Apples Prozessoren beeindrucken durch eine hohe Leistung bei gleichzeitig niedriger Energieaufnahme. Um das zu bewerkstelligen, wurden die Chips der M-Serie mit zwei Typen an Prozessorkernen ausgestattet. Leistungskerne sind für Aufgaben zuständig, die viel Leistung erfordern und direkt mit der Bedienung eines Macs zu tun haben; Effizienzkerne arbeiten langsamer und verbrauchen dabei weniger Energie. Die Herausforderung besteht darin, Berechnungen geschickt zu verteilen: Der Mac soll alle anstehenden Aufgaben abarbeiten, andererseits nicht zu viel Energie verbrauchen oder zu heiß werden.


Im direkten Vergleich zwischen Mac-Mini-Generationen zeigen Modelle mit Apple-eigenen CPUs einen deutlich geringere Strombedarf – sowohl unter voller Last als auch bei niedrigen Anforderungen. Howard Oakley vergleicht Apples offizielle Angaben in einem Blogbeitrag. Seit PowerPC-Zeiten sanken oder stagnierten die Leistungsaufnahmen, bis sie für den letzten Intel-mini mit 6 Kernen nach oben schnellten. Mit den M-Modellen ging es dafür um so deutlicher nach unten: Der M1-Mac halbierte die Leistungsaufnahme im Ruhezustand, unter Last sank sie auf ein Drittel. Selbst der Mac mini M2 Pro mit doppelt so vielen Kernen blieb in Leistungsspitzen deutlich unter dem Sechskerner von Intel.


Flexible Nutzung anstatt Standardware
Gleichzeitig übertreffen M-SoCs ihre Intelvorgänger sowohl in Einzelkern- als auch Mehrkernleistung. Wie Apples Prozessor-Designer das erreichten, führt Oakley auf vier Faktoren zurück: Zunächst verweist GrandCentral die Threads mit niedrigem QoS-Wert an sparsame Effizienzkerne. Die jeweiligen Kerne lassen sich je nach Bedarf mit angepasster Frequenz (und eventuell Spannung) betreiben. Diese Kerne werden wiederum in Gruppen mit derselben Energieverteilung gebündelt. Und schließlich sind alle Kerne in einem einzelnen SoC zusammengefasst, was lange, energie- und zeitintensive Wege vermeidet.


Prozessorkerne agieren in Gruppen
Der Aufteilung der Prozessorkerne in Gruppen widmet sich ein separater Artikel. Bei den Standard-Chips (ohne Namenszusatz wie Pro, Max oder Ultra) existieren schlicht zwei Gruppen mit jeweils vier Kernen bei der M1- sowie M2-Generation. Die Pro- und Max-Ausführungen ergänzen das Ensemble durch weitere separate Gruppen mit zusätzlichen Performance-Prozessoren. Jede Gruppe teilt sich einen L2-Cache und läuft auf derselben Taktfrequenz. Die teureren Chips bringen also nicht bloß zusätzliche Rechenpower, sondern zudem mehr Möglichkeiten zur effizienten Lastverteilung. Oakley erläutert dies lediglich an Pro- und Max-Modellen. Übertragen auf das Ultra-Modell des M2 lässt sich aber schlussfolgern, dass ein M2 Ultra über vier Gruppen mit je vier Performancekernen sowie zwei Gruppen á vier Effizienzkerne verfügt. Der M3-Chip erweitert die Gruppen auf bis zu sechs Kerne. Anfang des Jahres konnte Oakley nachweisen, wie M3-Prozessoren ihre Effizienzkerne flexibel im Bereich zwischen 774 und 2748 MHz betreiben, um auf Leistungsspitzen zu reagieren.