Notebooks

MacBook Pro, MacBook Air und Mac Mini mit M1 im Test

Über die vergangenen Jahre hat Apple die notwendigen Schritte gemacht, um nicht nur iPhones, iPads und Macs selbst herzustellen, sondern übernimmt auch mehr und mehr die Entwicklung der einzelnen Komponenten. Im vergangenen Jahr macht man den nächsten großen Schritt und stellte mit dem M1-SoC den ersten Notebook- und Desktop-Prozessor vor, der nur der erste einer ganzen Reihe sein soll. Wir haben uns das MacBook Air, MacBook Pro und den Mac Mini mit M1 angeschaut.

2012 stellte Apple die erste Eigenentwicklung vor. Der A6 war der erste SoC auf Basis einer ARM-Architektur, der in den damaligen iPhones und iPads zum Einsatz kam. 2014 folgte der A8, der nicht mehr nur stark angepasste CPU-Kerne zu bieten hatte, sondern der auch hinsichtlich der GPU immer weitere Anpassungen erfuhr. Seit dem A11 Bionic verwendet Apple eine komplette Eigenentwicklung. Die T1- und T2-Chips, die Apple zuletzt in den MacBooks und iMacs einsetzte, waren eine Art Zwischenschritt, in dem sich Apple an einer Absicherung der Hardware über eine Secure Enclave probierte und zudem auch Elemente wie einen NVMe-Controller für SSDs einbaute.

Nun kommt alles im ersten eigenen SoC für Notebooks und Desktop-Systeme zusammen. Den M1 lässt Apple in 5 nm bei TSMC fertigen. Die Anzahl der Transistoren gibt Apple mit 16 Milliarden an. Der A14 der aktuellen iPhones und iPads kommt auf 11,8 Milliarden Transistoren.

Der M1 besitzt acht Prozessorkerne. Vier sind besonders schnelle High-Performance-Kerne (Firestorm), die die schnellsten CPU-Kerne sein sollen, die aktuell am Markt verfügbar sind. Die High-Performance-Kerne haben einen 192 kB großen L1-Instruction-Cache und einen 128 kB großen L1-Data-Cache. Den L2-Cache mit einer Kapazität von 12 MB müssen sich die vier Kerne teilen. Die vier Efficiency-Kerne (Icestorm) bieten 128 kB Instruction- und 64 kB Data-L1-Cache. Der L2-Cache ist für alle Kerne 4 MB groß. Sowohl der L2- als auch die L1-Caches steigen im Vergleich zum A13 Bionic an. Auch im Vergleich zu den Desktop-Prozessoren verbaut Apple hier vergleichsviele viel Cache.

Eine weitere wichtige Komponente des SoCs ist die GPU. Je nach Modell besitzt diese sieben oder acht Kerne. Apple spricht von einer Rechenleistung von 2,6 TFLOPS (FP32). Damit liegt die Rechenleistung in etwa im Bereich der Pascal-Mittelklasse von NVIDIA (GeForce GTX 1050/1060). Für AI-Anwendungen sieht Apple eine neuronale Engine mit 16 Kernen vor, die 11 TOPS an INT8-Rechenleistung erreichen.

Die 8 oder 16 GB LPDDR4X-4266 werden über ein 128 Bit breites Speicherinterface angebunden. Die Speicherbandbreite liegt bei 68 GB/s. Zu den weiteren Komponenten des SoCs gehören ein NVMe-Controller, ein Image Signal Processor (ISP), ein Controller für Thunderbolt 3 und USB 4, eine Display-Engine, Hardwareeinheiten für das Decoding und Encoding von Videoinhalten und PCI-Express-4.0-Lanes.

Apple packt in den M1 also alles, was man aktuell von einem SoC für diesen Einsatzbereich erwarten kann. Wie es um die Leistung bestellt ist, eben das schauen wir uns jetzt an. Allerdings werden wir kaum einen direkten Vergleich der Hardware bieten können. Entsprechende Vergleiche dazu finden sich vielfach im Netz, aber auch nicht immer sind diese sinnvoll. Wir konzentrieren uns daher auf den Vergleich der einzelnen Modelle.

