Die ersten Macs mit Apple-eigenen M1-Prozessoren stehen nun zur Vorbestellung bereit – die Geräte sollen bereits am kommenden Dienstag bei den Kunden eintreffen. Apple wechselte aber nicht nur die CPU gegen eine eigene aus, sondern der gesamte Aufbau der Mac-Plattform wurde umgebaut. Endlich verfügen selbst die Einsteiger-Modelle MacBook Air, MacBook Pro 13" und der Mac mini über eine Grafikhardware, welche auch für Spiele oder aufwändigere Anwendungen taugt. Die zuvor eingesetzten, integrierten Grafiklösungen von Intel waren schnell überfordert – manchmal selbst, wenn viele Fenster auf dem Desktop sichtbar sind.


Auf dem Apple-Event betonten die Präsentatoren mehrfach, dass Apple beim M1 (und auch bei sonstigen Apple-A-Chips) auf eine Unified Memory Architecture setzt. Doch was ist das eigentlich?

Intel Iris: Shared Memory
Die allermeisten, bisherigen Macs verfügen über eine integrierte Grafiklösung von Intel. Nur das MacBook Pro 16", der iMac, der iMac Pro und der Mac Pro bringen Grafikkarten mit dediziertem VRAM mit. Die meistverkauften Modelle, nämlich das MacBook Air und das MacBook Pro 13", müssen ohne dedizierte Grafikkarte auskommen.

Intels Grafikkarten nutzen Shared Memory. Hier wird ein fester Bereich im Hauptspeicher extra für die im Prozessor integrierte Grafikeinheit reserviert – die CPU und die integrierte GPU teilen sich einen Speicherbus. Diese Art und Weise hat diverse Nachteile: Die Aufteilung des Speichers ist fix (bei Intel aktuell 1,5 GB) und nicht veränderbar. Will die GPU auf etwas zugreifen, was im Hauptspeicherbereich der CPU liegt, muss zuerst kopiert werden.

Vorteile einer solchen Architektur sind die geringen Kosten wie auch die recht hohe Energieeffizienz – aber die Performance bleibt hier auf der Strecke.

Dediziertes VRAM / Diskrete Grafikkarte
Die Leistungsspitze stellen momentan Grafikkarten dar, welche über dediziertes VRAM verfügen. Hier handelt es sich meist um sehr schnellen Speicher, welcher bei High-End-Karten Bandbreiten zwischen 1 und 2 TB/s erreicht. Der Vorteil: Nur die GPU nutzt diesen Speicher und muss sich den Zugriff nicht mit der CPU teilen.

Trotz extrem hoher Leistungswerte bringt dieses Vorgehen aber auch Nachteile mit: Meist ist der Stromverbrauch solcher GPUs deutlich höher als bei integrierten Lösungen (bei High-End-Desktop-Karten oftmals mehrere hundert Watt) und der Platzbedarf in Laptops ist größer. Außerdem kann die GPU nicht ohne Umwege auf den normalen Hauptspeicher zugreifen – soll zum Beispiel die GPU genutzt werden, um eine bestimmte Programmfunktion zu beschleunigen, müssen die Daten erst über den (recht langsamen) PCI-Bus ins VRAM und anschließend wieder zurückkopiert werden.

Unified Memory Architecture
Beim Apple M1 (und auch bei den aktuellen Apple-A- und S-Chips) nutzt Apple eine Unified Memory Architecture. Wie bei Shared Memory wird auch hier der normale Arbeitsspeicher für die GPU verwendet – doch deutlich flexibler: Die GPU reserviert sich keinen festen Bestandteil des RAMs, sondern kann auf den gesamten Arbeitsspeicher gemeinsam mit der CPU zugreifen. Somit entfällt das Hin- und Herkopieren der Daten, welches bei dediziertem VRAM oder Shared Memory erforderlich ist.

Apple dokumentiert leider nicht, wie genau der gemeinsame Speicherzugriff der CPU und GPU realisiert ist – die Grafikperformance moderner A-Chips lässt aber vermuten, dass Apple hier tief in die Trickkiste gegriffen hat, um ein derartiges Performanceniveau zu erreichen.


Fazit
Die Unified Memory Architecture räumt mit diversen Nachteilen des Shared-Memory-Modells auf und erlaubt es, dass selbst Laptops wie das MacBook Air über eine durchaus annehmbare Grafikperformance verfügen – und zeitgleich über immens lange Akkulaufzeiten. Ein echter Vorteil ist, dass kein "Ping-Pong-Spiel" zwischen RAM und VRAM durchgeführt werden muss, wenn die CPU und die GPU gemeinsam Daten nutzen. Da aber normaler Arbeitsspeicher langsamer ist als dediziertes VRAM moderner Grafikkarten, können diese Lösungen bei Benchmarks wie zum Beispiel der Füllrate nicht vollständig konkurrieren.

Es wird sehr interessant, welchen Weg Apple für das MacBook Pro 16", den iMac oder Mac Pro verfolgt. Grundsätzlich sind hier zwei Szenarien denkbar: Entweder Apple verwendet hier dediziertes VRAM oder Apple setzt deutlich schnelleren Arbeitsspeicher ein. Letztere Möglichkeit wäre beispielsweise beim Mac Pro denkbar: Da sich dieses Modell an professionelle Anwender richtet, ist ein höherer Preis für die meisten Kunden akzeptabel. Somit könnte Apple hier die Vorteile dedizierter Grafikkarten und der Unified Memory Architecture vereinigen.