AppleはWWDC 2020で、今後2年以内にMac製品ライン全体を新しいプロセッサアーキテクチャに移行すると発表しました。これらの新しいプロセッサはApple自身が設計します。
2020年11月10日、AppleはApple Siliconを搭載したMacを発表し、「もう一つ」、いや、むしろ2つか3つの新しいものを発表します。その詳細をすべてご紹介します。
Apple Silicon とは何ですか? (そしてなぜ ARM ではないのですか?)
Apple はこのアーキテクチャを Apple Silicon と呼んでいるが、これは iPhone や iPad に長年搭載されてきた自社開発の Ax チップと同じものになる予定だ。
これらのプロセッサは本質的に ARM アーキテクチャに基づいていますが、Apple が Intel プロセッサを使用していたという意味で ARM プロセッサを使用しているわけではありません。
ARMはAppleに命令セットアーキテクチャを提供するものであり、チップ設計を提供するものではありません。Appleは独自のカスタムチップ設計を行っています。ARM命令セットはApple Siliconのごく一部に過ぎません。これに、Appleのチップ設計チームがiPhoneやiPad向けのチップ設計で培ってきたパフォーマンスと効率性に関する専門知識（例えば機械学習機能）を加えると、ARM Macとは全く異なるものになります。
Apple の ARM アーキテクチャに対する最適化と改善により、ARM Mac のパフォーマンスが現在の Intel Mac に遅れを取らないことが保証されるはずです。
これを実証するために、AppleはApple Silicon搭載のプロトタイプでFinal Cut Pro XとAdobe Lightroomを実行しました。Apple Silicon搭載のMacは、これらのプログラムを驚くほどスムーズに実行しました。
Appleにとって、Intelから自社製プロセッサへの移行による大きなメリットは明らかです。Appleは自社プラットフォーム（iPhone、iPad、Apple Watch、Apple TV、Mac）のハードウェアを完全に自社で管理し、それぞれの要件に合わせてカスタマイズできるようになります。Appleのシリコンへの移行が理にかなっている理由については、こちらの記事「Apple Silicon vs Intel」をご覧ください。
Apple Silicon は速くなるでしょうか?
Appleはまだベンチマークを発表していないが、それが出現するのを止めることはできない。
AppleのMacイベントに先立ち、リークされたベンチマーク速度スコアから、新しいARMモデルが現行モデルを圧倒する可能性があることが示唆されました。詳細はこちらをご覧ください：A14X Bionicのベンチマーク。
開発者向けMac miniのベンチマークも、シード公開後すぐに公開されました。これについては、こちらで解説しています：A12Zチップ搭載Mac miniのベンチマーク。
Apple Silicon は安くなりますか?
新しいARM CPUはより安価になるはずです。アナリストのミン・チー・クオ氏によると、Appleは現在の価格と比較して約60%のコスト削減が可能になるとのこと。今のところ、Appleが新型Macの価格を引き下げるかどうかは不明です。
Apple Silicon で動作するアプリはどれですか?
オペレーティングシステム自体とすべてのAppleプログラムは、新プラットフォーム上で初日からネイティブに利用可能になります。AppleがFinal Cut Pro XとAdobe LightroomをApple Siliconのプロトタイプで動作させたことは既にお伝えしました。
AdobeはすでにCreative Cloudへの移行に取り組んでおり、MicrosoftのOfficeもネイティブで動作するようになります。これはAppleが真剣に取り組んでおり、大手ソフトウェア企業が最初から関与していることを示しているため、朗報です。
さらに、新しいシリコンMacはiOSアプリをネイティブで実行できるはずです。しかし、Facebook、Google、YouTubeが利用できないため、今のところiOSアプリをMac App Storeで提供しようとする開発者はほとんどいません。詳細はこちらをご覧ください：新しいMacはiOSアプリを実行しますが、Facebook、Googleマップ、YouTubeは実行できません。
Intel Macで動作するアプリのほとんどは、Apple Siliconでも動作するはずです。Appleは、Intelプロセッサ向けのコードをApple Siliconが理解できるように変換するツールであるRosetta 2を搭載する予定ですが、すべてのコードを変換できるわけではないようです。
AppleはサポートドキュメントでRosetta 2の制限事項を概説しました。ドキュメントでは、Rosettaがカーネル拡張を変換できないことが示されていますが、さらに懸念されるのは、Rosettaがx86_64仮想化アプリを変換できないことです。
Apple Silicon は Windows を実行できますか?
