A Apple está a inovar a forma como os componentes interagem dentro de um computador portátil. Com a introdução dos chips M1 nos novos Macs, surge uma nova “Arquitetura de Memória Unificada” (UMA), que impulsiona significativamente a performance da memória. Vamos explorar como a memória opera no Apple Silicon.
Como o Apple Silicon Gerencia a RAM
Em novembro de 2020, a Apple revelou uma nova gama de Macs, incluindo os modelos MacBook Air, MacBook Pro e Mac Mini, que são equipados com o processador M1, um chip baseado na arquitetura ARM. Este movimento, há muito antecipado, é o resultado de uma década de desenvolvimento de processadores ARM pela Apple, originalmente para iPhones e iPads.
O M1 é um sistema num chip (SoC), integrando não só a CPU, mas também a GPU, controladores de E/S, o Neural Engine para tarefas de inteligência artificial e, crucialmente para a nossa análise, a própria RAM. É importante notar que a RAM não está no mesmo silício que os núcleos do SoC, mas sim posicionada ao lado, como se pode observar na imagem.
A integração de RAM no SoC não é uma novidade. SoCs de smartphones já incorporam RAM. A Apple adotou esta prática desde pelo menos 2018, com os módulos de RAM colocados lateralmente. Numa análise iFixit do iPad Pro 11, é possível observar a RAM adjacente ao processador A12X.
A grande diferença agora é que esta estratégia está a ser implementada nos Macs, computadores projetados para tarefas mais exigentes.
Conceitos Básicos: O que são RAM e Memória?
RAM, ou Random Access Memory, é a principal componente da memória do sistema, utilizada para o armazenamento temporário de dados que o computador está a usar no momento. Estes dados podem incluir arquivos do sistema operativo, uma folha de cálculo em edição ou o conteúdo das páginas abertas no navegador.
Quando um ficheiro de texto é aberto, a CPU recebe as instruções e o programa a usar. A CPU carrega os dados necessários na memória e gere as alterações, acedendo e manipulando a informação na memória.
Tradicionalmente, a RAM é encontrada em módulos longos e finos, encaixados em slots específicos em portáteis ou motherboards de computadores de secretária. Pode também ser um módulo retangular soldado à placa-mãe. Como visto aqui. No entanto, a RAM sempre foi um componente separado nos PCs e Macs, com o seu próprio espaço na placa.
M1 RAM: Uma Integração Inovadora
Os módulos físicos de RAM são ainda entidades distintas, mas encontram-se no mesmo substrato do processador. O ponto principal é que esta proximidade acelera o acesso à memória, melhorando o desempenho. A Apple está a otimizar a forma como a memória é usada no sistema.
A abordagem da Apple, designada por “Arquitetura de Memória Unificada” (UMA), consiste em utilizar um único conjunto de memória acessível a todos os componentes do processador. Se a GPU necessitar de mais memória, pode aumentar a sua alocação enquanto outras partes do SoC reduzem a sua utilização. Não é necessário separar porções de memória para cada componente, eliminando a necessidade de transferir dados entre diferentes espaços de memória. Desta forma, a GPU, CPU e outros componentes podem aceder aos mesmos dados na mesma localização de memória.
Para ilustrar a importância disto, imagine como um videojogo é executado. A CPU recebe as instruções do jogo e transfere os dados para a GPU. A GPU trabalha sobre esses dados utilizando o seu próprio processador e RAM integrada. Mesmo em processadores com gráficos integrados, a GPU mantém a sua própria porção de memória. Otimizando este processo e eliminando a necessidade de mover dados para frente e para trás, o desempenho pode ser significativamente melhorado.
Conforme mencionado no site oficial do M1, a Apple afirma que a UMA unifica a memória de alta largura de banda num único conjunto. Isto permite que todas as tecnologias no SoC acedam aos mesmos dados, melhorando a eficiência e o desempenho. Aplicações de vídeo correm mais rapidamente, os jogos são mais ricos e o processamento de imagem é extremamente veloz, tornando todo o sistema mais reativo.
