Еще несколько лет назад найти ноутбук, который мог работать весь рабочий день без розетки, было большим удовольствием. Большинство моделей работали всего семь-девять часов, а в реальности это время было еще меньше, потому что мы привыкли, что зарядное устройство должно быть неотъемлемой частью любой поездки. Однако сегодня ситуация кардинально изменилась.
Главную роль сыграли процессоры; современные чипы стали не только мощнее, но и гораздо умнее в управлении энергией. Они постоянно анализируют нагрузку и молниеносно отключают неиспользуемые ядра, снижая частоту до минимума, когда вы просто печатаете текст или читаете статью.
Дисплеи также важны. Экраны OLED и IPS используют меньше энергии, а технология динамического обновления частоты, унаследованная от смартфонов, позволяет дисплеям использовать батарею только тогда, когда это необходимо. Добавьте оптимизированную операционную систему, которая лучше следит за фоновыми процессами, и более ёмкие аккумуляторы того же размера.
Наконец, мы разработали решения, в которых каждый компонент — от процессора до экрана и программного обеспечения — настроен на максимальную экономию энергии. Это позволяет некоторым современным ноутбукам работать целыми днями, меняя наш традиционный подход к мобильности.
Apple с 2026 года выпускает ноутбук, который может всё
Фото, взятое из поста Поскольку я купил жене базовый MacBook Air с M1, вот впечатления. «Отличный ноутбук для широкого круга людей?»
В ближайшие годы вряд ли что-то изменится, поскольку Apple разрабатывает самые мощные потребительские чипы на единицу мощности к 2024 году.
Qualcomm со своими новыми процессорами 8 Elite и X Elite уже уверенно догоняют, а иногда перегоняют бенчмарки A18 Pro и M3, но делают это за счёт бòльшего количества ядер и энергопотребления, а не технологического превосходства. Ядра у них всё равно слабее.
С 2021 года после презентации M1 Pro и M1 Max Apple впервые за всю свою историю смогла поставлять MacBook Pro, который опережал в производительности CPU любой монструозный ноутбук на Intel с самым большим охлаждением и блоком питания на 300+ Вт.
Сравнение с предыдущими поколениями было еще более впечатляющим. Наконец-то Apple смогла создать Mac с GPU, которая может играть в AAA-игры даже без нативной оптимизации.
Elden Ring, запущенный на MacBook Air M1
Соответственно, компьютеры Apple для бытовых задач начали работать по двадцать четыре с лишним часа, а 16-дюймовые модели работали до двух дней.
Это была настоящая революция, которая вернула MacBook к статусу универсального компьютера после того, как в последние годы эпоxи Intel испытывали проблемы с автономностью и производительностью.
Несомненно, проблемы с Intel возникали не всегда. По той же причине, по которой Apple сейчас использует свои собственные процессоры, Apple когда-то использовала свои собственные процессоры.
В нулевых MacBook перевели на Intel, чтобы он работал дольше
Первый MacBook Pro на процессоре Intel
С 2005 по 2007 год Apple заменила процессоры Intel на своих ноутбуках.
До этого они работали на чипах PowerPC, созданных альянсом Apple, IBM и Motorola, которые упёрлись в потолок энергоэффективности и мешали фирмам создавать новые ноутбуки с быстрым процессором.
Первым чипом от Intel на Mac стал легендарный 32-битный Intel Core Duo с частотой 1,8 ГГц.
Когда Apple представила свои MacBook Pro и MacBook Air на его основе, она заявила, что они будут работать в течение пяти часов. Хотя эта функция сейчас кажется смешной, в 2005 году батарея ноутбука работала примерно три часа.
Характеристики MacBook Pro в 2009 году указывали до 9 часов работы в Интернете благодаря переходу на кастомный несъёмный аккумулятор, а через год до 10 часов.
В 2011 году компания убрала 13-дюймовую модель Pro-cписка и изменила метод тестирования аккумулятора, что привело к снижению автономности до 7 часов.
Тем не менее, в 2014 году Intel перешла на техпроцесс 14 нм, что вернуло Mac возможность работать до 10 часов на одной зарядке.
После этого заметного скачка у обеих компаний начались проблемы.
За последние годы энергоэффективность всех основных компонентов ноутбуков выросла, что позволило им держать заряд от 20 до 24 часов. В частности, ARM-процессоры, такие как те, которые используются в новых моделях Apple и некоторых Windows-ноутах, теперь потребляют намного меньше энергии. Особенно для OLED экраны более экономичны, хотя они стали ярче. Аккумуляторы увеличили свою емкость, но теперь они работают лучше благодаря умному управлению питанием, которое отключает ненужные функции и снижает нагрузку, когда это возможно. Все это вместе позволяет современным ноутбукам оставаться в рабочем состоянии почти целый день.
