Pourquoi Apple ne proposera bientôt plus de carte graphique ?
Cette intégration d'un nombre croissant de fonctions au sein d'une
seule puce est un mouvement de fond pour Apple. Le mouvement originel du
« tout soudé » n'était qu'un début, avant la phase du « tout en un ».
Il y a fort à parier que les gammes iMac et MacBook Pro se passent
définitivement de cartes graphiques dédiées.
Si le « petit » M1 se contente de 8 cœurs graphiques, rien n'empêche
Apple d'envisager un processeur plus richement doté, apte à propulser la
gamme au niveau des cartes dédiées. Ajouter des cœurs supplémentaires à
une architecture existante, c'est ainsi qu'Apple est passée de l'A10 à
l'A10X ou de l'A12 à l'A12X. Et il n'y a pas beaucoup de retard à
rattraper : les Mac M1 ne sont en retrait que de 10 à 30 % sur le MacBook Pro 16" et l'iMac 27" dotés d'une Radeon Pro 5300.
Autrement dit : si les 8 cœurs graphiques du M1 ne sont pas ridicules
face aux cartes dédiées qu'Apple colle aujourd'hui dans sa gamme, sans
doute une version enrichie pourra-t-elle venir chatouiller la Radeon Pro
5500 XT qui équipe avec ses 22 cœurs l'iMac haut de gamme. Car le rendu
graphique est un domaine qui se plie fort bien à ces structures
hautement parallèles où la charge de travail est répartie entre de
nombreuses unités de calcul.
Là encore, Apple évitera d'enrichir un sous-traitant. Ayant habitué
ses clients à des cartes de milieu de gamme ou issues du monde des
ordinateurs portables, elle n'a pas besoin de s'attaquer directement aux
monstres de Nvidia ou d'AMD et peut tranquillement nous assurer de
meilleurs performances que la gamme précédente. Restera la question du
gros Mac Pro ? ...... Une coquille vide chauffante avec un gros processeur ?
Après l'Apple M1 : ce qui nous attend… et pourquoi Intel aura du mal à suivre
REF.: Jean-Baptiste Leheup |
Maintenant
que le processeur M1 est largement utilisé, il ne fait pas de doute
qu'Apple a gagné son pari. Son processeur est aujourd'hui unanimement
salué, et pas seulement dans le monde Apple. À part Intel,
tout le monde s'accorde sur le fait que le système sur puce M1 est
habilement conçu, puissant, économe, et particulièrement bien mis à
profit par macOS et ses technologies. Et pourtant, il reste de belles
marges de manoeuvre pour des améliorations que nous verrons sans doute
apparaître au cours des prochains mois.
Le processeur M1, le plus petit des Apple Silicon
Aujourd'hui, le processeur M1 est au sommet de la gamme Apple
Silicon. Il est le caïd de la famille, plus gros et plus fort que ses
petits frères A13 et A14 embarqués dans les gammes iPad et iPhone. Et il
n'a même pas peur d'aller se bagarrer dans la cour des grands. Mais
viendra un temps où l'on se souviendra avec nostalgie de ce petit
nouveau.
Car sur le papier, comparé aux processeurs qui équipent les autres
ordinateurs, le M1 n'est pas si impressionnant. Pour commencer, il est
tout petit. À peine 120 millimètres carrés, soit un ongle de pouce.
L'Intel Core i9 de l'iMac est presque deux fois plus gros, et le Xeon du
Mac Pro, six fois plus gros. Autrement dit : Apple peut sans difficulté
envisager d'étendre son processeur pour y caser plus de cœurs, plus de
mémoire cache, et plus de mémoire vive…
En termes de consommation, c'est aussi le petit poucet des
processeurs du moment. Un Mac mini à fond la caisse consomme moins de 40
watts, tout en chatouillant l'iMac Pro
qui en consomme 370. Apple n'est donc pas limitée par cet aspect. En
quelque sorte, la gamme Apple Silicon permet à la marque de repartir
d'une feuille presque blanche, sans contrainte particulière.
Il n'y a guère que sur la question de la cadence d'horloge qu'Apple
n'a pas lésiné sur les moyens. Son premier processeur est directement
calé sur une fréquence de 3,2 GHz, loin d'être ridicule au milieu de ses
concurrents. Mais cette fréquence est atteinte avec une finesse de
gravure de 5 nanomètres, qui doit offrir une marge que l'on ne connaît
pas encore, puisqu'Apple est la première à s'y aventurer. On sait
cependant qu'AMD dépasse cette fréquence avec la quasi-totalité de sa
gamme Ryzen pourtant gravée en 7 nm. Et Intel, qui n'a peur de rien,
parvient à maîtriser son i9 en 14 nm à près de 5 GHz.
