Taktraten-Feintuning: Wie Apple die Leistung seiner M-Chips optimiert

Die Entwicklung von Prozessorkernen hat in den letzten Jahren bemerkenswerte Fortschritte erzielt. Apples M-Chips sind ein Paradebeispiel für diese großen Sprünge – besonders im Hinblick auf die Effizienz. Ein Schlüsselfaktor ist hierbei die intelligente Anpassung der Taktraten der Prozessoren. Howard Oakley, ein Mac-Programmierer und IT-Journalist, hat nun gemeinsam mit seiner Community detaillierte Daten gesammelt, die zeigen, wie präzise Apple die Taktraten seiner CPU-Kerne anpasst.

Feinabstufungen von M1 bis M4

Taktraten bestimmen, wie viele Berechnungen ein Prozessor in einer Sekunde ausführen kann. Lange Zeit galt: je höher die Taktrate, desto schneller der Prozessor – zumindest auf dem Marketing-Papier. Doch seit der Jahrtausendwende sind weitere Faktoren wie die Anzahl und Spezialisierung der Kerne in den Fokus gerückt. Apple Silicon verfolgt einen SoC-Ansatz (System on a Chip): Neben der CPU mit ihren Effizienz- und Leistungskernen gibt es auf dem Chip auch spezialisierte Einheiten wie GPU (Grafikprozessor) und NPU (Neural Engine), wobei insbesondere die CPU auf ein komplexes System von differenzierten Taktraten zurückgreift.

Oakleys Analyse zeigt, dass Apple mit jeder neuen Chip-Generation die Abstufungen der Taktraten verfeinert hat. Während der M1 noch fünf unterschiedliche Frequenzen für Effizienzkerne und 15 für Leistungskerne bot, steigert der M3 und M4 diese Werte auf acht bzw. 20 Abstufungen.

Die Unterschiede zwischen den Frequenzstufen sind heute nicht mehr linear. Während beim M1 die Effizienzkerne noch gleichmäßig gestaffelte Schritte hatten, zeigt der M4 eine steilere Kurve bei niedrigeren Frequenzen, die bei höheren Werten feiner wird. Bei den Leistungskernen zeichnete sich diese Kurvenform sogar schon beim M1 ab und wurde von Generation zu Generation feiner differenziert.

Selbst innerhalb einer Chip-Generation gibt es Unterschiede beim Taktraten-Feintuning. Beispielsweise sind in der M3-Reihe nicht nur Unterschiede in der Anzahl der Kerne zu finden, sondern auch in den fein abgestimmten Frequenzprofilen. So bietet der M3 Pro andere Leistungsprofile als der M3 Max. Für einen detaillierten Blick in das Thema bietet Oakley die gesammelten Daten (hier und hier) zur Einsicht an.