L'Apple M1, la première puce conçue par les ingénieurs Apple pour leur propre gamme d'ordinateurs, a surpassé de nombreux microprocesseurs concurrents et presque tous les composants utilisés dans d'autres appareils Apple (en particulier dans les tests de performances monocœur et les tests graphiques).
Apple a eu la gentillesse de publier une photo du die (un autre petit détail qui a rapproché la société d'AMD et d'Intel, car c'est désormais une stratégie traditionnelle pour annoncer de nouveaux processeurs), et ils ont été rapidement démontés par des super-geeks comme Andrei Frumusanu d'Anandtech.
Nous savons depuis les premières annonces que le M1 basé sur ARM sera une entrée solide dans la catégorie SoC.
Il sera probablement plus facile pour les analystes d'analyser les processeurs assemblés à partir de chiplets (on s'attend à ce qu'une telle architecture CPU supprime la traditionnelle). Parce que chaque puce est essentiellement un morceau de silicium séparé. Pour comprendre l'architecture du SoC, il faut un peu (peut-être beaucoup) de recherche.
Allocation de blocs (sur une carte initialement non mappée) Apple M1
Tous ces efforts profiteront aux concurrents et à ceux qui souhaitent organiser efficacement les périphériques en silicium. Comme vous le savez, l'avantage le plus populaire d'une architecture de système packagée qui utilise des puces plutôt que des appareils monolithiques est que les solutions SoC deviennent rapidement complexes, déroutantes et coûteuses. Cela conduit au fait que toutes les entreprises impliquées dans les microcircuits ne peuvent pas entrer sur le marché des SoC. Comprendre la conception des meilleurs produits et rechercher une technologie de pointe est plus important que l'expérience de conception de puces d'emballage.
Caractéristiques M1
Le M1 présente un certain nombre de caractéristiques distinctives.
Premièrement, très peu d'espace est alloué à la mémoire cache sur puce. Les ingénieurs Apple se sont concentrés sur la fonctionnalité, pas sur la mémoire. L'architecture UMA utilisée dans le M1 libère de l'espace sur la puce tout en offrant un accès rapide à la mémoire LPDDR4X. UMA permet à des composants de mémoire individuels d'être partagés à la fois entre les cœurs du processeur et le GPU afin d'optimiser la structure de la puce. Le maintien de la proximité physique des modules de mémoire est un concept emprunté aux processeurs mobiles, dans lequel la mémoire est placée au-dessus des processeurs comme dans une architecture système packagée. Cela a été discuté beaucoup plus tôt - en bref, une approche similaire est utilisée dans les ordinateurs pour améliorer les performances et dissiper efficacement la chaleur, et l'architecture empruntée aux appareils mobiles garantit la compacité et l'efficacité énergétique.
Une partie importante de la puce M1 est dédiée au module graphique. Vous pouvez vous dire que ce n'est pas surprenant. Et c'est comme ça. Personne ne s'attendait à ce qu'Apple sacrifie les performances graphiques. Dans une certaine mesure, cette approche est également tirée de l'architecture mobile.
Un autre aspect important de la conception de la puce M1 est qu'Apple a choisi d'augmenter le nombre de cellules logiques (plutôt que de cœurs physiques). C'est l'avantage de développer des processeurs pour votre propre système d'exploitation - certaines fonctions peuvent être intégrées au micrologiciel et décharger le processeur pour effectuer des tâches plus complexes. Un bon ami à moi et un grand analyste technologique, Paul Boldt, en a parlé à plusieurs reprises. Un de ses articles est une citation d'Alan Kay, que je vais insérer dans ce texte: "Les gens qui sont vraiment sérieux au sujet des logiciels devraient créer leur propre matériel."
Steve Jobs cite Alan Kay
Une caractéristique intéressante est la technologie flip-chip utilisée pour assembler les microcircuits les plus avancés. J'ai écrit à ce sujet dans l'un de mes textes précédents - cela vous permet d'obtenir rapidement des images avec un périphérique à puce en raison de la transparence du silicium pour le rayonnement infrarouge. Cette approche permet d'économiser du temps et de l'argent.
