Intel of Apple: Alder Lake en M1-processors vergeleken
De afgelopen maanden zijn er twee innovatieve processorgeneraties uitgebracht, namelijk Intel Alder Lake en de Apple M1 Pro/Max. Voor het eerst zien we hybride processors die niet bedoeld zijn voor telefoons, maar voor stevige laptops en desktops. In dit artikel leggen we uit hoe het precies zit met hybride processors en vergelijken we deze twee processorseries met elkaar. Wie heeft de beste processor in handen: Intel of Apple?
Al enige tijd bevond Intel zich in het slop. Het lukte het bedrijf maar niet om over te gaan op een nieuw procedé of om een nieuwe architectuur te leveren. Aan de andere kant boekt Apple juist jaarlijks goede vooruitgang met processors voor zijn mobiele apparaten.
Beide fabrikanten hebben in de afgelopen maanden nieuwe processors uitgebracht die revolutionair zouden moeten zijn. Voor Intel is dat de twaalfde generatie Core-processor, bijnaam Alder Lake, de eerste serie desktopchips op basis van het 10nm-procedé. Voor Apple zijn dat de M1 Pro en Max, waarvan de laatste de snelste laptopchip ooit was. Totdat de nog veel snellere M1 Ultra aangekondigd werd.
Naast het feit dat beide series een mijlpaal moeten zijn, hebben ze ook gemeen dat het hybride processors zijn. Wordt dit het begin van een comeback van Intel en de intrede van Appleals maker van high-end-processors?
Intel innoveert weer
Al sinds in 2015 de Skylake-generatie uitkwam, bevindt Intel zich in het slop. Core-aantallen en klokfrequentie bleven opgeschroefd worden. Maar verbeteringen in het aantal instructies per klok (IPC) bleven uit, doordat Intel door technische problemen bleef steken op de Skylake-architectuur en het 14nm-procedé.
In de periode vóór Skylake slaagde Intel er wel in om elk jaar met een nieuwe architectuur of een nieuw procedé te komen, maar hierbij werd de high-end-desktopmarkt enigszins verwaarloosd. Tegen de tijd van Skylake was het bedrijf al bijna tien jaar bezig met het uitbrengen van quadcores met steeds een minimale IPC-verbetering.
De grote nadruk lag op het verminderen van het stroomverbruik, het verkleinen van de die-size en het verbeteren van de geïntegreerde videochip. Intel hoopte een speler te worden op de markt voor mobiele apparaten, maar dat is alleen bij laptops echt gelukt.
Nadat AMD in 2017 terugsloeg met de Zen-architectuur, begon Intel koortsachtig nieuwe processors uit te brengen met meer cores. Maar deze chips konden qua prijs-prestatieverhouding nooit tippen aan die van AMD, en langzaam maar zeker wist AMD zelfs een flinke prestatievoorsprong op te bouwen. Als gevolg hiervan is Intel steeds minder in trek bij mensen die op zoek zijn naar een snelle desktop-pc.
Met Alder Lake zou hier verandering in moeten komen. Deze generatie heeft niet alleen een nieuwe architectuur, maar voor het eerst sinds 2015 ook een nieuw procedé. Daarnaast is Alder Lake als eerste desktopprocessor een hybride chip, met meerdere soorten cores in dezelfde processor.
©PXimport
Hybride chips: opbouw
Alder Lake en de Apple M1-processors zijn beide zogenaamde ‘hybride’ chips, ook wel big.LITTLE- of heterogene processors genoemd. Terwijl een multicore-cpu normaal gesproken alleen identieke cores heeft, is er in dit geval sprake van grotere performance-cores en kleinere efficiency-cores.
Deze efficiënte cores zijn niet alleen kleiner – vergeleken met performance-cores nemen ze slechts een derde van de ruimte in – maar zitten ook simpeler in elkaar en hebben een lagere kloksnelheid. Omdat bij het opschroeven van de (klok)snelheid het energieverbruik doorgaans sneller stijgt dan de prestaties, helpt dit de performance per watt aanzienlijk.