Dans
la communication d'AMD, on a toujours l'impression que ses processeurs
Ryzen Threadripper sont à deux doigts de prendre feu…
Reste la question du coût. Là encore, il faut mettre tout le monde à
l'aise : il y a de la marge. Un cadre d'IBM s'est lancé dans une estimation du coût du M1 pour Apple
et pense pouvoir affirmer que chaque M1 coûte environ 50 $ à fabriquer.
Apple a en quelque sorte internalisé le coût du développement de ce
processeur, qui était auparavant facturé par Intel. Si elle doit
maintenant payer elle-même les ingénieurs qui mettent au point ses
processeurs, elle empoche en contrepartie une partie des copieux
bénéfices qu'Intel engrangeait année après année.
M1, ce processeur dont on ne sait presque rien
Ce qui complique l'exercice de divination auquel je me prête
aujourd'hui, c'est qu'on en sait relativement assez peu sur les
spécifications techniques du processeur M1, malgré le travail d'analyse de l'A14 par Anandtech.
Apple ne travaille que pour elle-même, contrairement à Intel, et n'a
donc divulgué que les informations strictement nécessaires.
Parmi les éléments manquants, on ignore tout de la dotation en lignes
PCIe des processeurs Apple Silicon. Jusqu'à présent, cette donnée
n'avait que peu d'importance, que ce soit pour l'iPhone, totalement
fermé, comme pour le Mac mini et le MacBook Air, dont les capacités
d'extension se résument à quelques ports Thunderbolt.
D'autant plus que, rappelons-le, le processeur M1 intègre la partie
graphique, qui occupait auparavant plusieurs lignes PCIe (généralement,
quatre lignes pour une petite carte graphique, mais jusqu'à vingt-quatre
pour chaque carte AMD Radeon Pro Vega II Duo du Mac Pro 2019).
En intégrant la puce graphique à son système sur puce, Apple a sans
doute pu réduire le nombre de lignes PCIe gérées par son système. Mais
dans le même temps, on a vu grimper les exigences du Thunderbolt, au
point que sa version 4 exige que chaque port dispose d'une capacité PCIe
de 32 Gbit/s. Apple tente actuellement de noyer le poisson
en n'annonçant pas officiellement de compatibilité avec le Thunderbolt
4. Elle ne pourra pas éternellement rester sur cette ligne.
Une partie de la réponse est peut-être dans le PCIe 4.0. Cette
nouvelle version qui se démocratise depuis deux ans double le débit de
chaque ligne, permettant ainsi d'économiser des ressources. On ne sait
pas encore avec certitude si le processeur M1 gère cette nouvelle
version de la norme, mais ce serait une solution pour offrir sans
difficulté le niveau de connectivité des anciens Mac sans nécessiter
autant de lignes physiques. Mais il y a un bémol : le PCIe 4.0 est
surtout une version accélérée de la version précédente, avec peu
d'optimisations. Ses composants chauffent donc beaucoup plus que ses
prédécesseurs, ce qui est un frein à une adoption massive dans les
petites configurations M1.
Pourquoi Apple ne proposera bientôt plus de carte graphique
Cette intégration d'un nombre croissant de fonctions au sein d'une
seule puce est un mouvement de fond pour Apple. Le mouvement originel du
« tout soudé » n'était qu'un début, avant la phase du « tout en un ».
Il y a fort à parier que les gammes iMac et MacBook Pro se passent
définitivement de cartes graphiques dédiées.
Si le « petit » M1 se contente de 8 cœurs graphiques, rien n'empêche
Apple d'envisager un processeur plus richement doté, apte à propulser la
gamme au niveau des cartes dédiées. Ajouter des cœurs supplémentaires à
une architecture existante, c'est ainsi qu'Apple est passée de l'A10 à
l'A10X ou de l'A12 à l'A12X. Et il n'y a pas beaucoup de retard à
rattraper : les Mac M1 ne sont en retrait que de 10 à 30 % sur le MacBook Pro 16" et l'iMac 27" dotés d'une Radeon Pro 5300.
Autrement dit : si les 8 cœurs graphiques du M1 ne sont pas ridicules
face aux cartes dédiées qu'Apple colle aujourd'hui dans sa gamme, sans
doute une version enrichie pourra-t-elle venir chatouiller la Radeon Pro
5500 XT qui équipe avec ses 22 cœurs l'iMac haut de gamme. Car le rendu
graphique est un domaine qui se plie fort bien à ces structures
hautement parallèles où la charge de travail est répartie entre de
nombreuses unités de calcul.
