Wat is de Apple M1-chip? Alles wat je wilt weten

M1 chips met Apple Silicon

Sinds 2006 maakt Apple in de Mac gebruik van Intel-processoren. Die samenwerking liep niet altijd even soepel en tijdens WWDC 2020 kondigde Apple dan ook aan om eigen processoren voor de Mac te gaan ontwikkelen onder de naam Apple Silicon. Apple heeft daarmee Intel aan de kant gezet en stapt volledig over op eigen processoren, op basis van de ARM-instructieset. Inmiddels zijn er vier varianten verschenen: de M1 en de extra krachtige M1 Pro, Max en Ultra. Op deze pagina lees je er alles over.

• Nieuw! M1 Ultra
• M1 in het kort
• Wat maakt de M1-chip bijzonder?
• Geschikte apparaten
• M1 en software
• M1 en Windows
• De techniek achter Apple’s M1 CPU
• Geheugen
• Grafische prestaties en GPU
• M1 met Neural Engine
• M1 beveiliging en Secure Enclave
• Beperkingen van M1

Apple heeft ook de M2-chip aangekondigd. Wat hieraan nieuw is, lees je in een aparte uitleg!

Nieuw! M1 Ultra

De M1 Ultra-chip is de allernieuwste variant van de M1-chip. Deze bestaat uit twee met elkaar verbonden M1 Max-chips en is daardoor extra krachtig.

M1 in het kort

Dit zijn de belangrijkste eigenschappen van M1:

• Eerste System on a Chip (Soc) voor Mac die Apple zelf heeft ontworpen
• Vier varianten: M1, Pro, Max en Ultra
• Gebaseerd op ARM-instructieset
• 5-nanometer productieproces
• Vanaf 16 miljard transistoren
• Compact en energiezuinig
• Alle componenten zijn geïntegreerd in één pakket, achteraf upgraden niet mogelijk
• Beschikbaar in diverse recente Apple-producten

M1 Pro en M1 Max: de nieuwste varianten

In oktober 2021 heeft Apple de M1 Pro en M1 Max aangekondigd, twee extra krachtige varianten van de M1-chip. Ze zijn te vinden in de MacBook Pro 2021.

Dit zijn de belangrijkste eigenschappen:

M1 Pro:

• 8- of 10-core CPU, tot 16-core GPU
• Tot 32GB unified memory (RAM)
• 200GB/s geheugen-bandbreedte
• Ondersteunt 2 externe schermen van 6K

M1 Max:

• 10-core CPU, tot 32-core GPU
• Tot 64GB unified memory (RAM)
• 400GB/s geheugen-bandbreedte
• Ondersteunt drie externe schermen van 6K, plus een 4K tv-scherm

Deze professionele M1-chips leveren volgens Apple 70% betere CPU-prestaties dan de M1. In beide gevallen krijg je 10 CPU-cores, waarvan twee energiezuinige. De nadruk ligt echter vooral op de prestaties, waarvoor de acht grotere cores verantwoordelijk zijn. In vergelijking met de Intel x86-chips kun je ook 70 procent meer rekenkracht verwachten bij hetzelfde stroomverbruik.

Er zitten 33,7 miljard transistors in en je kunt tot 32GB unified geheugen gebruiken, met een geheugenbandbreedte van 200 GB/s. Bij de M1 Max verdubbelt dit naar maximaal 64GB unified geheugen en een bandbreedte van 400 GB/s. Beide chips zijn gemaakt door TSMC volgens een 5-nanometer proces. Er zijn 33,7 miljard transistors aanwezig in de M1 Pro en maar liefst 57 miljard in de M1 Max.

Grafisch gezien kun je bij de M1 Pro maximaal een 16-core GPU aanschaffen, twee keer zoveel als bij de M1. Deze leveren 5,2 teraflops aan rekenkracht. Ook hier verdubbelt de M1 Max dit weer met maximaal een 32-core GPU en 10,4 teraflops rekenkracht.

Bij de 14-inch MacBook Pro is de M1 Pro standaard aanwezig bij de basismodellen. Wil je een M1 Max, dan kun je dit in de configuratie aangeven. Bij de 16-inch MacBook Pro is de M1 Max al op de meest krachtige modellen standaard aanwezig.

Apple biedt bij de M1 Pro/Max ook verbeterde ondersteuning voor ProRes-video, met hardware-acceleratie voor ProRes en ProRes RAW. Je kunt hierdoor meerdere 4K of 8K ProRes-video’s tegelijk bewerken.

Hieronder zie je de technische verschillen samengevat:

Je kunt bij de M1 Max tot drie Pro Display XDR’s en een vierde 4K TV-scherm aansluiten, allemaal tegelijk. Dit is een behoorlijke verbetering ten opzichte van de M1-chip, die maar één extern scherm ondersteunde. Hiervoor zijn drie Thunderbolt 4-poorten en een HDMI-poort aanwezig. De M1 Pro-chip ondersteunt twee Pro Display XDR’s. De schermen die je op de M1 Pro-chip aansluit mogen maximaal 6K (60Hz) zijn, terwijl de M1 Max-chip tot drie externe schermen van 6K en eentje van 4K (60Hz) ondersteunt. Dit blijkt uit Apple’s technische specs.

