La longue liste à puces d'Apple

Anthony Nelzin-Santos |

Kalamata, charmante ville du Péloponnèse, réputée pour ses olives et ses figues. Kalamata, épicentre du tremblement de terre du 13 septembre 1986, magnitude 6,2 sur l’échelle de Richter. Kalamata, ambitieux projet d’Apple, qui vise à abandonner l’architecture x86 des processeurs Intel. C’est bien un séisme qui attend le Mac : dès 2020, assure Bloomberg, certaines machines portables utiliseront des processeurs frappés d’une pomme. Apple fêtera alors le dixième anniversaire de la présentation de l’iPad et du processeur A4, premier d’une longue série qui a placé la firme de Cupertino au rang des tout meilleurs concepteurs de semi-conducteurs.

Steve Jobs dévoile l’iPad, et son processeur Apple A4, en 2010.

« L’iPad est motorisé par notre propre processeur » : trente secondes plus tard, Steve Jobs passait à un autre sujet, comme si le premier processeur frappé d’une pomme n’était qu’un détail. Le fondateur d’Apple ne voulait sans doute pas passer — horreur suprême — pour un vulgaire concepteur de semi-conducteurs. Il ne fait pourtant aucun doute qu’il avait su reconnaître l’importance de la maîtrise du développement des composants pour gagner la course au mobile, comme il avait été capable de reconnaître l’importance du rapport puissance/consommation pour le futur des ordinateurs portables, et d’abandonner les processeurs PowerPC d’IBM au profit des puces d’Intel.

Apple avait acheté PA Semi, une start-up entièrement dévolue à l’amélioration du rapport puissance/consommation, dès 2008. Ses équipes ont planché pendant deux ans sur la conception de l’A4, avec l’aide d’Intrinsity, spécialiste de l’implémentation des architectures ARM qui a fini par intégrer Apple en 20101. C’est aussi à cette époque que Johny Srouji a rejoint Cupertino : il dirige aujourd’hui l’ingénierie matérielle de la société, dont ses équipes israéliennes, qui comptent parmi les meilleurs spécialistes des semi-conducteurs dans le monde. Des talents qui s’accumulent à mesure qu’Apple multiplie les acquisitions dans le domaine : Anobit, Passif Semiconductor, PrimeSense, LegbaCore

Des acquisitions ciblées, qui ont permis d’améliorer les processeurs maison, mais surtout de concevoir d’autres types de puces. Coprocesseurs, encodeurs vidéo, contrôleurs, systèmes de gestion de l’énergie, puces réseau, cartes graphiques, bientôt un modem… Apple conçoit et contrôle un nombre croissant de composants. Il ne s’agit pas seulement de garder la main sur des puces de plus en plus perfectionnées et de plus en plus importantes, même si c’est un argument de poids, d’un point de vue concurrentiel comme d’un point de vue sécuritaire. Il s’agit plutôt de reprendre la main : Apple n’est plus soumise aux desiderata de ses fournisseurs, ni victime de leurs échecs.

Les puces d’Apple depuis 2010. Certaines sont identifiées par une lettre : A pour les SoC des appareils iOS, M pour le coprocesseur de mouvement, S pour le SIP de l’Apple Watch, H pour (la première génération de) l’ISP de l’iPhone, T pour le contrôleur des Mac, W pour le sans-fil. D’autres ne le sont pas, mais ne sont pas moins importantes, comme la puce graphique (GPU) et le Neural Engine (NE) intégrées à l’A11, le contrôleur du stockage (NAND), ou encore le contrôleur énergétique (PWR). Cette infographie permet de saisir comme cette activité s’est étendue et densifiée avec le temps.

Ses puces sont devenues des vecteurs de différenciation, au même titre que ses codes esthétiques, ses logiciels, et ses services. L’écosystème Wear OS est exsangue ? Qualcomm est incapable de fournir une puce qui assure plus d’une journée d’autonomie dans de bonnes conditions. Apple, elle, a revu et re-revu le moteur de l’Apple Watch. Plus qu’un simple processeur, c’est un « système dans un boîtier », une carte-mère miniaturisée et noyée dans la résine pour former une grosse puce. Une puce qui intègre aujourd’hui un GPS et un modem cellulaire, des années avant les rêves les plus fous des analystes les plus optimistes.