Boot CampはARMベースのMacではサポートされていません。FusionやParallelsを使ったWindowsの仮想化は、ARM版Windowsが登場して初めて可能になる可能性が高いでしょう。しかし、現在市販されているARM版Windowsはありません。新しいApple Silicon MacではWindowsが動作しない可能性もあります。詳細はこちらをご覧ください。「WindowsはApple Siliconで動作するのか？ Mac版Windowsは（おそらく）終了しているが、それは問題ではない」
Parallels Desktopなどの仮想化ツールは、引き続き他のオペレーティングシステムを実行できるはずです。AppleはParallels Desktop上でDebian Linuxが仮想マシンとして動作する様子を公開しました。しかし、Linuxシステム自体がARMチップ上でコンパイルされているかどうかは明らかではありませんでした。Linuxは以前から様々なプロセッサアーキテクチャで利用可能でした。Appleは、Apple Silicon上で動作するWindows 10をまだ公開していません。
しかし、将来的には解決策が見つかることを期待しています。Parallelsのエンジニアリングおよびカスタマーサポート担当シニアバイスプレジデント、ニック・ドブロボルスキー氏は、2020年6月に次のように述べています。「Parallelsは、このエキサイティングな移行期間中にAppleと緊密に連携できることを誇りに思います。Apple Siliconを搭載した将来のMacのサポート開始を楽しみにしています。」
Apple Siliconに期待すること
この変更は、全く新しいソフトウェアだけでなく、ハードウェアとシステムレベルでも多くの革新をもたらします。AppleはWWDCで多くの情報を共有しましたが、それ以降もさらに多くの情報が明らかにされています。よりパワフルで高速、そしてさらに安価なMacを実現する可能性のあるApple Siliconの新機能をいくつかご紹介します。
5nmプロセス
iPhone 12に搭載された新しいチップは、5nmプロセスで製造されました。これは初めてのことです。この新プロセスは、より高いパフォーマンスと低消費電力を実現すると予想されており、Macにも採用されるのは確実です。MacBook Proに搭載されているIntelプロセッサは依然として10nmプロセスで製造されており、Intelの進歩に対する不満が変更の理由だと言われています。しかし、IntelはTiger Lake CPUから10nm SuperFinと呼ばれる新技術も採用しており、これも多くの改善をもたらす可能性があることを忘れてはなりません。
高速CPUと低速CPU
現在のMacに搭載されているIntel CPUは複数のコアを搭載していますが、いずれも同等の速度です。クロックレートを下げることで電力を節約できます。一方、A14などのAppleチップは、高速コアを2つと、バックグラウンドタスク用の低消費電力で低速なコアを複数搭載しています。
A14 の 2 つの高性能コア (Firestorm) は約 3GHz でクロックしますが、4 つのエネルギー効率の高いコア (Icestorm) はそれよりも大幅に低くなります。
高性能時にはバッテリーが消耗するため、最大 3.01GHz の高クロック レートは短時間のみ達成されます。
このいわゆる非対称マルチプロセッシングにより、モバイル Mac の最適な実行時間が保証されます。
注意: Apple Silicon プロセッサを搭載した新しい M1 Mac は eGPU をサポートしません。詳細については、こちらをご覧ください: M1 Mac は eGPU をサポートしません。
AIとビデオ用の特別なチップ
IntelのCPUは、ある意味では、ほぼあらゆるコンピューティングタスクを実行できる汎用CPUです。一方、Appleのチップには、機械学習などの特定のタスクに特化した多数の専用チップが搭載されています。
例えば、AIなどの特殊な計算に最適化されたNeural Engineがあります。CoreMLモデルなどのタスクをCPUよりも高速かつエネルギー効率よく実行します。
最近の多くの Mac では、T2 チップがすでにビデオのデコードや暗号化などのタスクを担っていますが、Apple はおそらくこれをさらに拡張するでしょう。
ニューラルエンジンと「AMBブロック」
A14のボード上では、ニューラルエンジン（16コア）がCPUコアと同じスペースを占めています。さらに、A14チップは機械学習タスクに特化した「行列乗算アクセラレータ」（AMBブロック）を搭載しています。Core MLは、これらの高度に特殊化されたコンピューティングユニットへのインターフェースです。
Core MLは、アプリ開発者にビジョン（画像分析）、自然言語（テキスト分析）、音声（音声テキスト変換）、サウンド分析といったフレームワークへのアクセスを提供します。AppleがMacにどのような実装を行うかは現時点では不明ですが、新しいARM Macにはこれらの特別なチップが搭載される可能性が高いでしょう。
