してuPPL呼び出しを実行するシェーダーの形をとりました。 uPPL にはページ テーブルの内容を変更する機能があり、ルックアップ テーブルには uPPL 呼び出しを無制限に実行できる機能があるため、攻撃者はこのエクスプロイトを使用して、レジスタによって参照される偽のページ テーブルを使用してルート権限を取得できます。偽のページ テーブルが uPPL ルックアップ テーブルの脆弱性から元のテーブルにマップされ、レジスタがリセットされた後、攻撃者は変数を変更してルートとして実行できます。
このエクスプロイトは、従来の方法ではなくシェーダーを使用するという点でユニークであると考えられていましたが、「ユーザーがインストールしたアプリによるデバイス攻撃」カテゴリに分類され、15万ドルの価値がありました。
2023年9月には、エクスプロイトの全容を実証する完全なビデオが投稿され、[41]エクスプロイトの仕組みに関する情報を含むウェブサイトも公開されました。このサイトには、プロセスの各ステップを実証するJavaScriptエミュレートされたマイクロシーケンスもありました。[42]
ゴーフェッチ
GoFetch [43]と呼ばれるエクスプロイトは、管理者権限なしでMシリーズチップデバイスから暗号キーを抽出することができます。[44]
バリエーション
以下の表は、「Firestorm」および「Icestorm」マイクロアーキテクチャに基づくさまざまなSoCを示しています。[45] [46]
ギャラリー
参照
参考文献
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外部リンク
- 公式サイト