L’existence même des AirPods dépend de la conception de la puce W1, qui facilite considérablement l’usage du Bluetooth, en plus d’améliorer sensiblement son efficacité énergétique. La qualité des photos de l’iPhone dépend de moins en moins du capteur lui-même, fourni par Sony à de nombreux fabricants, mais de plus en plus du processeur de traitement de l’image, conçu par Apple depuis l’iPhone 5, et désormais d’« accélérateurs de traitement d’intelligence artificielle », comme le Neural Engine de l’A11 Bionic. Apple rivalise avec Intel, Qualcomm, Samsung, MediaTek, ou encore Imagination, parce qu’elle pense pouvoir concevoir de meilleurs produits en concevant ses propres puces selon ses propres objectifs.

Ce faisant, elle précède et accompagne un grand mouvement de redécentralisation, qui décharge le processeur central de nombreuses tâches, au profit de puces hautement spécialisées. Les vieux de la vieille se souviennent des coprocesseurs de calcul en virgule flottante et autres accélérateurs, que le processeur central a progressivement absorbé. Les processeurs modernes seraient suffisamment puissants pour réaliser toutes sortes de calculs, mais l’efficacité vaut mieux que la puissance ; les algorithmes modernes peuvent réaliser des tâches extraordinairement pointues, mais les branches logicielles sont moins rapides que les gravures dans le silicium.

La conception des appareils mobiles a largement motivé l’effort d’Apple : aujourd’hui, aucun autre appareil que l’iPhone ne possède autant de puces conçues par la firme de Cupertino, qui lui confèrent un avantage décisif sur la concurrence. Ces développements essaiment progressivement sur le reste de la gamme : le HomePod serait infiniment moins perfectionné sans son processeur A8, qui lui offre la puissance nécessaire au traitement en temps réel du signal audio. Comparativement à l’iPhone et l’iPad, le Mac a encore peu bénéficié des puces d’Apple, mais les derniers MacBook Pro et maintenant l’iMac Pro montrent la voie.

On l’oublie souvent : Apple a participé à la fondation d’ARM, avec Acorn et VLSI, à l’époque pour les besoins de son PDA. Chaque acquisition a été l’occasion de rappeler à quel point la firme de Cupertino a influencé l’industrie des semi-conducteurs : le fondateur de PA Semi a travaillé sur les processeurs StrongARM (utilisé dans le MessagePad 2000) et PWRficient (compatibles avec l’architecture Power conçue par IBM et Apple avec Motorola), Intrinsity a été conçue sur les ruines d’Exponential (qui avait travaillé sur un « plan de secours » pour Apple, déjà à l’époque, au cas où Motorola et IBM n’arriveraient pas à concevoir une puce PowerPC plus rapide). La conception de l’Apple A4 était, en quelque sorte, un retour aux sources.

La présence des processeurs ARM est aussi évidente dans les appareils mobiles qu’elle est curieuse dans les appareils fixes. Et pourtant, elle est bien réelle, ne serait-ce que sous la forme de contrôleurs et d’autres petites puces. Mais Apple a des plans autrement plus ambitieux : ce n’est pas que la puce T2 de l’iMac Pro annonce un changement majeur dans l’architecture des Mac, c’est qu’elle en constitue d’ores et déjà un. Le processeur Intel est pratiquement relégué au rang de coprocesseur de calcul, la machine démarre sur le processeur ARM, qui contrôle les composants et assure la sécurité du matériel.