たとえば、iPhone の基調講演で紹介されたように、Apple の Neural Engine を搭載した Super Resolution 機能により、Pixelmator Pro などの iPhone アプリにまったく新しい機能が追加されます。
このツールは、CPUで計算するとはるかに長い時間がかかるような高品質のスケーリング機能を数秒で実行できます。例えば、画像の一部を大きく拡大して滑らかに加工する処理を数秒で実行できることが示されました。これは、Photolemurなどのデスクトップソフトウェアでは長時間かかる作業です。音声分析も高速化されています。CPUでも同様の計算を実行できますが、消費電力は高く、動作時間は長くなります。Intel CPUの利点は、その汎用性の高さにあります。
統合メモリ
ユニファイドメモリ（UMA）テクノロジーも新しい技術です。グラフィックカードとCPUは共通のメモリを共有します。Intelの統合グラフィックソリューションとの違いは、UMAテクノロジーではグラフィックカードにメモリの一部が永続的に割り当てられることです。これは共有メモリと呼ばれ、システムでは使用できなくなります。例えば、CPUとGPUはタスクの実行中にメモリ内の同じ画像にアクセスし、より高速に処理することができます。
新しいグラフィックカード
インテルは統合型グラフィックソリューションのおかげで、事実上世界最大のグラフィックカードメーカーであり、多くのMacにも同社の統合型グラフィックソリューションが搭載されています。新しいCPUが搭載されるだけでなく、Appleは新型Macに自社製のグラフィックカードも搭載する予定です。
Appleがグラフィックカードを開発するのは今回が初めてではありません。例えば、新型iPhone Proには4つのグラフィックコアを搭載した新しいグラフィックチップが搭載されています。MacBookには、さらに強力なグラフィックカードが搭載されるはずです。
ビデオエンコーダーとデコーダー
専用チップを使用することで、HDまたは4Kビデオをモバイルデバイスで再生できます。これは、モバイルデバイスで4Kビデオを何時間もストリーミングできる唯一の方法です。Macにも同じハードウェアが搭載されるため、CPU負荷を高くすることなくビデオを再生したり、他のフォーマットに変換したりできるようになります。
ただし、これはビデオがAVCやHEVCなどの特定のフォーマットであることを前提としています。MacBookでは、現在グラフィックカードがいわゆるハードウェアアクセラレーションを実行しています。
安全性の向上
イノベーションには、新たなセキュリティ機能も含まれています。Appleは、新しいARMアーキテクチャにおいて、いわゆるカーネル用の保護されたメモリ領域を導入しています。このカーネル整合性保護（KIP）は、カーネルへの変更を防止します。ポインタ認証とデバイス分離もMacのセキュリティを確保しています。さらに、古いMacソフトウェアを使用可能にする新しいRosettaテクノロジーも、特別な保護を受けています。
新しいブートプロセス
EFIは適用されません。起動プロセスはiOSおよびiPadOSに基づいています。ブートROMが起動し、次にブートローダー、そしてmacOSが起動します。ただし、システムはMac向けに拡張されており、複数のmacOSインストール、複数のmacOSバージョン、そしてmacOSリカバリブートシステムを引き続きサポートしています。外付けドライブからの起動も引き続き可能です。
どうやら、すべてのシステムは複数のセキュリティ レベルで起動できるようです。セキュリティ レベルが高いほど、カーネル拡張は許可されず、署名された macOS バージョンのみが許可されます。
起動時にキーコマンドがない
Macの起動時に特定のキーを押し続けると、レスキューシステムの起動など、特定のアクションが実行されます。これは新しいMacには適用されません（EFIが搭載されていないため）。ただし、スタートボタンを長押しすると特別なメニューが開き、そこからマウスとキーボードを使ってレスキューシステムの起動などの特別なアクションを実行できます。
ターゲットディスクモード
ターゲットディスクモードは適用できません。ネットワークリリースは、この便利な機能を置き換えることを目的としています。
macOSの回復
修復と再インストールのためのレスキューパーティションも用意されています。しかし、もう1つの新しいバージョンがあります。この「システムリカバリ」は、隠しコンテナに収められたミニシステムで、macOSとmacOSリカバリを再インストールできます。
サンダーボルトの未来
Thunderbolt 3（Intel製）のような技術の今後は依然として不透明です。AppleがIntelのSilicon Thunderboltのライセンスを取得する可能性は低いでしょう。USB 3を採用するか、別の独自のインターフェース技術を導入するのではないかと推測されます。
開発者は何をする必要がありますか?