Apple legt den M1 in den drei Geräten unterschiedlich aus. Nach der Fertigung findet eine Selektion statt. Die Chips, in denen nicht alle acht GPU-Kerne funktionieren, kommen mit sieben Kernen ins MacBook Air. Im Vollausbau werden sie für das MacBook Pro und den Mac Mini verwendet. Diese beiden Macs werden zudem aktiv gekühlt und daher ist die Thermal Design Power (TDP) hier auch etwas höher sein. Das MacBook Air mit passiv gekühlt mit 15 W zurecht kommen.

Zum Mac Mini hat Apple Informationen zu Stromverbrauch und Wärmeabstrahlung (BTU) veröffentlicht. Apple gibt hier einen Idle-Verbrauch von 6,8 W an. Maximal sollen es 39 W sein. An der Steckdose gemessen kommen wir auf die in der Tabelle aufgeführten Werte.

Bevor wir nun zu den Benchmarks kommen, noch ein Blick auf die eigentliche Hardware:

Apple MacBook Air mit M1

Für das neue MacBook Air hat Apple keinerlei Änderungen an der eigentlichen Gehäuseform vorgenommen. Das Design des MacBook Air bleibt also trotz M1 zunächst einmal unangetastet. Es ist aber durchaus zu erwarten, dass Apple hier mit der nächsten Generation Änderungen vornehmen wird. Dies gilt im Übrigen auch für die weiteren beiden Modelle (MacBook Pro und Mac Mini).

Bereits mit den letzten Intel-Modellen führte Apple die überarbeitete Tastatur ein, die weniger fehleranfällig sein soll. Diese kommt natürlich auch bei den M1-MacBooks zum Einsatz. Darüber hinaus ist beim MacBook Air der Touch-ID-Sensor in der rechten oberen Ecke vorhanden – auf die Touchbar verzichtet Apple weiterhin für dieses Modell. Mac-Nutzer werden das große Touchpad zu schätzen wissen. Darüber hinaus gibt es am Gehäuse und der Hardware eigentlich wenig zu sagen.

An der linken Gehäuseseite befinden sich die beiden Thunderbolt-3-Anschlüsse mit bis zu 40 GBit/s. Ebenfalls unterstützt wird USB 3.1 Gen 2 (bis zu 10 Gbit/s). Über einen dieser Anschlüsse kann das MacBook Air geladen werden, so dass während es geladen wird, nur noch ein weiterer Anschluss zur Verfügung steht. Rechts befindet sich ein 3,5 mm Klinke-Anschluss für Kopfhörer und Mikrofon. Mehr Anschlüsse bietet das MacBook Air nicht.

Da es sich beim MacBook Air mit M1-SoC um ein passives Gerät handelt, haben wir anhand einer Wärmebildaufnahme versucht einmal festzuhalten, wo sich die warmen Komponenten befinden und wie diese ihre Wärme an das Gehäuse abgeben.

Die International Electrotechnical Commission (IEC) legt im Standard IEC 60950-1 fest, dass eine Metalloberfläche für ein elektrisches Gerät (wie eben das MacBook) nicht wärmer als 55 °C werden darf. Dies bezieht sich auf eine Umgebungstemperatur von 35 °C. Mit fast 37 °C bewegen wir uns also noch unter dem Limit wenn wir unsere Raumtemperatur von 20 °C zugrunde legen.

Das MacBook Air mit M1-SoC ist in der günstigsten Variante ab 1.129 Euro erhältlich. In der M1-Variante mit acht GPU-Kernen und dann doppeltem SSD-Speicher kostet es 1.399 Euro. Apple verbaut hier immer nur 8 GB Arbeitsspeicher. Wer diesen verdoppeln möchte, muss zusätzliche 230 Euro auf den Tisch legen. Die SSD lässt sich auf bis zu 2 TB ausbauen.

Apple MacBook Pro 13" mit M1

Auch beim MacBook Pro mit M1-SoC gibt es keinerlei Änderungen in der grundsätzlichen Gehäuseform. Die Abmessungen wie Länge, Breite, Tiefe und Dicke sind identisch zu den bisherigen Intel-Modellen. Apple nutzt hier also für die erste Generation die schon vorhandene "Infrastruktur" und verpflanzt darin das neue Innere.

