この記事はElixir Advent Calendar 2020の6日目です。
昨日は @ShozF さんの「Elixir練習帳: .npyファイルの中を覗く」でした。
追記(2021/3/7): 今日，M1 Mac mini をクリーンインストールし，公式の最短手順でErlangとElixirのリリース最新版をそれぞれインストールし，成功した模様です。
私のこのQiita記事は役目を終えたなと思いました。
後で，公式の最短手順の日本語版を記載したいと思います。
さて，今日はおまちかね，Apple Silicon M1チップ搭載のMacにElixirとErlangをクリーンインストールしてみたという記事です。Elixir/Pelemayのマイクロベンチマークも走らせてみました。そのパフォーマンスの高さに驚いてくださいませ。
インストール状況について，結論から言うと
| インストール方法 | Rosetta 2 | ARM ネイティブ |
|---|---|---|
| Homebrew | ○ | ○ |
asdf |
△? | × |
kerl |
○? | × |
?がついているところは2020年12月4日現在で完全には確認できていないところです。そのうち追って確認します。
追記(2021/1/12): NervesプロジェクトのFrankによると，ARMネイティブでもasdfでのインストールでうまくいくようです。私は今バタバタしているので未検証ですが，是非試してください。
追記(2021/1/6): ARMネイティブの時のasdfでのインストールがうまくいかないことがわかりました。Homebrewでのインストールは大丈夫です。
追記(2020/12/7): ARMネイティブの時のkerlでのインストールがうまく動かないことがわかりました。引き続き検証します。
追記(2020/12/7): ARMネイティブでasdfでインストールした場合，Rosetta 2モードでターミナルを起動しても，Elixirを実行できることがわかりました。
追記(2020/12/8): しかし↑この場合(ARMネイティブでasdfをインストールしてRosetta2モードでターミナルを起動した場合)，今まで知られている方法でNIFをコンパイルして実行しようとすると，x86_64のバイナリでコンパイル・リンクしようとするため，不一致のためNIFをロード・実行できないという問題があることがわかりました。
HomebrewでのElixirインストール手順
- Xcodeをインストールする
- Xcodeを起動してコンポーネントをインストールする
- ターミナルで
xcode-select --installを実行する - Homebrew をインストールする (Rosetta2の場合とArmネイティブの場合)
brew install elixir
asdfでのElixirインストール手順
下記の記事通りです。
注意点としては，原理上，Rosetta 2 モードと ARM ネイティブモードを両立できないという点です。asdfの抜本的な改造が必要でしょうね。というわけで，issue 書きました。 https://github.com/asdf-vm/asdf/issues/834
追記(2020/12/8): ↑issueに否定的なコメントがつきましたね。理解はできます。
kerlでのElixirインストール手順
下記の記事通りです。
ARMネイティブモードの場合，export KERL_CONFIGURE_OPTIONS="--with-ssl=/opt/homebrew/opt/openssl@1.1 --enable-darwin-64bit"とします。
kerl build 23.1.4 23.1.4_Rosetta2, kerl build 23.1.4 23.1.4_ARM みたいにすると，Rosetta 2 モードと ARM ネイティブモードを共存できます。
2020/12/11 追記: kerlの--HEADで試したところ，Intel Big Surではうまく動きましたが，M1 Mac ARM モードではビルドでエラーが出たので，Issue 書きました。https://github.com/kerl/kerl/issues/357
Xcodeを起動するときの注意点
https://zenn.dev/paraches/articles/m1-xcode-rosetta2 を参照のこと
要はリターンキーを押せば先に進みます。
Rosetta2 の Homebrew のインストール方法
- アプリケーション/ユーティリティ フォルダを開いてターミナルの「情報を見る」を開きます。
- 「Rosettaを使用して開く」にチェックを入れます。
- ターミナルを起動します。
- あとは通常のHomebrewのインストール手順です。
通常と同じく/usr/local配下にインストールされます。
ちなみに，「Rosettaを使用して開く」にチェックを入れていても，sshで外部からログインしたときには，そのシェルではRosettaは有効にならず，ARMネイティブモードになります。
ARMネイティブのHomebrewのインストール方法
- アプリケーション/ユーティリティ フォルダを開いてターミナルの「情報を見る」を開きます。
- 「Rosettaを使用して開く」のチェックを外します。
- ターミナルを起動します。
cd ~mkdir homebrew && curl -L https://github.com/Homebrew/brew/tarball/master | tar xz --strip 1 -C homebrewsudo mv homebrew /opt/homebrewcd /opt/homebrew/bin./brew update- .zshrc に
export PATH="/opt/homebrew/bin:$PATH"を記述する source .zshrc
通常と異なり，/opt/homebrew配下にインストールされます。
おまけ: ベンチマーク結果
次のような自作のベンチマークプログラムを走らせてみました。
Pelemay 0.0.14になってARMネイティブモードのM1 Macで動くようになりました。
参考: iMac Pro 2017 (CPU/GPU全部盛り) での実行結果
## FloatMultBench
benchmark name iterations average time
Pelemay 50000 38.77 µs/op
Enum 10000 233.19 µs/op
Flow 500 3368.38 µs/op
## LogisticMapBench
benchmark name iterations average time
Pelemay 5000 624.14 µs/op
Enum 1000 2386.87 µs/op
Flow 500 5600.73 µs/op
## StringReplaceBench
benchmark name iterations average time
Pelemay String.replace 10000000 0.80 µs/op
Enum String.replace 1000000 2.61 µs/op