Wat maakt de M1 bijzonder?

Bij de M1 stapt Apple af van de traditionele gedachte uit de pc-wereld dat alles modulair moet zijn. Vroeger kon je je eigen pc bouwen uit onderdelen die je zelf koos. Had je meer geheugen of opslag nodig, dan kon je dat gemakkelijk bijprikken. Bij de M1 Macs is dat idee radicaal overboord gegooid. Alles is geïntegreerd in één pakket: CPU, GPU, werkgeheugen, opslag en de Neural Engine voor machine learning-taken.

Dit heeft als voordeel dat er sprake is van ‘unified’ geheugen: alle componenten kunnen het geheugen rechtstreeks aanspreken, zonder dat eerst data van het CPU-geheugen naar het GPU-geheugen hoeft te worden gekopieerd. Dit is een van de redenen waarom de M1 zo’n goede performance heeft.

Een nadeel is wel, dat je niet meer zelf je computer kunt upgraden. Dat was bij de Mac toch al vrij lastig gemaakt, maar bij de M1 is het écht niet meer mogelijk om achteraf extra RAM toe te voegen. Je moet meteen de juiste keuze maken.

De M1 is gebouwd met een 5-nanometer proces en beschikt over 16 miljard transistoren. Volgens Apple is alles geoptimaliseerd voor een klein formaat en energiezuinigheid. De chip levert dan ook meer performance per Watt, zo benadrukte Apple bij de aankondiging. Daarom bieden de eerste MacBooks met deze chip een waanzinnige performance, terwijl de batterijduur met sprongen erop voor uit is gegaan, ten opzichte van de Intel-processoren. Dit is geen reclamepraat van Apple, het blijkt daadwerkelijk uit metingen in de praktijk.

De M1 is niet de eerste chip of SoC die door Apple zelf wordt gemaakt. Ook in de iPhone, iPad, Apple TV, Apple Watch en HomePod vind je eigen chips van Apple. Daarnaast maakt Apple de T2-chip in recente Macs en de U1-chip voor Ultra Wideband.

Apparaten met M1-chip

De Apple-producten met M1-chip zijn de:

• iPad Pro 2021 voorjaar 2021
• 13-inch MacBook Air najaar 2020
• 13-inch MacBook Pro najaar 2020
• Mac mini 2020

Apple-producten met M1 Pro- en M1 Max-chip zijn de:

• 14- en 16-inch MacBook Pro 2021

M1 en software

Door de chips in eigen huis te maken heeft Apple veel meer controle over hard- en software. De Macs kunnen er precies op worden afgestemd en ook macOS Big Sur is volledig geoptimaliseerd voor de M1-processor (dit geldt uiteraard alleen voor de Macs met M1, niet voor de iPads). Hierdoor is de performance veel beter. Een leuke bijkomstigheid is dat je iPhone- en iPad-apps op de M1-processor kunt draaien. Standaard werkt dit bij alle apps, maar ontwikkelaars kunnen besluiten om ervan af te zien. Je vindt de iPhone- en iPad-apps in de Mac App Store, naast de voor macOS geoptimaliseerde apps.

Dankzij Rosetta 2 kun je op de M1 ook apps gebruiken die voor Intel-processor zijn gemaakt. Volgens Apple presteren apps op een M1 met Rosetta beter dan op een Intel-processor, waarvoor ze eigenlijk zijn gemaakt.

Ontwikkelaars kunnen universele apps maken voor Apple Silicon. Ze zijn dan zowel voor Intel als voor M1 geoptimaliseerd.

M1 en Windows

Het is momenteel al mogelijk om Windows op een Mac M1-chip werkend te krijgen. Makers van virtualisatiesoftware zoals Parallels en VMWare zijn er druk mee bezig geweest. Er gelden nog wel wat beperkingen.

De techniek achter Apple’s M1 CPU

Het kloppende hard van de M1-chip is een 8-core CPU met vier kernen gericht op performance en vier energiezuinige kernen. Deze vier energiezuinige kernen zijn op zich al krachtig genoeg om dezelfde performance te bieden als een dual-core Intel MacBook Air. Ze verbruiken alleen veel minder energie, namelijk slechts een tiende! De acht kernen werken samen om betere performance te leveren dan ooit met een Intel Mac mogelijk was. Benchmarks in de praktijk hebben inmiddels bewezen dat Apple gelijk heeft. De M1 Pro en M1 Max hebben een CPU met 10 kernen, waarvan acht gericht zijn op performance en twee op energiebesparing.

Geheugen in de M1 Macs

Bij de Macs met M1-chip kun je kiezen uit 8GB of 16GB RAM. Bij de M1 Pro loopt dit op naar 32GB en bij de M1 Max tot 64GB RAM. Hoeveel je kiest is afhankelijk van de toepassingen die je nodig hebt en je gedrag. Moet je veel zware taken uitvoeren, zoals het renderen van video’s of het laden van extreem grote fotobestanden, dan is 16GB aan te raden. Heb je graag veel tabbladen en apps open staan, dan is 16GB ook beter (hoewel je je ook zou kunnen aanleren om wat vaker dingen die je niet gebruikt, te sluiten).