L’hypothèse d’un abandon des processeurs x86 n’a jamais été moins farfelue, même s’il reste d’énormes obstacles. Apple va-t-elle porter macOS sur l’architecture ARM, adapter iOS aux ordinateurs de bureau, ou bien repartir de CoreOS pour introduire un nouveau système, voie que les rumeurs autour du projet Marzipan semblent esquisser ? Quid de la compatibilité avec Windows ? Au-delà des machines portables, Apple aura-t-elle le culot de réinventer une machine comme le Mac mini, qui pourrait se transformer en « Compute Stick » avec un processeur ARM, voire le Mac Pro, qui pourrait posséder des dizaines de cœurs ARM ?

Ce futur promettant d’être bientôt présent, de nouvelles questions se posent, comme celle des capteurs et de la capacité des appareils électroniques à « sentir » leur environnement. Apple a déjà largement défriché le terrain avec Touch ID et Face ID, mais surtout avec 3D Touch et le Taptic Engine. Ira-t-elle jusqu’à concevoir ses propres puces NFC, ses propres capteurs photo, voire des matériels spécifiques pour l’automobile autonome ou la réalité augmentée ? Pour le savoir, il faudra sans doute observer la teneur de ses prochaines acquisitions.


  1. Après avoir aidé… Samsung à concevoir ses propres puces mobiles.

Source
Image de Une iFixit (CC BY-NC-SA 3.0).
avatar iSimon12 | 

Géniale l’introduction ?

avatar DG33 | 

@iSimon12

J’ai de bon souvenirs d’un séjour au club Aquarius de Kalamata...

avatar SebKyz | 

Très bon article du dimanche ??

avatar iPop | 

Ils assurent en ce moment. C’est l’hiver au coin de la cheminé ruminant des souvenirs... ?

avatar tyga tiger | 

Très bon article j’ai lu avec plaisir :)

Punaise il y a pas à dire ils sont...trop fort chez Apple moi, ce qu’il me fait toujours halluciner l’évolution de puissance de leurs puces

avatar frankm | 

En effet, très bon article.
Ils ont besoin de fabriquer quelque chose, alors, ils créent la puce, l'appareil et le logiciel !

avatar C1rc3@0rc | 

@tyga tiger

«Punaise il y a pas à dire ils sont...trop fort chez Apple moi, ce qu’il me fait toujours halluciner l’évolution de puissance de leurs puces»

C'est le cas des puces ARM: a chaque generation on une progression moyenne de la puissance qui double tout en conservant ou en ameliorant l'efficacité energetique.
C'est une des force de l'architecture ARM: elle a ete conçu pour la meilleure efficacité energetique des le depart.

Apres, il est difficile de comparer les ARM d'Apple aux ARM de Qualcomm, Samsung,... Apple choisi de voies d'architecture qui jusqu'aux A11 etaient tres differentes de l'architecture de reference d'ARM. Et comme les Ax ne tourne que sur iOS et qu'iOS ne tourne que sur Ax... cela limite la comparaison.

L'autonomie des appareils est aussi tres difficile a comparer. Apple est un specialiste de la consommation qui optimise le triplet iOS/Ax/batterie de maniere aussi secrete qu'hallucinante (enfin sur les nouveaux couple iOS/iPhone, parce que passé 12 a 18 mois, le bridage artificiel des performances processeurs donne un tres mauvais rapport puissance/consommation)

Chez Apple le A11 est une anomalie de parcours et il est intéressant de voir ce que va etre le A12.
La puce progresse de maniere marginale et change d'architecture pour venir sur celle d'ARM. On voit l’intégration d'un coprocesseur de plus - neural engine - qui a beaucoup de similaires dans la nature et au final n'apporte pas grand chose - pour l'instant.

Les causes du passage au développement internes d'un processeurs sont interressantes.
Comme le rappelle l'article Apple a rarement ete hors de la sphere de conception du processeur et a souvent ete partenaire d'un fondeur majeur.

Si aujourd'hui Apple conçoi en partie ses SoC (l'architecture de reference reste celle d'ARM, dont Apple a une licence de haut niveau) c'est grace a l'evolution vers le fabless (dissociation entre le fondeur et le concepteur) et grace a sa puissance financiere.

