Le passage à des SoC ARM en remplacement des puces d'Intel n'est pas anodin. En effet, du processeur découlent de nombreuses briques matérielles et logicielles, qu'Apple doit repenser, adapter et améliorer au passage.

Dans une vidéo publiée dans le cadre de la WWDC 2020, la firme de Cupertino a détaillé ce qu'elle décrit comme les principaux avantages de ses puces. Tout d'abord l'aspect « tout-en-un » de ses SoC, intégrant au sein d'un même die le CPU, le GPU et leurs différents accélérateurs.

Le dernier SoC d'Apple : 35 à 45 % moins gros qu'AMD ou Intel

On parle ici de puces assez compactes, 98,48 mm² dans le cas du dernier A13 Bionic gravé en 7 nm, en augmentation de 18 % par rapport à son prédécesseur. Le CPU n'occupe que moins de 10/15 % de ce total (sans ou avec cache L2) soit 13,47 mm², un peu plus pour le GPU et ses 15,28 mm².

Pour rappel, chaque CCD d'une puce Zen 2 (Ryzen de 3e génération) d'AMD, est gravée en 7 nm, comportant huit cœurs. Elle est contenue dans un die de 74 mm². Chaque CCX avec quatre cœurs et l'ensemble de ses caches (dont 16 Mo de L3 ) occupe 31,3 mm². Le reste est isolé dans un I/O die gravé en 12 nm (plus gros q'un seul CCD). Malheureusement, l'entreprise ne communique pas sur la composition détaillée de ses APU Mobile de 3e génération (Renoir), si ce n'est qu'il s'agit d'une puce unique tenant dans 156 mm² (gravée en 7 nm).

De son côté, Intel regroupe dans ses derniers Ice Lake (10 nm, Sunny Cove) chacun de ses cœurs dans 6,91 mm² (cache compris), pour un total de quatre tenant dans 30,73 mm². Ils embarquent également un GPU avec 64 unités de calcul pour un total de 41,1 mm². La puce mesure 122,52 mm², son chipset (externe) en 14 nm 53,76 mm². 

Nous n'avons pas encore de détails sur les caractéristiques des modèles qui seront utilisés pour les Mac commercialisés à la fin de l'année, leur composition et donc la taille de leur die et des différents éléments qu'ils contiennent. On sait seulement qu'ils profiteront très certainement du 5 nm de chez TSMC.

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Quelle mémoire pour les prochains SoC Apple ?

Il y a un point sur lequel la société insiste déjà : l'accès à la mémoire est « désormais » unifié. Tout du moins, lorsqu'elle compare ses futures machines aux actuelles équipées d'un GPU tiers. Car sinon, quand le processeur est seul avec sa partie graphique intégrée... c'est déjà le cas.

L'accès unifié à la mémoire autant un avantage qu' un inconvénient. Un avantage parce que CPU et GPU n'ont pas à passer par des bus spécifiques pour s'échanger des données, la mémoire est là pour ça. Un inconvénient parce qu'ils doivent se partager justement la même mémoire.

Là où les cartes graphiques peuvent compter sur des bandes passantes plus élevées grâce à de la GDDR6 ou de la HBM, les derniers SoC Apple doivent se « contenter » de LPDDR4X. Fera-t-elle un choix différent pour ses prochaines puces, avec une mémoire plus rapide au risque d'une consommation plus élevée ?

Une architecture asymétrique, segmentation des applications

Point fort connu des architectures ARM : leur conception à la Big.Little. Il est en effet possible d'intégrer au sein d'un même die des cœurs plus ou moins puissants et imposants. Chaque groupe dispose de ses avantages : les performances pour l'un, la faible consommation d'énergie pour l'autre.

Là encore, il sera intéressant de voir quelle conception sera choisie par Apple selon les machines. Elle est actuellement en 2 + 4, mais pourrait évoluer. C'est en tout cas le choix fait par Intel avec son Lakefield, de type 1 + 4, gravé en 10 nm. Une puce tout-en-un avec stacking 3D, notamment pour la mémoire, de 144 mm².