La facilité d'accès du Mac Mini au M1 a également permis de surveiller la puce lors des tests de référence.
À l'aide d'une caméra thermique, vous pouvez suivre les zones actives de la puce par leur température. Dans l'image ci-dessous, à titre d'exemple, il y a une tache jaune vif - il s'agit d'un noyau haute performance qui est actif pendant que l'ordinateur fonctionne. Avec un accès rapide aux benchmarks (tels que Geekbench 5) spécialement conçus pour le processeur M1, l'analyse thermique a révélé l'emplacement des cœurs Firestorm et Icestorm, des processeurs GPU et neuronaux, et de nombreux autres composants.
L'analyse de la température a été très utile et a ouvert la porte à d'autres méthodes de test. Cependant, d'autres plates-formes informatiques (notamment mobiles) rendent l'analyse difficile. Mais s'il y a un désir, alors il y aura une solution. Plus important encore (et évidemment sur le marché des semi-conducteurs), si vous disposez d'un budget suffisant, vous réussirez.
Prise de vue monocœur du M1 avec une caméra thermique (Source: MuAnalysis)
Alors qu'une grande partie de l'accent mis sur le M1 est lié à son architecture (et cela devrait), ce ne sont pas seulement les détails techniques qui sont intéressants dans la conception et la structure du processeur. Les substrats M1 BGA avec deux modules de mémoire LPDDR4X côte à côte et des packages BGA DRAM entièrement encapsulés sont identiques (ou très similaires) aux processeurs mobiles de la série A utilisés dans l'iPad - A12X et A12Z.
La tomodensitométrie aux rayons X est probablement le meilleur outil pour avoir une vue d'ensemble de la structure complexe d'un appareil tout en fournissant des détails d'image. System Plus Consulting a publié un aperçu des résultats de la tomodensitométrie et analysé l'intégration des condensateurs de découplage au silicium intégrés en surface et en plaquette dans le M1. Ces informations sur la puce font partie d'une analyse de coût standard de System Plus Consulting.
Scanner radiologique prospectif du package M1
System Plus a récemment mis à jour ses rapports de coûts pour inclure des informations non présentes dans leurs rapports précédents. Le PDG de System Plus, Romain Fro, a déclaré: «La nouvelle puce M1 d'Apple a permis à System Plus de tirer parti de deux nouvelles méthodes d'analyse. Nous avons compilé un rapport sur l'architecture de la puce et analysé sa surface à l'aide d'un microscope électronique à transmission (en plus de notre rapport de coût standard, qui analyse la puce et l'emballage lui-même). La nouvelle méthodologie de reporting augmentera considérablement la valeur de nos services d'analyse comparative. »
Quel rôle a joué l'iPad Pro?
Depuis plusieurs années, il y a eu beaucoup de discussions et de spéculations autour de l'iPad Pro et de sa valeur pour Apple. L'iPad Pro remplacera-t-il un ordinateur portable? Cet avis a également suscité une discussion sur la possible transition du tandem de processeurs mobiles et d'iOS vers des composants pour ordinateurs personnels.
Sans aucun doute, l'iPad Pro faisait partie du voyage d'Apple. La répétition de l'architecture de la puce sur l'iPad, le Macbook Air et Pro, et le Mac mini indique certainement une tendance à la généralisation.
M1 et A12X sont identiques à l'extérieur
Le principal paramètre pour l'analyse comparative des produits est le coût. Les équipes de veille concurrentielle des sociétés de puces n'auront peut-être pas à aller bien loin pour comparer les performances d'autres produits avec leurs propres conceptions. Un avantage concurrentiel significatif peut être obtenu en optimisant la structure des coûts par rapport aux concurrents. La division des appareils au niveau de la matrice nue révélera ces aspects avec une granularité raisonnable avec la bonne expérience, la bonne compréhension de l'industrie et la simulation.
Ce qui rend ce travail vraiment passionnant, c'est l'opportunité de découvrir les innovations qui stimulent l'industrie des semi-conducteurs et font progresser ce marché.