Et surtout, il rappeler grace a la politique de licence d'ARM, qui a su creer un ecosysteme ouvert et dynamique (permettant meme de l'opensource...) en opposition au modele monopolistique sclerosant d'Intel.
Pourquoi Apple n'est pas allé plus loin en creeant une architecture originale? Pour une question de cout, de brevets et d'efficacité. Adapter une architecture ARM offrait tous les avantages pour Apple pour developper ses devices. Le cout et les competences de developpement etaient progressifs, la marge de progression et l'efficacité energetique garanties par ARM et ARM detient tous les brevets necessaires...

Maintenant Apple semble aller vers le Mac. Mais la il y a un tres gros probleme, c'est qu'Apple n'a jamais eu de culture de station de travail. Or la demande sur le Mac c'est celle de la puissance, d'autant plus que les appareils de consommation de contenus sont eux de plus en plus puissants... et se posent aujourd'hui sur des contenus que quasi aucun mac ne peut produire.
Produire un processeur pour station de travail demande des competences et experiences autres que celles dont dispose Apple.

L'architecture ARM a le potentiel pour aller sur de tels processeurs, mais Apple?

Aujourd'hui les mieux placés plour developper des ARM de ce niveau sont IBM et...Intel.
IBM a deja sa propre architecture qu'il optimise avec Nvidia (Power et OpenPower) quant a Intel il est embourbé dans le x86. Et avant de (re)venir sur ARM, Intel a l'architecture EPIC a ressortir du placard .

Reste donc ARM et des petits acteurs pour developper ARM pour station de travail.
Apple et donc dans une situation singuliere, avec un haut niveau de competence sur la production d'appareils mobiles dedies a la consommation de contenu et une absence et une perte de culture massive depuis des annees sur les machines de production. Est ce qu'Apple peut a la fois reussir a remonter des handicaps pour reapprendre a concevoir des Mac et apprendre a concevoir des Mac station de travail? On voit deja le mal qu'ils sont a remettre en place un pole capable de creer des Mac qui soient capables de succéder et faire oublier les incongruités et echecs produits depuis 2012.

Mais bon Apple a de l'argent, beaucoup d'argent et semble se donner le temps de reconstruire l'activité Mac... on va au moins leur donner le benfice du doute.

avatar macbook60 | 

Article intéressant merci

avatar Sgt. Pepper | 

Passionnant ?
Merci ?

Hâte de voir les premiers Macs avec processeurs Apple .

La Mac Mini serait-il le candidat idéal pour une première salve ? ?

avatar Olivier Berard | 

Un régale cet article ??

avatar byte_order | 

> L’iPad est motorisé par notre propre processeur 

Ce qui était un joli mensonge :
- architecture CPU ARM sous royalties, conçu par ARM Ltd
- GPU PowerVR sous royalties, conçu par Imagination Technologies

Y'a aucun processeur conçu par Apple.

Mais c'était plus joli de présenter l'assemblage SoC, fait par Apple en effet, de grosses briques conçues par d'autres comme un "processeur", alors que ce n'était qu'un assemblage dans une seule puce de technos tierces...

Il maitrisait bien le marketing, c'est sûr.

avatar reborn | 

@byte_order

Pour les autres ne font pas la même chose au lieu de s’équiper chez snapdragon ?

avatar byte_order | 

Ben Samsung ne s'équipe pas chez Snapdragon sauf pour le marché américain cause compromis juridique. Ils font leur propre SoC eux aussi, hein.

avatar C1rc3@0rc | 

@ byte_order

Deja c'est Qualcomm et pas Snapdragon et puis maintenant Apple developpe son propre GPU.
Mais tu as raison, le champ de distorsion de la réalité de Jobs etait bien aux commandes ce jour la.

Apres, même en se reposant sur une licence ARM de haut niveau, il faut encore avoir les compétences pour ne pas simplement faire juste un emballage de l'architecture de reference.
Et puis on a vu la vitesse de progression de competence d'Apple lors du passage au 64bit.
Tous les concurrents sont restés sur place et ont du accepter de revenir au design de reference ARM pour arriver a fournir du 64bits et cela a ete aussi un fracas invraisemblable... on commence seulement a voir Qualcomm et Samsung revenir dans la course avec leurs architectures.