Cette conception modulaire et différenciée sera aussi au cœur du projet Alder Lake qui le portera sur PC de bureau. Utilisant un socket LGA 1700 et attendue pour l'année prochaine, elle sera dans certains cas, selon les dernières rumeurs, composée de 8 + 8 cœurs. Chez AMD, on ne sait pas si Zen 3 suivra cette tendance.

Mais là aussi, Apple disposera d'un avantage : maîtrisant la conception de la puce et l'OS dans son ensemble, elle pourra affiner sa gestion au mieux. Là où AMD et Intel doivent composer avec le scheduler de Linux, Windows et autres OS pouvant être utilisés sur des architectures x86.

Attention tout de même : à partir d'iOS/iPadOS 14, une segmentation sera possible sur les performances. Les applications pourront en effet exiger d'avoir au moins un SoC A12 Bionic afin de pouvoir être fonctionnelles. Elles ne seront ainsi accessibles qu'à des appareils récents.

Une sécurité maitrisée de bout-en-bout

Apple évoque aussi la sécurité comme un point important dans la conception de ses puces. Sans doute refroidie par les multiples failles d'Intel ces dernières années (ARM n'étant pas en reste sur certaines), la société pourra gérer ici tous ces aspects selon ses propres critères et besoins, de manière unifiée avec ses OS mobiles. 

Par exemple en introduisant le Pointer Authentication Code, l'accès aux pages mémoires pour l'écriture ou l'exécution (mais pas les deux) avec un passage rapide d'une permission à l'autre, thread par thread, pensée pour une gestion rapide et sécurisée des compilateurs JIT, l'intégrité du noyau une fois initialisé, l'isolation IOMMU de chaque périphérique plutôt que partagée, etc.

Il faudra qu'Apple soit réactive aux attaques et failles qui toucheront spécifiquement ses appareils et seront forcément découvertes. Là aussi, l'imbrication entre logiciel et matériel jouera sans doute en sa faveur. 

Malheureusement, l'entreprise n'est pas revenue sur un point, pourtant crucial sur certains marchés : des GPU tiers et autres composants/cartes PCIe pourront-ils être utilisés avec ses nouvelles puces, que ce soit au sein d'ordinateurs portables, tout-en-un ou éventuellement des stations de travail ?

On en saura peut-être davantage d'ici la fin de l'année.

Démarrage et restauration : le chamboulement

Enfin, il a été question du Secure Boot, migrant vers une solution identique à ce qui existe déjà pour les iPhone et iPad, adaptée pour gérer plusieurs installations de macOS (chacune avec ses règles de sécurité) ou plusieurs versions sur une même machine. 

S'il est possible de démarrer depuis un périphérique externe, un mode de démarrage à sécurité réduite est disponible pour des usages spécifiques ou l'utilisation de versions de macOS non signées. Apple en profite pour préciser que son expérience de connexion à macOS est elle aussi améliorée, identique quel que soit le statut de FileVault, avec accélération graphique, support des cartes de sécurité (CCID, PIV), VoiceOver, etc.

La procédure de restauration ne sera plus accessible par des combinaisons de touches complexes à retenir, mais par une simple pression longue sur le bouton Power au démarrage. Les différentes possibilités seront ensuite proposées via l'interface logicielle pour simplifier la vie de l'utilisateur.

Changement aussi pour la partition de restauration, pour répondre à une problématique : que faire en cas de corruption ? La nouvelle restauration système prendra en charge ce cas, contenant une version minimale de macOS. Le mécanisme sera supporté par Apple Configurator 2, qui perdure.

Enfin, le mode Mac Sharing fera enfin son entrée pour remplacer Target Disk. Les protocoles Firewire et Thunderbolt n'étant pas présents, il fallait en effet trouver une alternative. Le transfert de données depuis un autre appareil passe donc désormais par un partage réseau (SMB).