Apple M1

概要

Intel MacデバイスではIntel製CPUに加えGPUや各種チップセット、さらにApple独自のチップ（Apple T2等）を個別に搭載していたが、Apple M1はiPhone 12等で搭載されているA14 BionicをベースにCPUやGPUのコア数を増強し、さらに必要な機能を追加して1つのチップとして統合したものである。これにより処理能力の向上と消費電力の抑制を両立し、Intel Macデバイスに比べ電源管理の最適化が容易となる。

CPU

ARM big.LITTLEと似たAppleの独自仕様を採用し、高性能コア「Firestorm」と高効率コア「Icestorm」各4コアの計8コアの構成とベースとなったA14 Bionicから増強されている。Appleは、高効率コアの消費電力が高性能コアの10分の1だと述べている。Firestorm「高性能コア」は、192KBのL1命令キャッシュと128KBのL1データキャッシュ、12MBのL2キャッシュは高性能コア内で共有し、クロック周波数は0.6 GHz〜3.204 GHz、最大消費電力は13.8W。Icestorm「高効率コア」は、128KBのL1命令キャッシュと64KBのL1データキャッシュ、4MBのL2キャッシュは高効率コア内で共有し、クロック周波数は0.6 GHz〜2.064 GHz、最大消費電力は1.3Wとなっている。

ユニファイドメモリ

M1チップはユニファイドメモリ構造であり、CPUやGPUといったチップ内すべてのコンポーネントがメモリアドレスを共有している。メモリには4266 MHzのLPDDR4X SDRAMが使用されており、下記画像の通りSoCと同一基板上にDRAMチップがハンダ付けで実装されている（SiPではない）。容量は8GBと16GBの2種類がある。

GPU

M1チップはAppleが設計した8コア（一部のベースモデルでは7コア）のグラフィック処理装置（GPU）が搭載されている。各GPUコアは16個の実行ユニット（EU）に分割され、各EUには8個の算術論理ユニット（ALU）が含まれている。M1チップのGPUには合計で最大128個のEUと1024個のALUが搭載され、Appleによると、最大24,576個のスレッドを同時に実行でき、最大浮動小数点演算（FP32）性能は2.6 TFLOPsである。また、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、またHEVC、H.264、ProResのデコードをサポートしている。

その他

IntelベースのMacに搭載されていたApple T2チップの後継チップ機能もパッケージされている。具体的には16コアNeural Engine（11TOPS）や画像信号プロセッサ（ISP）、NVMeストレージコントローラ、Thunderbolt 4 コントローラ（実際の製品ではThunderbolt 3に制限）が搭載されている。また、Secure Enclave などの機能を統合している。これらはメインとなる計算器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・保存する。また、マシンの固有ID（UID）とグループID（GID）も保存する。

M1を搭載したMacでは、Rosetta 2を介してIntel Mac用ソフトウェア、iPhoneやiPadのアプリを動かすことができる。