Hybride chips: voordelen
Het primaire voordeel van hybride chips is dat minder urgente taken op de efficiënte cores uitgevoerd kunnen worden. Bijvoorbeeld achtergrondtaken waar de gebruiker niet op hoeft te wachten. Mobiele apparaten kunnen het dan langer volhouden op de batterij, terwijl het apparaat toch snellere prestaties kan leveren wanneer deze wel nodig zijn.
Voor desktops kan dit ook een voordeel zijn. De computer reageert dan snel en kan goede multithreading-prestaties leveren, zonder dat het stroomverbruik en daarmee de warmteproductie de spuigaten uitloopt.
Het lastige met hybride chips is wel dat een deel van het beoogde effect moeilijk te meten is. Als achtergrondtaken de performance-cores met rust laten, dan is het effect daarvan dat het systeem sneller reageert. Dat is alleen niet eenvoudig te vatten in benchmarks. Het is daarom prima mogelijk dat de gevoelssnelheid van hybride chips onderschat wordt.
Uiteraard is dit ook afhankelijk van in hoeverre de software ondersteuning biedt voor optimaal gebruik van de twee soorten cores. Op smartphones is dit over het algemeen goed geregeld, maar op desktops is het minder vanzelfsprekend.
Alder Lake
Als voorbeeld bespreken we het topmodel van Alder Lake, de Intel Core i9-12900K. Dit model heeft 8 performance-cores en 8 efficiency-cores. Omdat de eerste acht ook beschikken over hyperthreading, komt de cpu uit op 24 totale threads. De cpu wordt daarom ook wel omschreven als een 8+8/24-processor.
Alder Lake kan op basis van de belasting bepalen welke cores het meest geschikt zijn om een specifieke taak uit te voeren en deze informatie terugkoppelen naar het besturingssysteem. Hiervoor is wel minimaal Windows 10 noodzakelijk. Windows 11 doet daar nog een schepje bovenop: dat zou niet alleen de prestaties, maar ook de efficiëntie moeten maximaliseren.
Opvallend is dat het stroomverbruik van de nieuwe chips nog aardig hoog is, ondanks het kleinere procedé. De snelste Alder Lake kan maximaal 241 watt verbruiken en het typische verbruik is 125 watt.
Alder Lake ondersteunt als eerste processor PCI Express 5.0 en DDR5. Net zoals bij Skylake heeft de processor gelukkig wel een dubbele geheugencontroller: hij kan ook nog overweg met geheugen van de ‘oude’ DDR4-generatie. Dat is handig, want vooralsnog zijn de DDR5-prijzen buitensporig hoog.
©PXimport
Z690-chipset
Zoals gebruikelijk bij Intel, wordt er voor deze nieuwe generatie weer een nieuw socket gebruikt: LGA1700. Vooralsnog zijn hiervoor alleen high-end-moederborden met de Z690-chipset beschikbaar. Z690 is niet sterk verbeterd ten opzichte van de vorige generatie, maar die was dan ook prima. De belangrijkste verbetering is dat hij nu acht PCI-Express4.0-lanes biedt vanuit de chipset, vergeleken met de PCI-Express3.0-lanes van de vorige generatie. Dit is vooral nuttig voor snelle ssd’s.
Later zullen er ongetwijfeld nog andere, lager gepositioneerde chipsets uitkomen. In de tussentijd zijn de Z690-borden helaas nogal aan de prijs, zelfs vergeleken met high-end-moederborden die de AMD X390-chipset gebruiken. Dit is jammer voor degenen die een van de lager gepositioneerde processors overwegen.
©PXimport
Apple M1 Pro/Max
In mobiele telefoons zijn hybride chips niet bepaald nieuw. Ze worden door alle grote chipfabrikanten geproduceerd. Maar met de Apple M1 zette Apple deze ook in voor zijn laptops. Al jaren gebruikt Apple zijn eigen Systems on a Chip (SoC’s) voor zijn telefoons, en deze ervaring wordt nu ingezet om ook processors voor laptops te ontwikkelen.