Além do acesso partilhado, a Apple utiliza memória de alta largura de banda, como referido por Chris Mellor no The Register. A proximidade entre a memória e os componentes resulta num acesso mais rápido do que o de chips de RAM tradicionais conectados por soquete.
A Apple Não é a Primeira a Explorar Memória Unificada
A Apple não é pioneira neste conceito. A NVIDIA, por exemplo, introduziu a Memória Unificada há cerca de seis anos, oferecendo um espaço único de memória acessível por todos os processadores do sistema. No entanto, a NVIDIA usa uma abordagem que paginam os dados necessários entre a CPU e a memória da GPU nos bastidores.
A abordagem da Apple, contudo, parece não usar essas técnicas de bastidores. Cada componente do SoC acede exatamente ao mesmo local de memória.
O resultado da UMA da Apple é um melhor desempenho, acesso mais rápido à RAM e um espaço de memória partilhado, que elimina as penalidades de desempenho associadas ao movimento de dados entre diferentes endereços.
Quanta RAM é Necessária?
A solução da Apple não é sem desvantagens. A integração da RAM no M1 impede atualizações posteriores. Se optar por um MacBook Air com 8GB de RAM, não será possível aumentar a sua capacidade. É verdade que, há algum tempo, a atualização de RAM já não era possível em MacBooks. Os Mac Minis anteriores permitiam essa atualização, mas não as novas versões com M1.
Os primeiros Macs M1 chegam até 16 GB. Pode escolher um Mac M1 com 8 GB ou 16 GB de memória, mas não mais do que isso. A instalação de um módulo de RAM num slot já não é uma opção.
Quanto à quantidade de RAM necessária, a recomendação geral para PCs com Windows é de 8 GB para tarefas básicas. Jogadores podem precisar de até 16 GB, e profissionais que trabalham com edição de vídeo de alta resolução podem precisar de mais. Para os Macs M1, o modelo base com 8 GB deve ser suficiente para a maioria dos utilizadores. No entanto, é difícil determinar, uma vez que os benchmarks disponíveis são principalmente sintéticos.
O mais importante é saber como um Mac M1 lida com vários programas e abas do navegador simultaneamente. É importante notar que a otimização de software pode influenciar significativamente o desempenho. Contudo, o que a maioria das pessoas quer ver é como os novos Macs se comportam no “mundo real”.
Stephen Hall do 9to5 Mac obteve resultados impressionantes com um MacBook Air M1 com 8 GB de RAM. Para o laptop começar a falhar, precisou de ter 24 abas do Safari, seis janelas do Safari reproduzindo vídeo em 2160p e o Spotify em execução, além de fazer capturas de tela. Só então o computador finalmente parou.
No TechCrunch, Matthew Panazarino foi ainda mais longe com um MacBook Pro M1 com 16 GB de RAM. Abriu 400 abas no Safari (além de outros programas) sem problemas. Experimentou o mesmo com o Chrome, que falhou, mas o resto do sistema continuou a funcionar sem problemas. Durante os seus testes, o laptop usou espaço de troca sem uma quebra de desempenho visível.
Quando um PC fica sem RAM, utiliza o armazenamento SSD ou HDD como uma área de memória temporária, o que pode causar uma desaceleração. Nos Macs M1, este impacto parece ser mínimo.
Estas são experiências do dia-a-dia, não testes formais. Mesmo assim, eles são representativos do que se pode esperar para o uso diário. Dada a abordagem inovadora da memória, 8 GB de RAM devem ser suficientes para a maioria dos utilizadores que não abrem centenas de abas no navegador. Contudo, se realizar edição de imagens ou vídeos grandes enquanto navega em dezenas de abas e transmite um filme num monitor externo, o modelo com 16 GB pode ser a melhor opção.
Esta não é a primeira vez que a Apple reformula os seus sistemas Mac e muda para uma nova arquitetura.