Apple M4 : décryptage du processeur ultra-puissant intégré dans les iPad Pro

Avec le processeur M4, les iPad Pro prennent de l’avance sur les Mac

Apple.

Il n’y aura donc pas eu de M3 ! Les iPad Pro 2024 qu’Apple vient tout juste de présenter ont sauté cette génération de puce pour profiter directement de la toute nouvelle puce M4 de la firme de Cupertino. C’est en effet le premier produit de la marque à intégrer ce SoC (system on-a-chip autrement dit “puce tout-en-un”), alors qu’il en héritait traditionnellement des MacBook. Avec deux générations d’iPad Pro disposant de puces M (M1 et M2), Apple a cependant le recul sur l’intégration de cette puce dans une tablette et n’a pas craint de l’intégrer dans un appareil de seulement 5 mm d’épaisseur.

Cette témérité provient d’une part du mode de fabrication de la puce : conçue autour de la seconde génération de gravure N3 (3 nm) de TSMC, la partie logique du M4 est bien plus finement gravée que la puce M2 qu’il remplace. Une miniaturisation qui permet à Apple de mettre plus de transistors – 28 milliards contre 20 dans le M2 et 25 dans le M3. Et de promettre non seulement que la partie CPU du M4 est 50 % plus rapide que celle du M2, mais aussi et surtout qu’il peut déployer la même puissance pour deux fois moins d’énergie consommée.

Petit tour du propriétaire de la nouvelle puce d’Apple – et sans nul doute celle des prochains MacBook !

Un CPU bien plus efficace

Nous l’avons mentionné ci-dessus : le CPU est plus puissant et plus efficace que la génération précédente. Mais sa conception est un peu différente des M2 et M3. Alors que ces deux précédentes itérations étaient organisées autour de deux quatuors – x4 P-Core dédiés aux hautes performances, x4 E-Core à moindre consommation énergétique – Apple a poussé le nombre de cœurs efficaces à x6, boostant ainsi les applications les plus parallélisées.

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Dans les deux cas (et comme à l’accoutumée), Apple ne donne aucune information sur les fréquences, les mémoires caches ou l’organisation interne des cœurs CPU. Mais la firme précise cependant bien que ces deux types de cœurs disposent d’unités à l’accélération des algorithmes issus de l’apprentissage machine (ML pour Machine Learning). Comprendre ici certaines classes d’algorithmes pompeusement appelés IA par les entreprises. Car oui, et comme nous le verrons plus tard, il n’y a pas que le NPU ou le GPU qui travaillent pour les algos IA !

GPU : arrivée du ray-tracing dans les iPad

La puce graphique (GPU) de ce SoC contient autant de cœurs graphiques que les variantes les plus haut de gamme des M1 et M2 précédents, à savoir dix cœurs (les MacBook et iPad moins dotés en RAM n’avaient que huit cœurs GPU). Pour l’heure, impossible de savoir si chacun de ses cœurs est, comme pour les M1 et M2, toujours constitué de 16 unités d’exécution (EU) chacun. Mais Apple affirme royalement jusqu’à une multiplication par quatre des performances ! À quoi tient ce miracle ? Un mot : ray-tracing (lancé de rayon en français).

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Pour la première fois en effet, un iPad intègre des unités matérielles de ray-tracing, un mot-valise renfermant plusieurs méthodes de rendu d’image 3D photoréaliste. Si le ray-tracing est connu depuis des lustres dans l’industrie du rendu 3D professionnel, notamment pour les films et animations, ce n’est que depuis quelques années qu’il s’est invité dans nos appareils électroniques. Mais dans le cas du GPU du M4 — comme dans celui des puces PC —, il s’agit en fait d’un panel d’astuces permettant d’améliorer les performances. Inventés et popularisés par les cartes graphiques GeForce de Nvidia, ces outils sont généralement basés sur des calculs hybrides qui mélangeant rendu d’une scène à plus haut niveau de qualité, mais dans une définition bien plus faible.

La puce A17 Pro de l’iPhone 15 Pro est la première puce d’Apple à avoir pris en charge le ray-tracing matériel. Un mois plus tard, les M3/M3Pro/M3Max lui emboitaient le pas.

La puce A17 Pro de l’iPhone 15 Pro est la première puce d’Apple à avoir pris en charge le *ray-tracing* matériel. Un mois plus tard, les M3/M3Pro/M3Max lui emboitaient le pas.