De M1-serie is gebaseerd op ARM-cores. De M1 Pro en Max hebben acht performance-cores en twee efficiency-cores (aangeduid als 8+2), terwijl de oorspronkelijke M1 van vorig jaar het moest doen met 4+4 cores. Ook erg interessant is de geïntegreerde gpu (IGP). Deze had acht cores bij de M1, werd verdubbeld naar 16 cores in de M1 Pro en vervolgens weer verdubbeld naar 32 cores in de M1 Max.
©PXimport
Verschillen in procedé
Een van de belangrijkste verschillen tussen de Apple M1 en Alder Lake is het procedé. De M1-serie is gebaseerd op het 5nm-SoC-procedé van TSMC, terwijl Alder Lake gebruikmaakt van Intels 10nm-transistors.
De procedégrootte zegt sinds de introductie van FINFET (fin field-effect transistor) weinig meer, want het getal is bij deze transistorsoort (die ook wel 3D-transistor wordt genoemd) niet langer gebaseerd op een fysieke eigenschap van de transistors. Een nominaal kleiner procedé is daarom ook niet noodzakelijkerwijs beter, maar kan wel als ruwe maatstaf worden gezien. TSMC loopt dus ongeveer twee stappen voor op Intel. Dat toont zich ook in de prestaties en het stroomverbruik.
Verschillen in architectuur
Een ander verschil is de RISC-instructieset (Reduced Instruction Set Computer) van ARM die door Apple wordt gebruikt, terwijl Alder Lake gebaseerd is op de x86-64 CISC-architectuur (Complex Instruction Set Computer).
Welke instructieset beter is, is al lange tijd onderwerp van debat in de computerwereld. RISC kent enkel heel simpele instructies van dezelfde lengte, terwijl CISC het equivalent van meerdere RISC-instructies met één enkele instructie kan afhandelen (die dan wel langer duurt om uit te voeren). Beide hebben zo hun eigen voordelen. RISC kan veel efficiënter zijn (zie kader ‘Micro-ops decoder’), terwijl x86-64-processors compatibel zijn met oude software en tot voor kort veel betere prestaties boden.
Tot slot zijn Alder Lake-processors ‘pure’ cpu’s met een kleine IGP. De M1-chips daarentegen zijn SoC’s met vrijwel alles aan boord wat een systeem nodig heeft om te draaien, inclusief de mogelijkheden die normaal gesproken door de chipset worden aangeboden.
Samen met de veel grotere IGP is dit de reden voor het enorme aantal transistors: de M1 Max heeft maar liefst 57 miljard transistors. Het aantal transistors van Alder Lake is niet vrijgegeven, maar dit zal niet in de buurt van de M1 Max komen.
©PXimport
Micro-ops decoder
Het is niet de eerste keer dat de x86-fabrikanten inspiratie putten uit de opbouw of werking van een RISC-processor. Al een hele tijd hebben x86-64-processors een ‘micro-ops decoder’. Deze zet complexe instructies om in meerdere kleinere instructies die vergelijkbaar zijn met de kleinere en simpelere RISC-instructies. Hiermee is het voor de processor makkelijker om deze te herordenen en instructies die niet van elkaar afhankelijk zijn tegelijkertijd uit te voeren. Zo hebben ook CISC-processors deels het voordeel van RISC!
Intel: goede prestaties
Intel zegt het aantal instructies per klok met 19 procent verbeterd te hebben en dit komt boven op de kleinere verbetering die de Rocket Lake-architectuur vorig jaar leverde. Uit benchmarks blijkt dat dit ook wel klopt: Alder Lake biedt vooral bijzonder goede single-threaded prestaties. Op dat vlak weet Intel AMD in één klap te overtreffen, ondanks de eerdere achterstand. In sommige benchmarks kan de 8+8/24 zelfs de echte 16-core AMD 5950X bijbenen in multithreaded taken. Dit komt doordat de acht performance-cores dusdanig snel zijn dat ze soms de achterstand van de efficiency-cores goed kunnen maken.
Volgens Intel is Alder Lake ook de snelste processor voor gamers. Maar als het aankomt op games, dan geldt dat er de afgelopen jaren niet veel is veranderd. De processor maakt hiervoor heel weinig uit, want die is vrijwel nooit de bottleneck.
