Por que a Intel e a AMD não fabricam chips como o M2 Max e o M2 Ultra

A Apple abandonando a Intel para fabricar seus próprios processadores para produtos Mac obviamente correu muito bem. Seus chips M2 baseados em ARM reúnem núcleos poderosos de CPU e GPU em um único pacote, oferecendo uma excelente combinação de desempenho médio a sofisticado para todo o portfólio de Mac. Isso beneficiou especialmente produtos como o MacBook e o Mac Mini, que não têm espaço para um poderoso placa gráfica, mas pode acomodar os chips M1 e M2 de última geração (como o M2 Max) com gráficos integrados poderosos bem. O M2 Pro, M2 Max e M2 Ultra são incríveis.

Então, por que a Intel e a AMD não fazem a mesma coisa e fabricam seus próprios chips grandes com muitos núcleos de CPU e GPU? Afinal, ambos oferecem boa tecnologia de CPU e GPU, eles já fazem coisas para PC há tanto tempo como a Apple (e o design do processador por muito mais tempo), e eles têm muito mais controle sobre o processador mais amplo mercado. Mas, em última análise, a Intel e a AMD têm vários bons motivos para não copiar as variantes maiores do M2 da Apple.

Intel e AMD têm capacidade tecnológica para fabricar um chip semelhante ao M2

Mas primeiro, vamos esclarecer uma coisa: a Intel e a AMD podem fabricar um chip como o M2 Max ou mesmo o M2 Ultra, se quiserem. Embora o M2 Pro, Max e Ultra sejam bastante diferentes do que estamos acostumados no PC, tudo o que a Apple fez foi criar um grande chip que inclui núcleos de CPU e GPU. A Intel e a AMD fabricam CPUs com gráficos integrados há anos, e a única diferença substancial entre os Core i9-13900K ou Ryzen 9 7950X e a série Apple M2 é que os chips M2 maiores possuem um processador muito maior e mais poderoso GPU.

Também não é como se a Intel e a AMD já não tivessem fabricado chips semelhantes aos processadores M2 maiores, mesmo antes do lançamento do M1. A série Kaby Lake G da Intel combinou uma CPU Kaby Lake quad-core com uma GPU Vega de médio porte da AMD, e embora Kaby Lake G foi um fracasso comercial e não funcionou muito bem, no final das contas ofereceu o que era na época uma CPU e GPU poderosas combinação.

Um dos principais produtos da AMD, é claro, é seu APU, que na verdade é apenas um termo de marketing para descrever as CPUs da AMD com gráficos integrados destinados a jogos. A linha de APUs de maior sucesso da AMD são aquelas usadas em consoles, desde que o Xbox One e o PS4 foram lançados, há uma década. As mais recentes APUs de console da Série X e PS5 combinam uma CPU Zen 2 de 8 núcleos com uma GPU RDNA2 de médio porte, colocando-o em um nível semelhante pelo menos ao M1 Pro e M2 Pro, e talvez até mesmo a alguns dos chips de última geração também.

O M2 tem algumas desvantagens que a Intel e a AMD não gostariam

Embora a série M2 da Apple seja muito legal e ótima para a Apple, não é de forma alguma o processador perfeito e tem algumas desvantagens significativas em comparação com os chips da Intel e AMD. Essas desvantagens têm a ver principalmente com memória, contagem de núcleos e fabricação, que têm um grande impacto no desempenho e no preço.

A coisa mais estranha nos processadores M da Apple (pelo menos na minha opinião) é a memória. Normalmente, CPUs e gráficos integrados leves não exigem tanta largura de banda, então a Intel e a AMD tendem a emparelhar seus chips convencionais com pequenos barramentos de memória de 128 bits. No entanto, as GPUs exigem muita largura de banda de memória, e é por isso que as GPUs discretas são combinadas com GDDR VRAM e têm mais barramentos de memória, sendo 128 bits geralmente o mínimo e reservado apenas para arquivos muito pequenos GPU.

No entanto, a Apple coloca gráficos integrados muito poderosos em seus chips M, e isso requer muito mais largura de banda de memória do que o normal. Enquanto o M2 é normal e possui barramentos de largura de 128 bits, o M2 Pro e M2 Max têm largura de 256 e 512 bits barramentos, e como o M2 Ultra é composto por dois M2 Maxes combinados, isso significa que o Ultra tem uma enorme largura de 1024 bits ônibus. Esses barramentos ocupam muito espaço e representam cerca de 13% do tamanho do M2 Max e Ultra, o que é muito espaço para dedicar apenas aos barramentos de memória.

Toda aquela área reservada aos barramentos de memória tem efeito dominó. Há menos espaço para mais núcleos de CPU e GPU, o que deixa o M2 Pro e o M2 Max um pouco inexpressivos quando se trata de desempenho por mm2. Por exemplo, o M2 Ultra no Mac Studio está bem atrás do Core i9-13900K e do Ryzen 9 7950X (que são duas das melhores CPUs) em benchmarks como Cinebench, especialmente em desempenho multithread. Estas são CPUs muito, muito menores graças ao fato de não serem prejudicadas por um enorme sistema de memória exigido por uma grande GPU integrada.

