Mac Pro: nessuna speranza per schede grafiche dedicate e eGPU

Dall’arrivo dei Mac Apple Silicon la domanda più ricorrente, tornata in auge con il lancio del Mac Pro, riguarda il supporto per GPU di terze parti: sarà possibile un giorno cambiare la scheda grafica di un Mac o almeno sfruttare una versione esterna? John Ternus, responsabile dell’ingegneria hardware di Apple, risponde a queste domande nel podcast di John Gruber.

Architettura chip

Ternus ha spiegato che il modo in cui funzionano i chip Apple, con memoria totalmente unificata tra CPU e GPU, rende obsoleto l’uso di una GPU dedicata. La memoria unificata ha infatti il ​​vantaggio di permettere di evitare i trasferimenti tra la memoria della CPU e quella della GPU, che sono limitati dal bus PCI-Express. E poiché uno slot PCI-Express 4.0 16x è limitato a circa 32 GB/s quando le GPU di Apple sono limitate solo dalla memoria, i guadagni in ​​alcune aree sono significativi . E con una eGPU, è anche peggio: il bus Thunderbolt non supera in pratica i ~3 GB/s (su 4 GB/s in teoria). Ternus, spiega anche che ” Non è una direzione che volevamo perseguire”.

Tuttavia la spiegazione del collo di bottiglia del collegamento non convince del tutto. In pratica, la memoria unificata migliora le prestazioni in casi specifici, ma in altri, la memoria dedicata più veloce è da preferire. Attualmente, la larghezza di banda di un M2 Max è di circa 400 GB/s, rispetto agli 800 GB/s del chip M2 Ultra. Mentre le moderne schede grafiche possono superare 1 TB/s sui modelli di fascia alta.

Più in generale, gli sviluppatori di Asahi Linux spiegano che in pratica i controller PCI-Express dei vari chip Mx non supportano realmente le GPU: la gestione della memoria pone problemi con le GPU dedicate. Se fosse possibile apportare le correzioni necessarie nel software, l’impatto sulle prestazioni sarebbe  elevato.

Due “particolari” testimoniano che Apple non è comunque interessata alle GPU: tre anni dopo l’annuncio dei Mac Apple Silicon, non ci sono ancora i driver per le GPU AMD e (soprattutto) il Mac Pro 2023 è esplicitamente incompatibile con loro.

Il SoC limita le prestazioni

Ovviamente sorge la questione delle prestazioni, che sono fisiche, legate alla scelta di offrire un SoC cioè sistema su chip che unificaCPU e GPU.

Prendiamo il caso di un chip M1 Max, che misura circa 450 mm² e comprende la CPU, la GPU e tutto il necessario per gestire il computer. Anche se Apple volesse migliorare la potenza della GPU, il margine di manovra è in realtà piuttosto ridotto: i limiti attuali per i chip sono di circa 600-800 mm². Il chip AD102 della GeForce RTX 4090, ad esempio, misura 608 mm² e il chip più grande di Intel è 770 mm². È possibile quindi presumere che Apple potrebbe ottenere al massimo dal 30 al 50% di prestazioni aggiungendo unità per la GPU. Ma i chip di grandi dimensioni dal punto di vista fisico sono più costosi da produrre, in particolare perché la resa è generalmente inferiore. In effetti, con un numero equivalente di errori, statisticamente c’è più possibilità di perdere un chip grande rispetto a uno piccolo.

Inoltre, date le dimensioni e il processo di produzione simili, un chip che contiene solo unità per la GPU sarà probabilmente meccanicamente più veloce comunque di un chip che contiene anche unità CPU e l’equivalente del chipset.

La larghezza di banda

Rimane una soluzione per Apple, ma esclude di fatto i produttori di terze parti: sviluppare un’interfaccia esterna che consenta un’elevata larghezza di banda. Nvidia utilizza questa soluzione per le sue schede grafiche professionali: invece di passare attraverso un bus PCI-Express, le schede comunicano con il bus NVLink. La versione 3.0 utilizzata con le schede di generazione Ampere consente una larghezza di banda di circa 900 GB/s, che è superiore a quella di memoria di un chip M2 Ultra.