Tổng hợp về Apple Silicon M (đã cập nhật đến M5 Pro, M5 Max)

Media Engine của Apple là một bộ xử lý chuyên biệt, được tích hợp vào các con chip Apple Silicon (như dòng M và một số chip A), có chức năng chính là tăng tốc quá trình xử lý các tác vụ liên quan đến video và đa phương tiện. Nó hoạt động độc lập với CPU và GPU, giúp tối ưu hiệu suất và tiết kiệm năng lượng cho thiết bị.
Hiện nay toàn bộ các Apple Silicon trừ M1 Base, thì tất cả đều có bộ engine xử lý H.264, HEVC, ProRes, ProRes RAW, từ M3 trở đi có thêm AV1 decode.

Các công việc chính của Media Engine

• Media Engine Decode – Mã hóa và giải mã video: Media Engine tăng tốc đáng kể các tác vụ nén (mã hóa) và giải nén (giải mã) các tệp video. Điều này rất quan trọng đối với các nhà sáng tạo nội dung, giúp việc xuất video (render), phát lại, và chuyển đổi định dạng video diễn ra nhanh chóng, mượt mà hơn.
• Media Engine ProRes / ProRes RAW Decode – Hỗ trợ định dạng chuyên nghiệp: Các phiên bản Media Engine cao cấp trên chip M1 Max, M1 Ultra và các dòng chip M sau này còn có khả năng tăng tốc phần cứng cho các codec chuyên nghiệp như ProRes và ProRes RAW. Điều này cho phép các nhà làm phim chuyên nghiệp xử lý nhiều luồng video 4K và 8K chất lượng cao mà không bị gián đoạn.
• Tối ưu hóa hiệu suất và năng lượng: Bằng cách xử lý các tác vụ đa phương tiện một cách hiệu quả, Media Engine giảm tải cho CPU và GPU. Điều này giúp hệ thống hoạt động mát hơn, tiêu thụ ít điện năng hơn và kéo dài thời lượng pin cho thiết bị.
• Xử lý nhiều luồng video cùng lúc: Các chip cao cấp như M1 Ultra có số lượng Media Engine nhiều hơn, cho phép xử lý đồng thời nhiều luồng video 8K, giúp các chuyên gia video làm việc hiệu quả hơn.
• Media Engine Encode – Hỗ trợ xuất video nhanh từ các ứng dụng sáng tạo: Các ứng dụng như Final Cut Pro, DaVinci Resolve và Compressor được tối ưu hóa để tận dụng tối đa sức mạnh của Media Engine, mang lại hiệu suất vượt trội so với các hệ thống không có bộ xử lý chuyên dụng này.

Tóm lại, Media Engine là “cánh tay phải” của các nhà sáng tạo nội dung và những người dùng thường xuyên làm việc với video, giúp họ xử lý các tác vụ phức tạp một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn rất nhiều.

RAM Unified Memory là gì, hoạt động ra sao?

Unified Memory, hay Bộ nhớ Hợp nhất, là một kiến trúc bộ nhớ tiên tiến được Apple sử dụng trên các chip Apple Silicon (như dòng M và A). Thay vì sử dụng các bộ nhớ riêng biệt cho từng thành phần (RAM cho CPU và VRAM cho GPU), Unified Memory kết hợp tất cả vào một nhóm bộ nhớ duy nhất, tốc độ cao và có độ trễ thấp.

Sự khác biệt so với kiến trúc truyền thống

Kiến trúc truyền thống (trên PC thông thường)

• Bộ nhớ kiểu truyền thống: CPU có bộ nhớ chính (RAM) và GPU có bộ nhớ đồ họa riêng (VRAM).
• Sao chép dữ liệu: Khi CPU cần gửi dữ liệu cho GPU, nó phải sao chép dữ liệu đó từ RAM sang VRAM. Quá trình này tạo ra độ trễ và làm giảm hiệu suất.

Kiến trúc Unified Memory (trên chip Apple Silicon)

• Bộ nhớ chung: CPU, GPU, Neural Engine và các bộ xử lý khác đều truy cập vào cùng một nhóm bộ nhớ duy nhất, được đặt ngay trên con chip (SoC).
• Không cần sao chép: Các thành phần này có thể truy cập trực tiếp vào cùng một dữ liệu mà không cần sao chép, giúp tăng tốc độ xử lý một cách đáng kể và giảm độ trễ.

Ưu điểm của Unified Memory

• Tăng tốc độ xử lý: Loại bỏ việc sao chép dữ liệu giúp tăng tốc các tác vụ đòi hỏi sự tương tác liên tục giữa CPU và GPU, như chỉnh sửa video, dựng hình 3D và chạy các tác vụ AI.
• Hiệu quả năng lượng cao: Vì tất cả các thành phần nằm gần nhau và chia sẻ bộ nhớ, Unified Memory tiêu thụ ít điện năng hơn, giúp kéo dài thời lượng pin.
• Tăng khả năng xử lý AI: Cho phép các thiết bị chạy các mô hình AI lớn hoàn toàn trên máy, giúp tăng hiệu suất và bảo mật.
• Linh hoạt hơn: Các nhà phát triển có thể phân bổ linh hoạt dung lượng bộ nhớ cho CPU hoặc GPU tùy theo nhu cầu của ứng dụng, thay vì bị giới hạn bởi dung lượng VRAM cố định như trên các hệ thống truyền thống.