Intel встряла и потянула за собой Apple
MacBook Pro 15 в дизайне 2016 года
До выхода MacBook на базе M1 Pro в 2016 году Apple в последний раз изменила дизайн своих ноутбуков.
После этого компания добавила Touch Bar и уменьшила размер «прошек», оставив только USB-C. Хотя на сайте было обещано 10 часов работы, их хватало только на 7 часов.
«Антикомбо» состояло из сильного нагрева и громкого охлаждения.
Когда Apple переходит на более энергоэффективные процессоры с использованием меньшего количества транзисторов, ее устройства обычно становятся более компактными, а их аккумуляторы меньше. Однако с 2014 года Intel выпускала чипы на техпроцессе 14 нм в течение шести лет, повышая их мощность за счет измененной архитектуры и увеличенной частоты.
Повышенная чаcтота влечет за собой повышенное потребление, и в результате новый MacBook 2016 года выдавал непредсказуемое и часто низкое время работы, а заявки компании о повышенной энергоэффективности редко соответствовали действительности.
Вместо того, чтобы исправить проблему, Apple удалила таймер, показывающий, сколько времени проработает ноутбук на оставшейся батарее.
Через два года, с выходом MacBook Pro (2018) на процессорах на всё том же техпроцессе 14 нм ситуация лучше не стала. Модель с экраном 15 дюймов работала 7 часов с дискретной видеокартой AMD, которую в любом удобном случае использовал Chrome, и 11 часов на встроенном (и слабом) графическом процессоре Intel.
Хотя модель 2020 года на чипе Intel, работающем по новому 10 нм-техпроцессу, разряжалась всего за 8 часов обычной работы. Не было разговоров о таких сутках, как сейчас.
Эта проблема касалась всех ноутбуков, а не только Apple.
В то время как процессоры Intel замедлили свое развитие, видеокарты AMD всегда потребляли много энергии.
Однако что вообще привело мирового лидера в области процессоров к тому, что он упёрся в стеклянный потолок?
Apple не могла выпускать чипы на x86
Фото из поста, посвященное моей попытке перейти на MacBook Air с чипом Intel после M1 Pro.
Intel — единственный производитель, который одновременно одобряет набор инструкций (x86), разрабатывает дизайн чипов, полностью разрабатывает техпроцесс и производит чипы на его основе.
Большинство патентов, связанных с разработкой процессоров на базе x86, принадлежат Intel. Тем не менее, патенты AMD, необходимые для современных чипов, также используются в этой архитектуре. Благодаря конфиденциальности большинства этих патентов эти компании являются единственными производителями процессоров с этой архитектурой.
Чтобы создать Apple Silicon, ARM предоставляет лицензию на архитектуру, Apple разрабатывает дизайн чипов, а TSMC разрабатывает и производит техпроцессы.
Преимуществом и недостатком Intel был полный контроль над вcем циклом производства чипа.
Компания переоценила возможности технологии глубокой литографии (DUV), создавая транзисторы с 22 нм до 10 нм. После 2016 года было почти невозможно улучшить точность DUV, поэтому переход с 14 нм на 10 нм затянулся.
Когда Intel представила свой первый процессор на основе 10 нм в 2019 году, тайваньский производитель чипов TSMC уже разработал техпроцесс 7 нм с использованием более эффективного метода ультрафиолетовой литографии (EUV). Такие заказчики, как AMD и Apple, инвестировали в его процессоры и мобильные чипы.
Когда речь идет о переходе с одной технологии на другую, очень дорого, поэтому Intel стала жертвой ситуации. Добавьте к этому корпоративную культуру, в которой окрылённый менеджмент заметил созревшего конкурента слишком поздно, что привело к катастрофе.
Благодаря развитию мобильных процессоров Apple семимильными шагами продемонстрировала прогресс.
В то же время iPhone с маленькой батарейкой работал всё дольше
Apple пришлось использовать ARM и TSMC для разработки процессоров для iPhone, поскольку Intel не позволяет AMD использовать x86-процессоры и не может создавать сверхэнергоэффективные чипы.
С выходом Intel 8086 в 1978 году появилась архитектура x86. Из-за обратной совместимости «оброс» модулей, которая мешает оптимизации потребления энергии, дизайн на основе сложных инструкций CISC существует уже четыре десятилетия.
Архитектура ARM является на базе сокращенного набора инструкций RISC и первоначально предназначалась для выполнения простых задач на мобильных устройствах. Например, Apple продвинулась в этом вопросе, выпустив собственные графические ядра Cortex, которые использует Qualcomm.