Flow String.replace 1000 1999.50 µs/op
Mac mini (M1, 2020) ARM モードでの実行結果
benchmark name iterations average time
Pelemay 100000 28.60 µs/op
Enum 10000 119.89 µs/op
Flow 1000 1021.03 µs/op
## LogisticMapBench
benchmark name iterations average time
Pelemay 5000 377.24 µs/op
Enum 2000 897.06 µs/op
Flow 1000 2265.86 µs/op
## StringReplaceBench
benchmark name iterations average time
Pelemay String.replace 10000000 0.66 µs/op
Enum String.replace 1000000 1.45 µs/op
Flow String.replace 10000 252.52 µs/op
Mac mini (M1, 2020) Rosetta 2 モードでの実行結果
Pelemay が，たとえバージョン0.0.14であっても，バグで動かなかったので，削除してあります。issueを立ててありますので，詳細をご覧になりたい方はどうぞ。
https://github.com/zeam-vm/pelemay/issues/154
## FloatMultBench
benchmark name iterations average time
Enum 10000 278.17 µs/op
Flow 1000 1725.31 µs/op
## LogisticMapBench
benchmark name iterations average time
Enum 1000 2272.93 µs/op
Flow 500 4115.19 µs/op
## StringReplaceBench
benchmark name iterations average time
Enum String.replace 1000000 2.39 µs/op
Flow String.replace 5000 388.05 µs/op
結果
いずれも ARMモードの Mac mini (M1, 2020) の方が iMac Pro 2017 よりかなり高速でした。Pelemayの速度向上は大体C言語によるネイティブのコードの速度向上比と同程度と考えられます。一方，Enumの速度向上はシングルコアで動作する標準的なインタプリタの場合の速度向上比と考えられます。Flowの速度向上は，マルチコアで動作する標準的なインタプリタの場合の速度向上比と考えられます。シングルコア性能も高いですが，とくにマルチコア性能は高いですね！
| Pelemay | iMac Pro 2017 | Mac mini (M1, 2020) ARM | 倍率 |
|---|---|---|---|
| 整数演算 | 624.14 µs/op | 377.24 µs/op | 1.65倍 |
| 浮動小数点数演算 | 38.77 µs/op | 28.60 µs/op | 1.36倍 |
| 文字列置換 | 0.80 µs/op | 0.66 µs/op | 1.21倍 |
| Enum | iMac Pro 2017 | Mac mini (M1, 2020) ARM | 倍率 |
|---|---|---|---|
| 整数演算 | 2386.87 µs/op | 897.06 µs/op | 2.66倍 |
| 浮動小数点数演算 | 233.19 µs/op | 119.89 µs/op | 1.95倍 |
| 文字列置換 | 2.61 µs/op | 1.45 µs/op | 1.80倍 |
| Flow | iMac Pro 2017 | Mac mini (M1, 2020) ARM | 倍率 |
|---|---|---|---|
| 整数演算 | 5600.73 µs/op | 2265.86 µs/op | 2.47倍 |
| 浮動小数点数演算 | 3368.38 µs/op | 1021.03 µs/op | 3.30倍 |
| 文字列置換 | 1999.50 µs/op | 252.52 µs/op | 7.92倍 |
Rosetta 2 モードの Mac mini (M1, 2020) と iMac Pro 2017 はEnumでほぼ互角，FlowではMac miniの方が速いです。この場合も，マルチコアであるFlowの場合の方が速度向上比が高かったです。
| Enum | iMac Pro 2017 | Mac mini (M1, 2020) Rosetta 2 | 倍率 |
|---|---|---|---|
| 整数演算 | 2386.87 µs/op | 2272.93 µs/op | 1.05倍 |
| 浮動小数点数演算 | 233.19 µs/op | 278.17 µs/op | 0.838倍 |
| 文字列置換 | 2.61 µs/op | 2.39 µs/op | 1.09倍 |
| Flow | iMac Pro 2017 | Mac mini (M1, 2020) Rosetta 2 | 倍率 |
|---|---|---|---|
| 整数演算 | 5600.73 µs/op | 4115.19 µs/op | 1.36倍 |
| 浮動小数点数演算 | 3368.38 µs/op | 1725.31 µs/op | 1.95倍 |
| 文字列置換 | 1999.50 µs/op | 388.05 µs/op | 5.15倍 |
Rosetta 2 より ARM ネイティブは1.6〜2.5倍程度高速であると言えそうです。
| Mac mini (M1, 2020) Enum | Rosetta 2 | ARM | 倍率 |
|---|---|---|---|
| 整数演算 | 2272.93 µs/op | 897.06 µs/op | 2.53倍 |
| 浮動小数点数演算 | 278.17 µs/op | 119.89 µs/op | 2.32倍 |
| 文字列置換 | 2.39 µs/op | 1.45 µs/op | 1.65倍 |
| Mac mini (M1, 2020) Flow | Rosetta 2 | ARM | 倍率 |
|---|---|---|---|
| 整数演算 | 4115.19 µs/op | 2265.86 µs/op | 1.95倍 |
| 浮動小数点数演算 | 1725.31 µs/op | 1021.03 µs/op | 1.69倍 |
| 文字列置換 | 388.05 µs/op | 252.52 µs/op | 1.54倍 |
おわりに
明日のElixir Advent Calendar 2020 7日目の記事は @koyo-miyamura さんです。よろしくお願いします。
本研究成果は、科学技術振興機構研究成果展開事業研究成果最適展開支援プログラム A-STEP トライアウト JPMJTM20H1 の支援を受けた。