An dieser Stelle sei aber auch angemerkt, dass man beim MacBook Pro in 13 Zoll immer zwischen zwei Modellen unterscheiden konnte und dies auch weiterhin tun muss. Es gab eine Einsteiger-Variante mit zwei Thunderbolt-Anschlüssen und eine zweite, die rechts und links am Gehäuse über jeweils zwei, also ingesamt vier Anschlüsse verfügt. Apple stattet zunächst nur das Einsteiger-Modell mit zwei Thunderbolt-Anschlüssen mit dem M1 aus. Wer unbedingt vier Anschlüsse benötigt und auf einen M-SoC wechseln möchte, muss sich also noch etwas gedulden. Apple wird hier sicherlich auch auf einen stärkeren M2 wechseln, wenn es dann auch ein MacBook Pro 13" mit vier Thunderbolt-Anschlüssen geben wird.

Während das MacBook Air mit M1 komplett passiv betrieben wird, kommt beim MacBook Pro weiterhin eine aktive Kühlung zum Einsatz. Die dazugehörigen Öffnungen befindet sich hinter dem Display-Scharnier. Rechts und Links sind Gitter zu erkennen, durch welche die beiden Lüfter ihre warme Abluft aus dem MacBook-Gehäuse pusten.

Ansonsten bekommen wir auch beim MacBook Pro 13" mit M1 nun die neue Tastatur. Eine Touchbar gibt es hier ebenfalls weiterhin, allerdings hatte Apple die ESC-Taste schon bei der letzten Intel-Generation wieder von der Touchbar entfernt und in eine physikalische Taste umgewandelt. Wer sich schon einmal mit dem letzten MacBook Pro 13" mit Intel-Prozessor beschäftigt hat, dem wird auch die M1-Variante keinerlei Überraschungen bereiten.

Schlussendlich wollen wir auch hier einen Blick auf die Wärmebildaufnahmen werfen:

Auch beim MacBook Pro 13" zeigt sich die größte Wärmeentwicklung im mittleren Bereich des Gehäuses. Die Temperaturen der Gehäuseunterseite liegen mit knapp über 35 °C etwa 2-3 °C unter dem, was wir beim MacBook Air gemessen haben. Allerdings kann sich das MacBook Pro 13" in etwa die doppelte Abwärme leisten, die dann aktiv gekühlt werden muss.

Das günstigste MacBook Pro 13" mit M1-SoC kostet 1.449 Euro. Acht CPU-Kerne und acht GPU-Kerne bekommt man beim MacBook Pro immer, während beim MacBook Air in der günstigsten Variante ein GPU-Kern fehlt. Für den doppelten SSD-Ausbau liegt der Preis bei 1.679 Euro und auch hier kann der Arbeitsspeicher für zusätzliche 230 Euro auf 16 GB verdoppelt werden.

Apple Mac Mini mit M1

Was für die beiden bisherigen M1-Geräte galt, gilt auch für den Mac Mini. Apple verwendet hier das bestehende Gehäuse und verpflanzt darin seine neue Hardware. Auf der Rückseite des Mac Mini befinden sich die Anschlüsse. Hier wird etwas mehr Vielfalt geboten, als dies bei den MacBooks der Fall ist. So sind neben RJ45 für das Gigabit-Ethernet auch 2x Thunderbolt 3, 1x HDMI 2.0 und 2x USB 3.1 Gen 2 zu finden.

Der Mac Mini mit M1-SoC stellt den günstigsten Einstieg in die M1-Welt dar. 799 Euro kostet die Basisausstattung mit einem M1 mit acht CPU- und acht GPU-Kernen. Auch hier gibt es also keinerlei Unterscheidung wie beim MacBook Air. Weiterhin vorhanden sind wie üblich 8 GB Arbeitsspeicher und eine 256 GB SSD. Für den doppelten SSD-Speicher werden in der Konfiguration 1.029 Euro fällig und auch hier kann der Arbeitsspeicher für 230 Euro verdoppelt werden.

Auch wenn die Oberflächentemperaturen beim Mac Mini sicherlich keine große Rolle spielen, so haben wir uns auch hier angeschaut, wie warm die Öffnung wird, durch die der Kühler des Mac Mini seine Abwärme nach Außen transportiert.

Mit 37 °C liegen wir auch hier im Bereich dessen, was wir bei den MacBooks gesehen haben. Im Rahmen der Messungen zur Lautstärke gehen wir auf dieses Thema noch einmal genauer ein, aber bereits hier bleibt festzuhalten, dass die von Apple gewählten Kühllösungen mit der Abwärme des M1 in den unterschiedlichen Konfigurationen problemlos zurechtkommen.