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El chip M4 de Apple, explicado: su potencia persigue exprimir hasta la última gota la pantalla Tandem OLED del iPad Pro

M4 Ap

La siguiente generación de chips pertenecientes a la familia M de Apple ya está aquí. Y ha llegado de la mano de los nuevos iPad Pro. Durante la presentación que ha tenido lugar esta misma tarde los de Cupertino han confesado que las capacidades de la pantalla Ultra Retina XDR de sus nuevas tabletas les han obligado a poner a punto un nuevo SoC en vez de apostar por alguno de los chips M3 que tienen en catálogo desde hace meses.

En la tabla de especificaciones que publicamos debajo de estas líneas no hay ninguna característica que nos invite a aceptar que el SoC M4 representa un paso de gigante frente a su predecesor. De hecho, podíamos prever buena parte de sus especificaciones antes de que Apple lo diese a conocer oficialmente. Sin embargo, no debemos pasar por alto que los de Cupertino no han desgranado en profundidad la microarquitectura de sus núcleos de CPU y GPU, y las pistas que nos han dado nos invitan a intuir que han introducido mejoras importantes en ambas lógicas.

Los chips M4, M3, M2 y M1 de Apple, en cifras

M4

M3

M2

M1

FOTOLITOGRAFÍA

3 nm (segunda generación)

3 nm

5 nm (segunda generación)

5 nm

NÚMERO DE TRANSISTORES

28.000 millones

25.000 millones

20.000 millones

16.000 millones

FABRICANTE

TSMC

TSMC

TSMC

TSMC

NÚMERO DE NÚCLEOS DE CPU

Hasta 10

8

8

8

NÚCLEOS DE ALTO RENDIMIENTO (AR)

4

4

4

4

NÚCLEOS DE ALTA EFICIENCIA (AE)

6

4

4

4

NÚMERO DE NÚCLEOS GRÁFICOS

10

10

10

8

NÚCLEOS NEURAL ENGINE (NE)

16

16

16

16

MAPA MÁXIMO DE MEMORIA UNIFICADA

24 GB

24 GB

24 GB

16 GB

TECNOLOGÍA DE MEMORIA PRINCIPAL

LPDDR5-6400

LPDDR5-6400

LPDDR5-6400

LPDDR4X-4266

ANCHO DE BANDA DE MEMORIA UNIFICADA

120 GB/s

100 GB/s

100 GB/s

68 GB/s

CODIFICACIÓN Y DECODIFICACIÓN DE VÍDEO

H.264 acelerado por hardware, HEVC, H.265, ProRes, ProRes RAW y AV1

H.264 acelerado por hardware, HEVC, H.265, ProRes, ProRes RAW y AV1

8K H.264, H.265, ProRes y ProRes RAW

4K H.264 y H.265

CONECTIVIDAD

2 x Thunderbolt 3/USB 4

2 x Thunderbolt 3/USB 4

2 x Thunderbolt 3/USB 4

2 x Thunderbolt 3/USB 4

La arquitectura del SoC M4, en detalle

De la fabricación de los chips M4 se encarga una de las compañías con las que Apple mantiene una relación más estrecha: TSMC. Al igual que los SoC de la familia M3, los chips M4 se producen en el nodo litográfico de 3 nm, pero la tecnología de integración utilizada por TSMC en la fabricación de estas dos familias no es la misma. En la producción de los SoC M3 esta compañía taiwanesa utiliza sus nodos de 3 nm de primera generación, mientras que los chips M4 salen de los nodos litográficos de 3 nm de segunda generación.

La interfaz de la memoria unificada en el SoC M4 alcanza una velocidad de transferencia máxima de 120 GB/s

Sobre el papel la tecnología de integración involucrada en la fabricación de los SoC M4 debería permitirles aventajar a los chips M3 en términos de rendimiento por vatio. Lo comprobaremos cuando tengamos la oportunidad de analizar a fondo alguno de los nuevos iPad Pro.

Por otro lado, el número de transistores que incorpora el nuevo SoC M4 es algo mayor que el del chip M3, aunque la diferencia no es abismal: 28.000 millones frente a 25.000 millones. Un apunte que merece la pena que no pasemos por alto: la interfaz de la memoria unificada en el SoC M4 alcanza una velocidad de transferencia máxima de 120 GB/s, por lo que aventaja con cierta claridad a los chips M3 y M2, que rozan los 100 GB/s.