De M1-chip beschikt over een zogenaamde unified memory architecture. Dit zorgt voor een hoge bandbreedte en een lage latency. De componenten van de SoC kunnen dezelfde data benaderen, zonder dat het gekopieerd hoeft te worden.

Grafische prestaties en GPU

De standaard M1 is verkrijgbaar met 7- of 8-core GPU. De 8-core GPU kan 25.000 threads gelijktijdig uitvoeren. Daardoor kan de M1 volgens Apple “extreem veeleisende taken met gemak uitvoeren”. De M1 heeft ’s werelds snelste geïntegreerde graphics in een personal computer, met een doorvoer van 2,6 teraflops. Uiteraard hebben de M1 Pro en M1 Max nog betere grafische prestaties.

Dat klinkt indrukwekkend, maar wat heb je eraan? Je kunt bijvoorbeeld video’s bewerken, een extern 6K scherm aansturen en Apple Arcade-games spelen, zonder dat je tegen technische beperkingen aanloopt.

Interessant is dat het instapmodel van de MacBook Air beschikt over een 7-core GPU. Dit heeft te maken met het feit dat Apple hiervoor ‘afgekeurde’ GPU’s heeft gebruikt. De huidige chips worden zo klein, dat er tijdens het productieproces meer fouten kunnen optreden. Normaal zouden de chips waarvan 7 van de 8 kernen perfect werken worden weggegooid, maar Apple gebruikt ze nu in een minder krachtige variant van de MacBook Air. Je krijgt dus niet een afdankertje, maar een GPU met 7 perfect werkende kernen. De 8e kern is echter uitgeschakeld omdat deze niet perfect werkte.

M1 met Neural Engine

Bij de M1-chip introduceerde Apple voor het eerst een Neural Engine op de Mac. Dit is een 16-core chip die 11 biljoen bewerkingen per seconde kan uitvoeren. In de iPhone en IPad was een dergelijke Neural Engine al aanwezig voor onder andere foto- en camerafuncties. Sinds de A11-processor uit 2017 kunnen we hiervan profiteren.

Op de MacBooks zorgt de Neural Engine voor verbeterde videobeelden, spraakherkenning en toepassingen van kunstmatige intelligentie. Zo heeft Apple ervoor gekozen om nog steeds een 720p webcam in te bouwen, maar deze levert dankzij softwarematige verbeteringen toch betere beeldkwaliteit. Dit gebeurt door de beelden met slimme trucs van de Neural Engine te optimaliseren. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een Image Signal Processor (ISP) voor mooiere beelden met minder ruis. Ook de witbalans en het dynamisch bereik wordt sterk verbeterd.

Steeds meer toepassingen maken gebruik van machine learning en kunstmatige intelligentie, dus het is logisch dat Apple de Neural Engine niet alleen in de iPhones en iPads inbouwt, maar ook in de Mac. De Neural Engine werkt daarbij nauw samen met de CPU en GPU.

M1 beveiliging en Secure Enclave

De M1 is voorzien van een Secure Enclave, die Touch ID-authenticatie en andere beveiligingstaken uitvoert. Voorheen zat de Secure Enclave verwerkt in de losse T1- of T2-chip. Bij de M1 heeft Apple het echter direct geïntegreerd.

Voor de SSD-opslag heeft Apple een nieuwe, krachtige storage controller met AES-hardwareversleuteling toegevoegd. Dit is veiliger en levert betere performance. Volgens Apple zijn de SSD’s in de M1 MacBooks tot 2x zo snel als op Intel.

Beperkingen van M1

De M1-chip van Apple is op veel punten geweldig, maar er zitten ook nadelen aan:

• Alle onderdelen zijn geïntegreerd in de M1, zodat je achteraf niets meer kunt upgraden. Dit geldt bijvoorbeeld voor het RAM-geheugen.
• De M1 Macs werken niet met Thunderbolt eGPU’s.
• De M1 Macs hebben momenteel maximaal 16GB RAM. Wil je meer dan zul je voor de duurdere M1 Pro en M1 Max moeten kiezen.
• De M1 Macs zijn verkrijgbaar met maximaal 2TB opslag. Ook hier geldt dat je voor betere specs aangewezen bent op de duurdere M1 Pro en M1 Max.
• De M1 Macs hebben twee USB-C-poorten met ondersteuning voor USB-4 en Thunderbolt. Dit is een beperking van de huidige M1-controller. Op high-end modellen is dit beter geregeld.
• Nog niet alle software is geschikt voor M1 (maar met Rosetta kom je een heel eind) en je kunt er niet zo eenvoudig Windows op draaien, aangezien Microsoft dit niet als een nuttig scenario ziet.

Verder lezen? We hebben ook een uitleg over Apple’s overstap naar ARM-processoren en vertellen alle ins en outs over Apple Silicon.