Giải thích đơn giản:

Anh Em thường đọc là Apple Silicon M4 có 24GB RAM Unified Memory và có tốc độ băng thông là 120GB/s. Thì Anh Em chỉ cần tưởng tượng như sau:

Đối với độ rộng băng thông RAM Unified, nó chính là cánh cửa của một căn phòng

Đối với dung lượng RAM Unified, nó chính là diện tích của một căn phòng

Đối với SoC, các thành phần làm việc chung trên một “diện tích căn phòng” và tốc độ nhanh hay không tùy thuộc vào “độ rộng” của cánh cửa căn phòng đó
Dưới ảnh mô tả các công nhân kia đang ở trong cùng một căn phòng, cùng làm một công việc, một diễn họa của các thành phần sử dụng chung Unified Memory, và diện tích căn phòng, độ rộng cánh cửa chính là yếu tố quyết định tốc độ xử lý dữ liệu

Mối liên hệ cũng rất đặc biệt đó là dung lượng SSD, nếu mà cái phòng (RAM) của bạn đầy hoặc cái cửa phòng (băng thông RAM) nhỏ, bạn không thể chuyển mượt đồ hết từ trên xe (SSD) vào trong phòng (RAM) để xử lý tương đương với việc RAM đầy là nó Cache xuống SSD tương đương với việc đồ còn nằm chờ trên xe

Tin vui là các cấu hình của Apple Silicon luôn tỉ lệ thuận với nhau (băng thông RAM và dung lượng RAM), lên con SoC M càng cao, băng thông càng cao, mức dung lượng RAM càng cao.

Quá trình phát triển của Apple Silicon M1 đến M5:

M1 với cấu hình này, thay RAM từ LPDDR4x → LPDDR5, tăng từ 68GB/s → 100GB/s và được bổ sung 2 GPU, tiến trình sản xuất là 5nm Gen 1 → 5nm Gen 2

M2 với cấu hình này, thêm phần cứng Hardware-ray tracing, thêm định dạng AV1 decode, tiến trình sản xuất là 5nm Gen 2 → 3nm Gen 1

M3 với cấu hình này, nâng cấp RAM từ LPDDR5 → LPDDR5x, từ 100GB/s → 120GB/s thêm phần cứng 02 nhân CPU E-core, M4 có số điểm TOPS cao nhất so với tiền nhiệm là 38TOPS và được ưu ái phần cứng AV1 decode engine, tiến trình sản xuất là 3nm Gen 1 → 3nm Gen 2

M4 với cấu hình này, tốc RAM tăng từ 120GB/s lên 153GB/s, tức là cao hơn M1 ở năm 2020 2,5 lần, tiến trình sản xuất là 3nm Gen 2 → 3nm Gen 3. Trong đó có một nhân tố mới đó chính là khả năng xử lý AI được trang bị cho mỗi nhân GPU. GPU giờ đây đã là một bộ tăng tốc AI hỗ trợ Neural Engine xử lý các tác vụ liên quan đến trí thông minh nhân tạo và tăng khả năng xử lý tính toán về ảnh.

Cải tiến trong các đời SoC ngoài ở số lượng nhân CPU, GPU, còn Media Engine:

Kết:

Các bước đi nâng cấp của Apple Silicon là phải đi tiêu chuẩn từ Base, quy trình này được tóm tắt như sau:

• Base là chip khởi điểm: dành cho người dùng cơ bản phổ thông, nhưng vẫn làm việc được với các codec nằm trong thông báo của nhà sản xuất một cách đơn giản, trừ việc nếu khối lượng của Project lớn, việc này sẽ khó khăn hơn do giới hạn ở dung lượng RAM và băng thông RAM
• Pro là chip nâng cấp từ Base: dành cho người dùng trung cấp, bao gồm cả các công việc của một người dùng cơ bản phổ thông và khối lượng công việc lớn hơn, bằng chứng là băng thông RAM khởi điểm cao, từ 200GB/s (M1 Pro-M2 Pro), 150GB/s (M3 Pro), 273GB/s(M4 Pro), số nhân GPU gần như gấp đôi và được bổ sung vài nhân P-core
• Max là chip nâng cấp từ Pro: dành cho người dùng cao cấp, bao gồm cả các công việc của một người dùng bản Pro và khối lượng công việc lớn hơn, bằng chứng là băng thông RAM khởi điểm rất cao, từ 400GB/s (M1 Max-M2 Max), 300GB/s và 400GB/s (M3 Max), 410GB/s và 546GB/s (M4 Max), số nhân GPU gần như gấp đôi và được bổ sung vài nhân P-core
• Ultra là chip ghép đôi của Max: dành cho người dùng siêu cao cấp, mọi thứ ở chip Max chỉ cần x2 lên hết là được, từ số nhân CPU, GPU, Neural Engine, các nhân Media Engine và băng thông RAM