M4specs

Vamos ahora con los núcleos de CPU del chip M4. Hasta ahora todos los procesadores de la familia M sin «apellido» (los SoC M1, M2 y M3) incorporaban 8 núcleos de CPU, pero el chip M4 aglutina hasta 10 núcleos de propósito general. Cuatro de ellos son núcleos de alto rendimiento, por lo que los seis restantes son núcleos de alta eficiencia. Nada realmente impactante hasta aquí. Sin embargo, Apple no se ha limitado a incluir más núcleos que en el SoC M3.

Los ingenieros de Apple han refinado en ambos núcleos los algoritmos de predicción de bifurcaciones del código

Y es que la microarquitectura de los núcleos de alto rendimiento y alta eficiencia del chip M4 es diferente a la de los núcleos equiparables del chip M3. Los ingenieros de Apple han refinado en ambos núcleos los algoritmos de predicción de bifurcaciones del código y han introducido aceleradores específicos para los algoritmos de aprendizaje automático.

Además, en los núcleos de alto rendimiento han incrementado la anchura de los motores de decodificación y ejecución, y en los de alta eficiencia han optimizado el motor de ejecución. No pinta nada mal, pero hasta que no probemos uno de los primeros dispositivos equipados con un SoC M4 no sabremos con certeza qué impacto tienen estas mejoras en el rendimiento de estos chips.

M4 Cpu

Vamos ahora con la lógica gráfica. El SoC M4 incorpora diez núcleos de GPU, al igual que los chips M3 y M2 (el M1 tiene «solo» 8 núcleos de este tipo). Sin embargo, su microarquitectura es diferente a la de sus predecesores. Apple, como de costumbre, ha sido muy escueta al indicarnos las características de su nueva microarquitectura de GPU, pero al menos sabemos que implementa la administración dinámica de la memoria caché. Esta innovación permite a los núcleos de GPU reservar de forma dinámica y en tiempo real una parte de la memoria unificada con el propósito de incrementar la utilización de la lógica gráfica, y, así, mejorar el rendimiento.

La lógica gráfica del SoC M4 implementa aceleración mediante hardware del trazado de rayos

Además, la lógica gráfica del SoC M4 implementa aceleración mediante hardware del trazado de rayos, por lo que es la primera vez que un iPad nos propone esta prestación. Será curioso comprobar cómo lucen los juegos en la nueva pantalla OLED de estas tabletas. Otra característica interesante de la GPU del chip M4 es el mesh shading, que no es otra cosa que un bloque lógico diseñado específicamente para acelerar el procesamiento de la geometría.

A grandes rasgos esta técnica actúa sobre la geometría de la escena con el propósito de transformar una geometría compleja en un paquete de mallas más sencillas que pueden ser renderizadas con mucho menos esfuerzo. Según Apple la GPU del SoC M4 es hasta cuatro veces más rápida que la lógica gráfica del chip M2. Ya lo comprobaremos.

M4 Gpu

Del motor Neural Engine para inteligencia artificial en esta ocasión Apple no nos ha contado gran cosa. El del SoC M4 incorpora 16 núcleos, exactamente los mismos de la lógica equiparable de los chips M3, M2 y M1. Eso sí, los de Cupertino nos prometen que han introducido mejoras importante en la microarquitectura de estos núcleos, lo que los hace más rápidos y eficientes que sus predecesores. De hecho, siempre según Apple, el motor Neural Engine del chip M4 es mucho más potente que el del SoC M3.

M4 Neural

El último bloque funcional del SoC M4 en el que merece la pena que indaguemos es la lógica que se responsabiliza de entregar la señal de vídeo al panel OLED de los nuevos iPad Pro. Apple asegura que ha sido rediseñada por completo para sacar el máximo partido a las matrices Tandem OLED de estas tabletas.

Además, esta lógica implementa la compensación del brillo y el color, así como la sincronización adaptativa entre 10 y 120 Hz. Sobre el papel no pinta nada mal, aunque de nuevo tendremos que esperar hasta que caiga en nuestras manos uno de los nuevos iPad Pro para confirmar si su calidad de imagen es realmente tan alta como nos ha prometido Apple.

M4 Display

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