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Apple M2 Ultra

Schnell aber womöglich mit einem PCI-Express-Flaschenhals

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Schnell aber womöglich mit einem PCI-Express-Flaschenhals
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Mit der Aktualisierung des Mac Pro und Mac Studio hat Apple einerseits beide Systeme mit dem M2 Ultra ausgestattet und zugleich den vollständigen Wechsel auf Arm-basierte Prozessoren vollzogen – hier war der Mac Pro das letzte Stück Hardware, welches noch mit Intel-CPUs bestückt war.

Durch den Wechsel auf die eigenen Chips kann Apple die Zusammenarbeit zwischen Hard- und Software in einer Art und Weise ausführen, die sonst keinem Unternehmen mit einem solchen Hardware-Angebot zur Verfügung steht. Aber vor allem ist Apple nicht mehr von externen Produktzyklen abhängig und hat den Start sowie Abschluss einer Entwicklung sowie fast die komplette Lieferkette in eigenen Händen - nur einen Auftragsfertiger benötigt man natürlich noch.

Mit dem M2 Ultra wurde nun ein Chip vorgestellt, der eigentlich aus zwei Einzelchips besteht, die dann im Packaging zusammengebracht werden. Bereits der M2 Max ist also darauf vorbereitet, als M2 Ultra verarbeitet zu werden. Er besitzt die entsprechende Interconnect-Logik auf einer Seite des Chips. Die Bandbreite des Silicon-Interposer (von Apple UltraFusion genannt) liegt bei 2,5 TB/s.

Durch die hohe Bandbreite und geringe Latenz des UltraFusion-Interconnect stellt sich der SoC der Software gegenüber wie ein einzelner Chip dar. Dies trifft insbesondere auf die GPU zu. Auf 134 Milliarden Transistoren kommt der M2 Ultra, wie groß er ist, dazu macht Apple keinerlei Angaben. Da der M1 Ultra aber bereits 840 mm² erreicht, wird der Nachfolger die Grenze von 1.000 mm² wohl reißen.

Gegenüberstellung der M1-Chips
  M1 M2M1 Pro M2 ProM1 Max M2 MaxM1 UltraM2 Ultra
Transistoren 16 Milliarden 20 Milliarden33,7 Milliarden 40 Milliarden57 Milliarden 67 Milliarden114 Milliarden134 Milliarden
Fertigung 5 nm 5 nm5 nm 5 nm5 nm 5 nm5 nm5 nm
Chipgröße 119 mm² ~ 143 mm²~ 240 mm² ~ 288 mm²~ 420 mm² ~ 510 mm²~ 840 mm²-
Hochleistungskerne 4 48 88 81624
L1-Instruction-Cache 192 kB 192 kB192 kB 192 kB192 kB 192 kB192 kB192 kB
L1-Data-Cache 128 kB 128 kB128 kB 128 kB128 kB 128 kB128 kB128 kB
L2-Cache 12 MB 16 MB24 MB 24 MB24 MB 24 MB48 MB48 MB
Energieeffizienzkerne 4 42 42 448
L1-Instruction-Cache 128 kB 128 kB128 kB 128 kB128 kB 128 kB128 kB128 kB
L1-Data-Cache 64 kB 64 kB64 kB 64 kB64 kB 64 kB64 kB64 kB
L2-Cache 4 MB 4 MB4 MB 4 MB4 MB 4 MB4 MB4 MB
GPU-Kerne 8 1016 1932 386476
GPU-Rechenleistung 2,6 TFLOPS 3,3 TFLOPS5,2 TFLOPS 6,2 TFLOPS10,4 TFLOPS 12,4 TFLOPS20,8 TFLOPS27,2 TFLOPS
Arbeitsspeicher 16 GB
LPDDR4X
128 Bit
68 GB/s
24 GB
LPDDR5
128 Bit
100 GB/s
32 GB
LPDDR5
256 Bit
200 GB/s
46 GB
LPDDR5
256 Bit
200 GB/s
64 GB
LPDDR5
512 Bit
400 GB/s
96 GB
LPDDR5
512 Bit
400 GB/s
128 GB
LPDDR5
1.024 Bit
800 GB/s
192 GB
LPDDR5
1.024 Bit
800 GB/s

Im Mac Pro und Mac Studio kommen nun maximal 24 Hochleistungs- und 8 Effizienzkerne  zum Einsatz. Der Sprung in der Anzahl der Kerne ist sicherlich spürbar, aber nicht überragend. Dies liegt auch daran, dass es Apple beim M1 zum M2 eher langsam angegangen ist. Erst mit dem M3 wird wieder ein größerer Sprung erwartet.