Начиная с A4 в iPhone 4, компания сама разрабатывает дизайн процессора. Инженеры сами определяют, как расположить модули для выполнения различных задач, а также как заточить железо под свои операционные системы. Несмотря на то, что ARM предоставляет множество инструкций, которые включают поддержку машинного обучения, графики и интернета вещей, они дают большую волю в том, как и какие компоненты использовать в процессоре.
Таким образом, Apple смогла еще точнее определить свои приоритеты в отношении энергоэффективности своих чипов. Инженеры чипов смогли качественно масштабировать свои дизайны на более крупные устройства благодаря значительным успехам TSMC по уменьшению количества транзисторов и расстояния между ними.
Интеграция технологии big.LITTLE, которая объединяет высокопроизводительные ядра и энергоэффективные в одном процессоре, демонстрирует эту свободу. Кроме того, структура настроек RISC позволяет отключать ядра, если они не требуются в настоящее время.
Пример. Из шести ядер iPhone 16 Pro используются два слабых при работе в мессенджере, дополнительно два мощных, когда вы редактируете фото, и сразу все шесть, когда запускаете игру.
Благодаря системе разных ядер Apple смогла объединить два компьютера в один.
Хотя это началось с iPhone, в 2018 году уже говорили об iPad на базе A12X, что его мощность была слишком большой для операционной системы, на которой он работал, а также для приложений, которые были разработаны для iPadOS.
Автономия оставалась приоритетом. Целью Apple было создание самых тонких и привлекательных смартфонов с небольшими аккумуляторами. Даже в 2024 году мы видим, как конкуренты iPhone увеличивают объем батареи на двадцать процентов, а время работы остается идентичным.
У компании были все карты для разработки процессора для ноутбуков к 2018 году. Ей оставалось только оптимизировать операционную систему, создать необходимые инструменты для запуска программ, разработанных под Intel, и убедить разработчиков оптимизировать свои приложения под ARM как можно скорее.
История показала, что невероятное время работы, которое дала архитектура, впечатлила абсолютно всех, и создатели программ благодаря удобным инструментам от Apple вроде Catalyst, Rosetta 2 и Game Porting ToolKit быстро подтянулись.
Mac на ARM выходили ещё 20 лет назад
В течение всей своей истории Apple использовала процессоры на четырёх различных платформах:
1. Motorola 68k (CISC) c 1984 года
2. AIM PowerPС (RISC) c 1994 года
3. Intel (x86, основана на CISC) c 2005 года
4. Apple Silicon (ARM, основана на RISC) с 2020 года.
Хронология становится цикличной. PowerPС был разработан Apple, IBM и Motorola, хотя Motorola сама производила процессоры 68k.
Чипы Motorola и Intel (первое и третье поколение Mac) основаны на наборе сложных инструкций CISC, а PowerPC и Apple Silicon используют вычисления с сокращенным набором инструкций RISC. Получился маятник технологий, который Apple успешно использовала в свою пользу каждый раз.
В каждом переходе компания ориентировалась на производительность на ватт.
Этот параметр зависит от многих факторов, таких как архитектура процессора и пропускная способность памяти, но величина транзистора является основным элементом процессора, который служит единицей для вычисления задач в компьютере. Я подробно рассказывал о процессе создания чипов здесь.
Чем меньше размер транзистора, тем меньше он потребляет энергии и тем больше он может быть встроен в чип.
Компании разрабатывают различные методы уменьшения размера транзисторов. Каждый год Intel, Samsung, TSMC и другие производители процессоров улучшают «рецепт» своего дизайна, экспериментируя с материалами и производственными методами.
Это очень сложный и дорогой процесс, требующий идеальной стерильности, вакуума, мощных лазеров и специальных камер, которые сейчас производятся нидерландской ASML. Поэтому в мире всего несколько десятков компаний, которые имеют фабрики, которые производят процессоры.
Таким образом, улучшение автономности ноутбуков — это результат многолетней работы над каждым компонентом. Процессоры стали не только мощнее, но и умнее, что позволяет им быстро переключаться между режимами высокой производительности и почти полного «сна» для простых задач, экономя каждый ватт энергии.
Кроме того, экраны, которые всегда были основными пожирателями заряда, изменились. Технологии, подобные OLED и Mini-LED, позволяют отключать отдельные пиксели для отображения черного цвета, а увеличенная частота обновления используется только в крайних случаях. Хотя батареи не стали революционно больше, они теперь эффективнее и идеально сочетаются с оптимизированным «железом».
В результате мы получили устройства, которые не просто оснастили огромной батареей, а переосмыслили принцип их работы. Современные ноутбуки — это слаженная система, где каждое улучшение в чипе, экране или операционной системе направлено на одну цель: сделать так, чтобы вы могли просто работать, не думая о розетке. И, похоже, это только начало.
