Von 68k zu M4: Macintosh-Prozessoren und deren Evolution
Als Steve Jobs 1984 den ersten Macintosh-Computer aus seiner Tragetasche befreite, erregte die Kombination aus Hard- und Software weltweites Aufsehen. Die darin verborgene Rechenleistung wirkt im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik eher vorsintflutlich: Sein Motorola-68000-Prozessor lief mit einer Frequenz von 8 MHz. Apple blieb den 68K-Prozessoren zehn Jahre lang treu, um auf PowerPC, Intel und schließlich Apple Silicon zu wechseln. In einem
Rückblick auf vier Jahrzehnte und Prozessor-Generationen macht Mac-Veteran Howard Oakley mehrere Phasen erkenntlich, welche Macintosh-Rechner bei der Prozessor-Entwicklung durchlebten.
Die Dekade der 68k-Rechner wurde von moderaten Steigerungen in der Taktrate begleitet, berichtet Oakley: Die Frequenz der Prozessoren sei von 8 auf 33 MHz gestiegen, eine Vervierfachung. Modelle mit 68020-Prozessor wären die ersten 32-Bit-fähigen Macs gewesen. Entscheidend sei auch die Integration einer Memory Management Unit (MMU) gewesen – zunächst setzte Apple auf separate mathematische Koprozessoren, bei den letzten Modellen war die MMU in den Motorola-Chip integriert.
PowerPC und MHz-RennenAb Mitte der Neunzigerjahre wechselte Apple auf PowerPC, eine gemeinsame Entwicklung von Apple, Motorola und IBM. Vom Start weg verdoppelten sie die Taktrate der 68K-Modellreihen: 60 bis 110 MHz Frequenz wiesen die ersten PowerPCs auf. In den zwölf Jahren, in denen Apple Macintosh-Rechner mit PowerPC-Prozessoren herausbrachte, steigerte sich die Taktrate auf bis zu 2,5 GHz – mehr als das Zwanzigfache der ersten Top-Modelle.
Intel und Multicore-ProzessorenBeim Umstieg von RISC- auf CISC-Architektur (und damit einhergehendem Wechsel zu Intel als exklusiven Prozessorlieferanten) näherte sich die Zeit der Frequenzzugewinne dem Ende. In den 14 Jahren Intel-Ära verdoppelte sich die Standard-Taktrate der verwendeten Prozessoren nicht einmal. Neueste Intel-Macs arbeiten mit bis zu 3,5 GHz durchschnittlicher Taktraten; die Spitzenfrequenz von 4,4 GHz können diese Prozessoren lediglich für kurze Zeit aufrechterhalten. Stattdessen stieg die Kernzahl: Mit der Ausnahme eines einzigen Mac-mini-Modells im Jahr 2006 kamen sämtliche Intel-Macs mit mindestens zwei Prozessorkernen daher; der finale Intel-Mac Pro konnte mit einem 28-Kern-Xeon bestellt werden.
Apple Silicon und Kern-DifferenzierungEnde 2020 folgte dann der Umstieg auf ARM-Prozessoren. Die Zahl der Rechenkerne steigt seitdem weiter, allerdings in ausdifferenzierter Form: Während beim Intel-Chip alle Kerne gleichförmig waren, wird bei Apples Eigenentwicklung zwischen Effizienz- und Leistungskernen unterschieden. Obendrein integrierten die Untereinheiten einen Vektor-Koprozessor namens NEON, ergänzt Oakley. Dazu gesellen sich spezialisierte Recheneinheiten, etwa Neuralkerne sowie ein proprietärer Matrix-Koprozessor.
| Prozessor | Zeit | Frequenz | Anzahl Kerne |
| 68k | 1984 – 1996 | 8 – 33 MHz | 1 |
| PowerPC | 1994 – 2006 | 60 – 2500 MHz | 1 – 2 |
| Intel | 2006 – 2020 | 2000 – 3300 MHz | 1 - 28 |
| Apple Silicon | 2020 – … | 3200 – 4500 MHz | 8 – 32 |
Apple Silicon und Apple Newton – gemeinsamer VorfahreEin interessantes Detail hebt Howard Oakley in seinem
Blog-Beitrag hervor: Dass Apple überhaupt Prozessoren auf RISC-Basis herstellen können, geht auf eine Kooperation in den Neunzigerjahren zurück. Damals investierte Apple in die britische Firma
Acorn RISC Machines, um energiesparende Prozessoren für Mobilgeräte zu entwickeln. ARM-Chips wurden Herzstück der (kurzlebigen) Newton Message Pads und eMates. Jahre später setzte Apple bei iPhones und iPads auf ARM-Lizenzen für SoC-Eigenentwicklungen – und seit 2020 auch bei Macs.