Et pour rappel, Samsung et Qualcomm concoivent des processeurs entiers depuis longtemps et avant meme qu'Apple ait commencé a developper les Ax.

Apres, on reste sur une architecture ARM. C'est un fait. Mais est-ce un mal?
Pourquoi reinventer la roue, surtout qu'on a ici un niveau de competence et d'experience qui assure en plus un ecosysteme ouvert permettant meme de l'Opensource?

Apres, il y a des chercheurs qui developpent d'autres architectures, d'autres mecanismes, mais cela c'est du domaine universitaire. Apple est la pour faire de l'argent le plus vite possible, pas pour developper l'etat de l'art...

avatar frankm | 

Et pourtant, les fondeurs fabriquent sur plans, ceux d'Apple. Ca fait longtemps que c'est comme ça, ce qui permet à Apple de ne pas attendre pour avoir telle ou telle fonctionnalité.
Voir aussi : https://www.igen.fr/iphone/2017/10/pourquoi-les-processeurs-dapple-sont-...

avatar XiliX | 

@byte_order

"Ce qui était un joli mensonge :
- architecture CPU ARM sous royalties, conçu par ARM Ltd
- GPU PowerVR sous royalties, conçu par Imagination Technologies

Y'a aucun processeur conçu par Apple."

Su si les Ax sont bien des processeurs Apple. Et pour cause ARM ne fabrique pas de processeurs.

avatar byte_order | 

ARM ne les fabriquent pas (mais Apple non plus, hein, le A4 par exemple à été produit par Samsung pour Apple), mais ils les conçoivent.

Le mot ici, c'est "conception".
Le A4 est bien un SoC "produit" pour Apple, mais les processeurs dedans n'ont pas été conçu par Apple, seul l'assemblage entre eux, le SoC, est de sa conception.

avatar fte | 

@XiliX

"Et pour cause ARM ne fabrique pas de processeurs."

Apple non plus.

TSMC ou Samsung les fabrique. ARM conçoit les design. Apple est et a toujours été un assembleur.

avatar roccoyop | 

@byte_order

Si c’est juste de l’assemblage, pourquoi Apple a acheté des boites spécialisées dans le processeur ? Quelle perte d’argent pour le coup (d’après ton affirmation).

avatar byte_order | 

Parce que justement ils ne voulaient pas resté cantonné à la seule conception de l'assemblage de trucs conçus par d'autres dans un SoC.
Mais le A4 ne contient aucun processeur conçu par Apple.
Depuis, cela à changé, y'a bien des processeurs de chiffrement par exemple intégralement conçu par Apple intégralement, et très bientôt le GPU ne sera plus du PowerVR mais leur propre GPU (cf l'actualité entre Apple et Imagination Technologies).

Mais à l'époque, dire que Apple avait conçu son processeur A4, c'était du marketing. Le SoC, oui, mais pas les grosses briques à l'intérieur.

avatar iPop | 

@byte_order

C’est tellement facile que Samsung, Fer de lance, n’arrive pas à la cheville de l’iPhone.

avatar byte_order | 

Ah ?
Vous situez la cheville à quelle hauteur par rapport à la taille totale ?

avatar iPop | 

@byte_order

La face contre terre

avatar fte | 

@iPop

"C’est tellement facile que Samsung, Fer de lance, n’arrive pas à la cheville de l’iPhone."

Des chiffres et sources pour justifier cette affirmation ?

Selon la métrique, par exemple les parts de marché, Samsung est en tête. Apple ferait-il la colonne droite pour que ses chevilles soient si hautes ?

avatar reborn | 

@fte

En terme de perf, pourquoi Apple est devant si c’est "juste" de l’assemblage ? Les autres devrait en faire autant si ce n’est mieux non ?

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