Auf 192 GB an LPDDR5 kommt der M2 Ultra nun. Zusammen mit den 32 Kernen der Neural Engine können 31,6 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde ausgeführt werden. Damit könnte sich ein M2 Ultra auch für das AI-Training anbieten. Die Bandbreite des Speichers liegt bei 800 GB/s.

Auf dem Papier ist also jeder Mac Pro oder Mac Studio mehr als ausreichend ausgestattet.

Viel I/O mit einer Einschränkung

Hinsichtlich der Rechenleistung ist der M2 Ultra über jeden Zweifel erhaben. Doch abgesehen vielleicht noch vom Mac Studio sind die übrigen Mac und MacBooks nicht immer besonders üppig mit Anschlüssen ausgestattet. Mit den neuen MacBook-Pro-Modellen gab es hier zwar bei Apple ein Umdenken, dieses erstreckt sich aber noch nicht über alle Produkte.

Der Mac Studio mit M2 Ultra bietet sechsmal Thunderbolt 4 (40 GBit/s) und unterstützt darüber bis zu acht Displays (bei einer Auflösung von bis zu 4K bei 60 Hz). Wahlweise sind aber auch sechs Displays mit einer Auflösung von bis zu 6K bei 60 Hz oder drei Displays mit einer Auflösung von bis zu 8K bei 60 Hz möglich. Der HDMI-Ausgang kann 8K bei 60 Hz oder 4K bei 240 Hz ausgeben. Hinzu kommen noch 10-Gbit-Ethernet. Hinzu kommen noch zweimal USB-A mit 10 GBit/s.

Beim Mac Pro sind insgesamt acht Thunderbolt-Anschlüsse mit bis zu 40 GBit/s vorhanden. Es können aber weiterhin acht Displays angesteuert werden. Zudem vorhanden sind zwei HDMI-Ausgänge und ebenfalls zwei Anschlüsse für ein 10-Gbit-Ethernet. Ein USB-A nach Außen gibt es hier gar nicht.

Aber die Stärke des Mac Pro war und soll weiterhin sein, dass hier PCI-Express-Karten eingesteckt werden können. Wer nun auf PCI-Express 5.0 gehofft hat, wird allerdings enttäuscht werden, denn die M2-Serie unterstützt "nur" PCI-Express 4.0. Darüber sind auch die SSDs angebunden, die im Mac Studio und Mac Pro stecken. Aufrüsten lassen sich diese nur über die von Apple angebotenen SSD-Upgrade-Kits.

Zurück zu PCI-Express: Ein PCIe-3.0-x4-Steckplatz dient nur der Apple I/O Karte mit USB und HDMI darauf. Es gibt aber auch sechs PCI-Express-4.0-Steckplätze in voller Länge, von denen aber nur zwei die vollen 16 Lanes anzubieten haben, während die vier weiteren nur über acht Lanes verfügen. Sollte das Thema PCI-Express-Erweiterung also für den Nutzer ein Thema sein, so sollte man sich an dieser Stelle auch bewusst sein, dass Apple aktuell nur PCIe 4.0 anzubieten hat und hier auch nicht alle Steckplätze über die volle Anbindung verfügen. Dabei setzt Apple schon auf PCIe-Bridge-Chips, um überhaupt auf derart viele Steckplätze mit den gebotenen Lanes zu kommen.

Das Apple Silicon ist ein beeindruckendes Stück Hardware, welches Apple auch an der richtigen Stelle einzusetzen weiß. Bisher hat man eine gute Balance als Leistung, Effizienz und dem I/O-Angebot gefunden – zumindest wenn man die Gehäuse- und Design-Entscheidungen nicht mitbestimmen lässt, welche Anschlüsse nun geboten werden und welche nicht. Bei PCI-Express-Angebot des Mac Pro sind wir uns nicht sicher. PCI-Express 4.0 und bei vielen Steckplätzen nur acht Lanes sind nicht das, was man von einer High-End-Plattform erwartet.