Depuis plus d'un an, les rumeurs bruissent : Apple pourrait remplacer la conception monolithique de ses systèmes sur puce par une conception en blocs, en chiplets. Les premières puces de ce type devraient être les M5 Pro et (peut-être) M5 Max des MacBook Pro de 2026. Avant leur sortie, nous avons décidé de revenir sur l’historique de ce procédé et d'expliquer les implications de ce choix de plus en plus probable.
C'est le moment de poser les bases, avec quelques concepts rapides. Un système sur puce monolithique ne contient qu'un seul composant, qui est gravé d'un seul bloc. On appelle cette partie le die, et c'est lui qui inclut les cœurs du CPU, ceux de la partie graphique, le contrôleur mémoire, etc. Sur la carte mère d'un MacBook Pro, par exemple, le die de la puce M5 est placé sur un support (un circuit imprimé) qui est lui-même relié à la carte mère. Apple soude le support en question, mais il est amovible dans les PC de bureau, et c'est ce qu'on appelle généralement (et un rien abusivement) le processeur.
Cette conception en un seul bloc est la norme chez Apple, mais ce n'est pas le cas chez tous ses concurrents : Intel ou AMD sont passés sur des conceptions en plusieurs blocs, ce qu'AMD nomme des chiplets et Intel des tuiles. Nous allons y revenir dans la suite, mais il faut l'expliquer succinctement pour bien comprendre : il y a toujours un support, mais il contient dans le cas présent plusieurs dies séparés (chez AMD) ou placés côte à côte pour former un rectangle (chez Intel).
Avec les M5 Pro, Apple pourrait séparer CPU et GPU dans une conception 3D
Dans tous les cas, cette évolution vers une conception par blocs — au sens large — n'est pas nouvelle : dans le passé c'était la norme et la voie monolithique a longtemps été vue comme un but à atteindre… avant que les maîtres d’œuvre des systèmes sur puce modernes ne reviennent à une conception par blocs, même si elle n'est stricto sensu pas identique.
Une évolution cyclique
Si on remonte dans le temps, beaucoup de (très) vieux processeurs n'étaient pas monolithiques. On peut considérer que l'intégration de certains composants en externe, sous la forme de coprocesseurs, est un type de conception en blocs, et les premiers Macintosh étaient parfois dans ce cas-là. Si vous prenez un vénérable Macintosh II, il intègre un processeur 68020, une éventuelle puce pour la gestion de la mémoire virtuelle (Motorola 68851, la MMU) et une puce 68881 pour les calculs en virgule flottante (la FPU). Motorola va intégrer la MMU dans le 68030 et la FPU dans son successeur, le 68040. C'est la même chose chez Intel : la FPU est séparée dans les premières générations, et intégrée dès le 80486.
Le cas du prédécesseur du premier PowerPC, le POWER1, est du même ordre : le CPU est composé de plusieurs puces (six) et le PowerPC 601 qui a animé les premiers Power Macintosh est l'équivalent des six éléments dans un seul die1. Durant les années 90 et le début des années 2000, globalement, la tendance est donc à l'intégration : les composants des processeurs qui étaient séparés dans les années 80 sont unifiés, pour créer de grosses puces monolithiques. Une solution qui, à l'époque, avait des avantages : incorporer le coprocesseur mathématique (FPU) permet généralement de meilleures performances, car la latence est plus faible et la puce secondaire ne doit pas attendre que le processeur principal lui laisse la main. Et cette conception avec des modules distincts était aussi tributaire de la liaison externe du processeur (le bus), qui n'était pas forcément très rapide.
C'est l'amélioration des processus de gravure, notamment, qui a permis ces améliorations. Elles ne se limitent pas aux processeurs : dans les cartes graphiques, le cheminement est le même. Le RAMDAC qui gère l'affichage s'intègre peu à peu dans les puces graphiques, tout comme les différentes unités. Les premières 3dfx, par exemple, comprennent deux ou trois composants séparés pour la 3D (Voodoo et Voodoo 2) qui sont unifiés avec une partie 2D dans les cartes Banshee puis Voodoo 3.
Le cas du PowerPC G5 et des premiers dual core et quad core
Dans les années 2000, c'est un peu compliqué. Prenons le cas du PowerPC 970, alias G5 chez Apple : il dérive du POWER4 (une puce haut de gamme destinée aux serveurs) et ne dispose que d'un seul cœur. Dans les Power Mac G5, Apple installe donc fréquemment deux processeurs, une méthode déjà employée dans les Power Mac G4. Le côté paradoxal, c'est que le POWER4, lui, était justement le premier processeur monolithique doté de deux cœurs. IBM et Apple proposeront ensuite le PowerPC 970MP, qui est une version avec deux cœurs du PowerPC 970, et elle sera utilisée dans les derniers G5, avec deux CPU pour le modèle « Quad ».
Dans le monde Intel, le fonctionnement est assez proche et la mise en œuvre des premiers processeurs avec deux cœurs est un peu compliquée. Les premiers modèles sont constitués de deux dies littéralement collés, avec les premiers Pentium D (les Pentium 4 avec deux cœurs). C'est une solution qui s'apparente à du bricolage à l'époque, surtout chez Intel : même si le die est monolithique en pratique (il n'y a qu'un composant), la liaison entre les deux cœurs passe par le chipset. De façon concrète, les cœurs ne sont pas reliés entre eux, mais ont chacun une liaison vers un composant séparé (le chipset) et donc la communication entre deux cœurs nécessite un trafic important sur le bus.