Tentar combinar uma grande CPU, uma grande GPU e um grande sistema de memória em um único chip tem consequências para a fabricação. Com um tamanho de matriz estimado de 550 mm2 (assumindo que a comparação lado a lado da Apple acima está em escala como nenhuma medições parecem existir), o M2 Max é super grande e o M2 Ultra é o maior chip de consumo já feito em mais de 1.000mm2. O custo de produção dessas coisas no nó de 5 nm da TSMC deve ser astronômico.

Simplesmente não é o estilo da Intel ou da AMD oferecer silício altamente especializado para o mainstream

Mas, além de todos os problemas de hardware que chips como as grandes versões do M2 apresentam, há também uma diferença fundamental nos modelos de negócios aqui. A Apple é muito diferente da Intel e da AMD: ela fabrica seus próprios processadores e seus próprios produtos especiais. Enquanto isso, a Intel e a AMD estão fabricando chips que alimentam quase todos os PCs que não sejam Macs em todo o mundo. mundo, e perseguir um mercado tão grande significa que a especialização é uma desvantagem e não um vantagem. Isso cria um conjunto muito diferente de incentivos para cada empresa quando se trata de projetar hardware.

Se a Intel e a AMD tentassem fabricar seus próprios processadores grandes do tipo M2, um grande problema seriam as placas-mãe. O que é bom nas CPUs x86 tradicionais e convencionais é que elas tendem a ser bem pequenas e não exigem nada maluco. Mas para atender um chip semelhante ao M2 Max/Ultra, a Intel e a AMD teriam que lançar novas placas-mãe com soquetes enormes, toneladas de Estágios VRM e provavelmente oito slots de memória que você teria que preencher totalmente com módulos rápidos para obter uma boa GPU desempenho. Obviamente, isso é muito caro e complicado.

A Apple pode se safar de tudo isso porque o M2 foi feito especificamente para o tipo de computador que a Apple deseja fabricar e para o que seus clientes desejam comprar. A Intel e a AMD não podem fazer isso porque gostamos de ter uma grande variedade de CPUs que podemos colocar em PCs personalizados, mas semelhantes, onde é apenas plug and play quando se trata de RAM, armazenamento e GPUs. Imagine ter que atualizar seu processador de 1.000 mm2 se você quiser apenas mais rápido gráficos; se você pensou que RTX4090 fosse caro, você provavelmente iria à falência com uma única atualização.

Mas funciona nos dois sentidos e o M2 tem algumas vantagens distintas. Por exemplo, embora as CPUs e GPUs da Apple sejam bastante fracas em comparação com os produtos de última geração fabricados pela Intel, AMD e Nvidia, a pilha de produtos M2 de cima a baixo tem desempenho de codificação de ponta. A Apple pode justificar a adição desses codificadores aos seus chips porque muitas pessoas já usam dispositivos Apple para editar vídeos. Mas como as CPUs Intel e AMD são essencialmente chips de tamanho único para uma ampla variedade de casos de uso, esses codificadores de última geração não fariam sentido, especialmente quando as GPUs de última geração podem compensar.

Tanto o hardware quanto os diferentes modelos de negócios são inseparáveis ​​um do outro quando se trata de design de processador para essas três empresas. Se fosse apenas hardware, tecnologia e especificações, provavelmente veríamos a Intel e a AMD tentando fazer um processador como a linha M2 também. Mas a Apple é uma empresa de design de computadores que fabrica os seus próprios processadores, enquanto a Intel e a AMD são empresas de design de processadores que vendem os seus processadores a outras empresas.

Existem alguns casos em que chips do tipo M2 da Intel e AMD poderiam prosperar

Embora seja muito improvável que o PC tradicional seja um espaço onde a Intel e a AMD possam introduzir um grande processador com muitos núcleos de CPU e GPU, acho que tal chip poderia ter sucesso em outras áreas. Uma das inovações mais recentes da Intel e da AMD são os chips (ou "tiles", como a Intel os chama), o que tornaria mais fácil construir um processador como o M2, já que a Intel e a AMD poderia simplesmente pegar chips generalizados por si só e combiná-los de tal forma que criasse esse processador grande e especializado (que também seria mais barato de fazer com chips).

Os consoles são um lugar óbvio onde esses tipos de chips funcionaram para x86, mas NUCs ou desktops OEM ou mesmo laptops podem ser mais adequados para um processador tipo M2. Afinal, esses dispositivos já estão bastante bloqueados e personalizados para começar, então os benefícios de usar hardware projetado para ser compatível com muitos outros componentes não é tão grande negócio. Não acho que haja demanda para tornar isso realidade, mas posso estar errado e, honestamente, espero que esteja, porque adoraria ter o que é basicamente uma versão para jogos do MacMini ou Mac Studio.