Là encore, Apple évitera d'enrichir un sous-traitant. Ayant habitué
ses clients à des cartes de milieu de gamme ou issues du monde des
ordinateurs portables, elle n'a pas besoin de s'attaquer directement aux
monstres de Nvidia ou d'AMD et peut tranquillement nous assurer de
meilleurs performances que la gamme précédente. Restera la question du
gros Mac Pro, sur lequel nous reviendrons en fin d'article.
Pourquoi Intel n'applique-t-il pas les mêmes recettes ?
Loin de moi l'idée de tomber dans le sectarisme que l'on prête
souvent aux clients d'Apple, mais ce décrochage du monde x86 face au
monde ARM est l'une des questions récurrentes des observateurs depuis
plusieurs mois. Qu'est-ce qui peut bien empêcher Intel d'appliquer les
mêmes recettes à ses propres processeurs pour combler le fossé qui s'est
creusé ? On imagine parfois qu'après tout, un processeur est un
processeur, tout comme un vélo est un vélo. Il suffirait donc
d'appliquer à un processeur x86 les mêmes solutions pour le rendre à la
fois beaucoup plus puissant et plus économe.
Sauf que les « recettes miracles » adoptées par Apple pour son M1
sont intimement liées à l'architecture ARM qui le sous-tend. Dans cette
architecture, les instructions traitées par le processeur ont une
longueur fixe qui facilite leur dispersion entre les différentes unités
de traitement. À l'inverse, dans l'architecture x86, les instructions se
succèdent à un rythme irrégulier, ce qui complique la tâche du
processeur. Intel et AMD ont inventé quelques astuces, comme un système
qui tente de deviner où démarrera la prochaine instruction pour
l'exécuter sans attendre. Mais plus on y a recours, plus le taux
d'erreur augmente.
Tout ce qui pouvait être fait pour pousser l'architecture x86 dans
ses derniers retranchements a été fait. Dès les années 1990, les
processeurs 486 puis les Pentium ont adopté au plus profond de leurs
transistors une structure décomposant les complexes instructions de haut
niveau en micro-opérations élémentaires, plus aisées à manipuler, à
réordonner et à anticiper. Ce choix technologique a également permis, au
début des années 2000, de développer l'Hyper-Threading, où chaque cœur
est mis à disposition de deux files d'attente d'instructions : à chaque
fois que l'une des deux laisse un « blanc », l'autre file d'attente en
profite pour lancer ses propres instructions. Et depuis quelques mois,
Intel cherche à associer deux types de cœurs dans ses puces, à la manière de la technique big.LITTLE d'ARM.
Ces méthodes ont permis d'optimiser les ressources matérielles en
compensant les faiblesses héritées de la conception très linéaire des
premières puces d'Intel.
Résultat : depuis quelques années, à défaut de pouvoir encore
optimiser la gestion des instructions, on assiste plutôt à une
multiplication des cœurs, au prix d'une explosion de la consommation
électrique, du dégagement de chaleur et du coût de fabrication. Intel
propose un Core i9 disposant de 10 cœurs physiques, qui tutoie les 200
watts à lui tout seul. Chez AMD, le fleuron de la gamme est actuellement
le Ryzen Threadripper 3990X, un véritable monstre : un PC équipé de ce processeur à 4 500 $
peut atteindre une consommation de 1 000 watts quand il active ses 64
cœurs. Mais il se montre alors dix fois plus rapide qu'un Mac M1 sous
CineBench et cinq fois plus rapide sous GeekBench.
Rien n'empêcherait aujourd'hui Intel de repartir aussi d'une page
blanche. Elle en a d'ailleurs eu l'occasion en 1997 en rachetant à DEC
sa famille de processeurs StrongARM, rebaptisée XScale. Elle n'a
cependant pas trop su quoi en faire, et l'a revendue dix ans plus tard.
Faute de succès des processeurs ARM dans le monde PC, Windows ARM n'a
pas percé. Et puisque Windows ARM n'a pas percé, personne ne veut
investir dans un processeur ARM pour le monde PC. Enfin, Qualcomm montre
bien une certaine ambition dans le domaine, mais le fabricant vient
juste de s'adjoindre les services d'anciens d'Apple
pour tenter de rattraper son retard sur le processeur M1. Il est donc
toujours aussi difficile de renoncer à ce qui fait l'essence de
l'architecture x86, car tout l'écosystème du PC repose sur ces
fondations, à commencer par Windows. C'est le serpent qui se mord la
queue — pour le moment.
Verra-t-on un Mac Pro Apple Silicon ?