IntelからApple Siliconへの移行は、主に既存のソースコードを新しいアーキテクチャ向けに再コンパイルすることで実現されます。つまり、開発者はプログラムの新しいバージョンを作成し、App Storeにアップロードする必要があります。これは簡単なプロセスになるはずです。Appleによると、ほとんどのプロジェクトは数日以内に移植可能になる予定です。
ただし、最高のパフォーマンスを得るには、開発者がハードウェアリソースの使用方法を調整する必要があるかもしれません。Appleは、開発者に対し、ハードウェアへの依存を減らし、可能であればより高度なテクノロジーを活用することを推奨しています。AppleはGrand Central Dispatchを例に挙げており、マルチスレッドアプリではスレッドの作成と管理を自ら行うのではなく、Grand Central Dispatchを使用するべきだと述べています。
移植の中心的なツールは、Appleが開発者向けに常に無料で提供しているXcode開発環境の新バージョンです。Xcode 12では、コンパイル時にIntelプロセッサとARMプロセッサの両方に対応したコードを含む、いわゆる「Universal 2 Apps」が作成されます。
とはいえ、開発者がすぐに移植できないプログラムでも、新しいハードウェアプラットフォーム上で最初から動作するはずです。これは、PowerPCからIntelチップへの移行時にRosettaが行ったのと同様に動作する変換ユニットを組み込むことで実現されています。この新しいシステムはRosetta 2と呼ばれています。
Appleのクレイグ・フェデリギ氏は、プログラムのインストール時にコードが新しいアーキテクチャに変換されたと説明しました。これは、Mac App Store経由で起動されるクロスコンパイラの一種が使用されていることを示唆しています。すでに新しいアーキテクチャをベースにしているMacでApp Storeからプログラムをダウンロードすると、インストール時にアプリのマシンコードがARMに変換されます。
これにより、アプリの実行時間が大幅に短縮され、コンピューティング能力も大幅に向上します。ただし、Rosetta 2はMac App Store経由でインストールされたプログラムにのみ適用される可能性があります。他のソースから入手したアプリは、実行時に翻訳するか、Appleが専用のツールを提供する必要があります。
何が機能しないのでしょうか?
Intelカーネル拡張はおそらく動作しないでしょう。また、すべてのIntelコマンドがARMアーキテクチャに変換できるわけではないと言われています。開発者からは、いわゆるAVX、AVX2、AVX512ベクター命令には変換できない制限があると報告されています。これらの命令を使用するIntelプログラムは、全く動作しないか、大幅に遅くなります。
上で述べたように、VMware や Parallels などの仮想マシン経由でも、Apple Silicon Mac 上で Windows が動作しない可能性もあります。
iPhoneとiPadのアプリは新しいMacで動作するか
新しいアーキテクチャの軽視してはならない副次効果は、iOSおよびiPad OSのプログラムが新しいMac上でネイティブに動作するようになることです。これにより、Macユーザーは数百万もの新しいアプリケーションを一挙に利用できるようになるため、Macは世界最大のゲームプラットフォームとなります。これは素晴らしい動きです。マルチタッチジェスチャー、ジャイロスコープ、加速度センサー、コンパスといった特殊なハードウェア機能（特にiOSゲームでは操作機能としてよく使用されます）が、このハードウェアなしでMac上でどのように実装されるのかは、まだ不明です。
開発者向けMac miniの詳細
AppleはApple Siliconを搭載したMac製品をまだリリースしていません。ARM搭載の新型MacBookの噂も現実のものとなっていません。しかし、Appleは開発者向けにApple Siliconを搭載した特別なMac miniを提供しています。
この Mac mini の仕様は次のとおりです。
- A12Z SoC
- 16GBのRAM
- 512GB SSD
- macOS Big Sur 開発者ベータ版とXcode
これはユニバーサル アプリ クイック スタート プログラムの一環として 500 ドルかかりますが、ある時点で Apple はユニットを Apple に返却することを要求します。
Apple Silicon Macのコンシューマーモデルについては、ティム・クック氏によると、Apple Siliconを搭載した最初のMacは年末までに発売される予定です。Apple Silicon/ARM Macについてわかっていることは、こちらでご覧いただけます。13インチMacBook Proになると言われています。
クック氏によれば、移行期間は2年かかる予定で、それまではIntel CPUを搭載したMacが発売され続けるという。
ドイツのMacweltの同僚たちがMac mini開発キットでネイティブベンチマークを実行し、素晴らしい結果を確認しました。詳細はこちらをご覧ください：Apple SiliconがMacBook Proの速度を上回りました。
どの新しい Mac に Apple Silicon が搭載されるのでしょうか?
AppleはすでにAppleプロセッサを搭載したMac miniを提供していますが、これは開発者向けのみの提供となります。Apple Siliconを搭載した最初のMacは一体何なのか、きっと気になっていることでしょう。
Apple Silicon を搭載した最初の Mac については、こちらをご覧ください。
- マックブック
- 13インチMacBook Pro
- マックミニ
- MacBook Air
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この記事にはMacweltからの複数の記事が含まれています。