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On retrouve derrière, toute une suite d’outils d’agrandissement et d’amélioration de la qualité d’image basés sur les fameuses IA. Au vu de l’exemple affiché par Apple – un moteur de rendu 3D appelé Octane X –, il y a fort à parier qu’il s’agisse bien de cela : non pas un improbable quadruplement des performances en rasterization pure (la méthode de rendu frontale), mais bien un recours aux unités de ray-tracing et le soutien de tout accélérateur d’algorithmes de machine learning (oh, comme par hasard, il y en a de fraîchement intégrés dans le CPU !) pour assurer ce niveau de performances.

Tout cela pour vous dire que si des applications spécifiques, notamment les moteurs de rendu 3D et les jeux, pourront voir leur vitesse d’exécution largement accélérée par ce nouveau GPU. Il faudra cependant que les développeurs implémentent leur prise en charge dans leurs logiciels.

L’IA en hausse, mais pas en pointe

Avec une puissance affichée de 38 TOPS (tera opérations par secondes, soit des milliers de milliards), le NPU du M4 est deux fois plus performant dans les calculs matriciels que le NPU du M2 précédent (et des M2 Pro et Max), qui n’affichait que 15,8 TOPS au compteur.

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Alors que les M3 n’apportaient qu’une amélioration mineure dans le domaine (18 TOPS), ici Apple passe la seconde pour (un peu plus que) doubler le nombre d’opérations par secondes.

Le Snapdragon X Elite de Qualcomm devrait proposer une puissance de calcul IA de 75 TOPS, dont 45 TOPS uniquement grâce au NPU.

Le Snapdragon X Elite de Qualcomm devrait proposer une puissance de calcul IA de 75 TOPS, dont 45 TOPS uniquement grâce au NPU.

Adrian Branco pour Les Numériques

Le travail d’optimisation a été très intense de ce côté-là, puisque si le NPU est toujours constitué de 16 cœurs d’exécution comme les M3, doubler les performances par cœur est un vrai défi qu’ont su relever les ingénieurs d’Apple. Mais cela ne permet à l’entreprise que de se maintenir, et non de dominer. Car, quoique pionnier de l’intégration des NPU dans les SoC, Apple est pour une fois un peu à la traîne en termes de TOPS annoncé face à Qualcomm.

Son Snapdragon X Elite affichera en effet pas moins de 45 TOPS à lui tout seul, pour 75 pour l’ensemble de la puce !

Ne craignez cependant pas d’un défaut de performances. Les NPU ne sont en effet qu’un des accélérateurs IA des SoC. Outre certaines tâches que les CPU gèrent mieux, ce sont surtout les GPU – avec parfois un coup de pouce du NPU – qui sont les bêtes de somme de l’accélération des IA. Les NPU sont pour l’heure plus orientés vers l’exécution d’algorithmes de manière soutenue (floutage et réduction du bruit du microphone en temps réel par exemple).

Quid des processeurs M4 Pro/Max/Ultra ?

Nul besoin d’être grand clerc pour se douter que les nouveaux iPad Pro devraient offrir un supplément de puissance très notable par rapport à la précédente génération. De nombreux journalistes et professionnels se sont interrogés sur la pertinence d’intégrer une puce si puissante dans une tablette avec un OS plus limité qu’un macOS classique par exemple. Mais les progrès continus d’iPad OS, la présence de nombreux logiciels professionnels dans l’écosystème et le fait que la gamme iPad disposent d’autres références moins puissantes valident la stratégie d’Apple de proposer une tablette pro.

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De quoi la version tablette de cette puce préfigure-t-elle des puces intégrées aux futurs MacBook ? Si on s’en réfère aux précédentes versions des M1 et M2 classiques, on est en droit d’attendre exactement la même puce, poussée plus haut en fréquences, sans doute déclinée avec un ou deux cœurs GPU de moins pour des machines d’entrée de gamme. Apple pourrait même désactiver un ou deux cœurs CPU à ces mêmes fins – ce qui pourrait améliorer les rendements de fabrication, en permettant d’utiliser des dies (c’est-à-dire la puce brute) qui ont des défauts.

En ce qui concerne les versions M4 Pro et Max, si l’on s’en réfère à ce qu’Apple a fait par le passé, on peut déjà tabler sur le même NPU, sans changement aucun – seules les puces Ultra, qui sont littéralement deux puces Max collées, voient un doublement arithmétique des unités. La vraie différence sera donc, outre les fréquences sans doute à la hausse grâce à la meilleure dissipation thermique des ordinateurs, un nombre de cœurs CPU et GPU en hausse. Mais dans quelles proportions ?