L'architecture ARM se prête facilement à la multiplication des cœurs, d'autant plus qu'Apple a organisé de longue date son système d'exploitation
pour en tirer parti. Si Apple a le moindre doute sur la possibilité de
caser toujours plus d'unités de calcul dans une puce, elle pourra
s'intéresser à la microarchitecture Neoverse N1 qu'ARM diffuse depuis
2019. Le concepteur californien Ampere Computing
en a tiré la puce Altra, dotée de 32 à 80 cœurs physiques (et bientôt
128). Grâce à une gravure à 7 nm, ce paquebot de 80 cœurs cadencés à 3,3
GHz, capable de gérer huit canaux de mémoire vive (contre six pour le
Mac Pro actuel) et 128 lignes PCIe (contre 64 pour le processeur Xeon du
Mac Pro, soit quatre fois moins de débit compte tenu de la différence
de génération) se contente d'une enveloppe thermique (TDP) de 250W, à
peine plus que le Xeon, dont les 28 cœurs tournent à 2,5 GHz.
Comme si un seul de ces cerveaux ne suffisait pas, Ampere a prévu la
possibilité de les associer deux par deux. Des ordinateurs
bi-processeurs, comme Apple a cessé d'en proposer depuis 2012. Pourtant,
le jeu en vaut la chandelle : selon les tests, la version 80 cœurs de l'Altra peut se montrer trois à cinq fois plus rapide que le Xeon, pour la moitié de son prix !
En attendant, la question du Mac Pro est une vraie épine dans le pied
d'Apple. La marque est consciente que ce modèle est incontournable dans
sa gamme, car il lui donne une légitimité auprès d'un public exigeant.
Sans Mac Pro, sa gamme ne paraîtrait pas très professionnelle. Or
jusqu'à présent, pour fabriquer un Mac Pro, ce n'était pas très
compliqué. Il suffisait de faire une grosse boîte et d'y inclure un gros
processeur produit par Intel. Apple a bien essayé d'expliquer aux
professionnels qu'ils pouvaient se contenter d'un petit cylindre discret
et silencieux, mais ça n'a pas marché : elle a dû se résoudre à leur proposer à nouveau un gros machin plein de vide avec une alimentation électrique digne d'une friteuse.
Mais au moins, Apple n'a pas eu à inventer le processeur qui va avec.
Pour le plus puissant Mac Pro, le tarif public du Xeon W-3275M à 28
cœurs se situe aux alentours de 7 000 €. Intel en vend des palettes
entières, car la plupart d'entre eux terminent dans des fermes de
serveurs, où leurs nombreux cœurs font merveille pour servir plusieurs
clients ou faire tourner plusieurs machines virtuelles en parallèle.
Pour Apple, c'est juste un achat comme un autre, qu'elle rentabilise en
vendant la machine au bon prix.
Mais voilà, pour équiper son futur Mac Pro d'un processeur à la
hauteur de la gamme Xeon d'Intel, ou de leurs concurrents Threadripper
d'AMD, Apple va devoir inventer son propre monstre de puissance. Et
comme elle n'a sûrement pas l'intention de le vendre ensuite à ses
concurrents, il faudra qu'elle rentabilise toute seule la recherche, le
développement et la fabrication de ces processeurs. Elle a peut-être un
projet secret consistant à envahir les centres de données, mais en
attendant, la cible du Mac Pro ne semble pas suffisante pour
rentabiliser l'investissement de base.
Il sera intéressant de voir quels seront les choix d'Apple en la
matière. Multiplier les cœurs dédiés à l'intelligence artificielle
(comme le Neural Engine) ou les cœurs GPU ne suffira pas à offrir une
machine capable de se confronter à la force brute des modèles Intel ou
AMD. On n'imagine quand même pas qu'Apple va proposer un nouveau Mac Pro
doté d'un processeur x86 : ce serait reconnaître qu'elle ne peut pas
concurrencer Intel sur le terrain de la puissance. Même à titre
provisoire, ce serait un message négatif, dont Intel s’empresserait de
tirer un profit médiatique.
Apple a-t-elle dans ses cartons un super-processeur à plusieurs
dizaines de cœurs, peut-être pas rentable, mais capable de servir de
vitrine technologique à Apple Silicon ? Un M1X, M1 Pro ou M2 qui serait
ensuite adapté au reste de la gamme ? Va-t-elle développer des systèmes
multi-processeurs en associant deux, quatre, voire des dizaines de ses
petits M1 ? Va-t-elle développer ses propres cartes d'extension pour
externaliser la puissance de calcul à la mode GPGPU ?
Et quand Apple aura résolu cette question, il lui en restera une autre : le design. On a entendu dire qu'elle réfléchissait à un Mac Pro de taille réduite.
Cela signifierait qu'elle renoncerait à la possibilité d'offrir des
emplacements pour des cartes d'extension, qui justifient à eux seuls le
volume de l'actuel Mac Pro. Alors, retour au Mac Pro « poubelle » ou
maintien d'un Mac Pro « camion » ? L'avenir s'annonce passionnant !