Veel reviewers gebruiken kunstmatige gamebenchmarks, waarbij een supersnelle videokaart wordt gemeten op lage kwaliteitsinstellingen en resoluties. Dat soort tests geven misschien aan dat de ene processor sneller is dan de andere, maar een realistisch scenario is het allerminst. Alleen bij zogenaamde e-sporttitels, waarbij voor sommigen framerates van in de honderden fps wenselijk zijn, zal er bij moderne processors merkbaar verschil zijn.
Intel: hoog verbruik
De goede prestaties van Alder Lake hebben wel een prijs, namelijk een bijzonder hoog stroomverbruik onder belasting. Nu is dat voor desktops niet zo heel erg belangrijk, maar het maakt stevige koeling en een krachtige voeding wel noodzakelijk. Dit maakt het vooral lastig voor degenen die een kleiner mini-ITX-systeem willen bouwen.
Omdat de processors tot het uiterste worden gedreven, is er ook weinig overklokruimte, hoewel dit over het algemeen wel verbetert naarmate het procedé volwassener wordt.
Een ander nadeel is dat de prijs van het platform relatief hoog is. Het is niet nodig om direct het veel duurdere DDR5 aan te schaffen, omdat DDR4 ook wordt ondersteund door de geheugencontroller. Wel zijn moederborden een stuk duurder.
Moederborden voor Alder Lake beginnen vanaf ongeveer 200 euro, vergeleken met 130 euro voor AM4-platforms met de X370-chipset. Dit komt doordat momenteel alleen de Z690-chipset beschikbaar is, en die is wat duurder. De stevige stroomvoorziening die nodig is voor deze veel verbruikende cpu's zal ongetwijfeld ook bijdragen aan de relatief hoge prijzen van Z690-borden.
Apple M1: indrukwekkend
De M1 Max-benchmarks van Apple laten eveneens indrukwekkende prestaties zien. Processors met verschillende instructiesets zijn niet helemaal 1-op-1 te vergelijken, maar de prestaties van de M1 Max en Pro komen aardig in de buurt van high-end-processors voor laptops en desktops. Dat klinkt misschien niet heel erg indrukwekkend, maar voor een chip die gebaseerd is op de SoC van een telefoon is het uitzonderlijk.
Ook de gpu-prestaties zijn bijzonder indrukwekkend. In sommige gamebenchmarks weet de IGP van de M1 Max zelfs de prestaties van een losse mid-range-gpu van de huidige generatie te evenaren. Ook op productiviteitsvlak gooien de grafische prestaties hoge ogen. Dergelijke performance is nooit eerder vertoond door een IGP.
©PXimport
Conclusie
Intel brengt met Alder Lake na jaren stagnatie in één keer een fikse verbetering waarmee het AMD weet te evenaren. Waar Intel al een tijdje geen factor meer was voor high-end-desktops, is het dankzij Alder Lake nu weer een speler en wellicht zelfs de favoriet. Alder Lake kunnen we aanmerken als een trendbreuk, waarbij de fabrikant die achterloopt in één klap heel veel goedmaakt. En nu volhouden.
Ook de Apple M1 Pro en Max zijn revolutionair. Nooit eerder was er een ARM-chip die zo dicht bij de prestaties van de betere x86-processors kon komen. In het geval van de Max komen daar nog uitzonderlijke grafische prestaties bij, die geen andere IGP ook maar enigszins benadert. En dan laten we de recente Ultra nog buiten beschouwing.
Beide generaties zetten een flinke stap vooruit. De hybride aard draagt hier zeker een steentje aan bij, maar het leeuwendeel van de prestatieverbeteringen komt door architecturale vernieuwingen en het kleinere procedé. Hybride processors blijven veelbelovend en niet alleen voor mobiele producten.
Het beste nieuws is dat het weer spannend is geworden op de processormarkt. De tijd dat we jaar in, jaar uit oude wijn in nieuwe zakken mochten bewonderen, is nu toch wel voorbij.
