Apple A4, A5 et A6, mettons les choses au point

je profite de ma (modeste) connaissance des puces ARM — je travaille sur le sujet pratiquement quotidiennement — pour mettre les choses au point sur les puces d’Apple et les possibilités d’évolution, à un moment où les rumeurs sont nombreuses.

Commençons par les bases : les Ax (A4, A5, bientôt A6 ?) sont des SoC ARM, des puces qui intègrent plusieurs composants dans une seule puce. Chez Apple, on intègre le processeur, la partie graphique et la gestion de la mémoire/USB, mais le GPS, la 3G ou le Wi-Fi sont par exemple séparé. Qualcomm, par contre, met le GPS et la 3G dans ses puces, et bientôt le Wi-Fi. L’intégration dépend des technologies que le constructeur maîtrise, et en partie du prix.

L’Apple A4, première puce de la firme, est produite par Samsung en 45 nm et est assez proche de ce que propose justement Samsung : un CPU de type Cortex A8, un contrôleur vidéo PowerVR et les E/S classiques. A première vue, ça ressemble à un HummingBird, ce qui a fait dire à beaucoup que l’A4 est « simplement » une puce samsung remarquée. Ce n’est pas tout à fait le cas. D’une part, le couple Cortex A8/PowerVR est courant (Texas Instrument utilise le même avec l’OMAP3), d’autre part Apple n’utilise pas exactement le même processeur et le même GPU. Samsung utilise un Cortex A8 avec 512 ko de cache (256 ko chez Ti) et un PowerVR SGX540. Apple intègre 640 ko de cache et un PowerVR SGX535. Techniquement, la solution d’Apple est donc moins rapide… Accessoirement, Apple a créé une puce dédiée à un usage précis, avec des E/S (entrées/sorties) limitées à l’usage visé, alors que Samsung (et d’autres) ont des puces plus généralistes qui intègrent parfois des fonctions inutiles dans les smartphones (SATA, Ethernet, etc.). C’est logique dans le sens où si Apple fait une puce pour les produits Apple, Samsung fait des puces pour beaucoup d’entres constructeurs et doit adapter la puce à beaucoup d’usages.

L’Apple A5, toujours gravé en 45 nm par Samsung, est très différent des autres SoC. Le processeur est un classique Cortex A9 à deux cores, comme chez Samsung (Exynos), Freescale (i.MX 6) ou NVIDIA (Tegra 2) mais le GPU est un PowerVR SGX543MP2. Une puce nettement plus rapide que ce qui existe ailleurs : on a la nouvelle génération de PowerVR, avec deux cores. Samsung utilise par exemple la puce Mali 400 d’ARM alors que NVIDIA a son propre GPU, assez logiquement. C’est sur cette puce qu’Apple montre un avantage : l’A5 ne contient que ce qui est nécessaire à un appareil iOS et est très gros, c’est un des plus gros (si ce n’est le plus gros) SoC du marché. Les autres constructeurs ne peuvent pas réellement lutter sur ce point : Apple fait produire directement l’A5 pour son usage, des gens comme Samsung ou NVIDIA doivent prendre en compte les besoins des acheteurs et ne pas dépasser une certaine taille pour des raisons de coût à la vente. Techniquement, NVIDIA ou Samsung (Qualcomm, Ti, etc.) peuvent faire la même chose. Commercialement, c’est nettement plus compliqué, à cause des intermédiaires et des marges successives. Les marges d’Apple permettent, pour une fois, quelque chose d’intéressant techniquement.

Quand on voit les rumeurs actuelles sur l’Apple A5, je suis dubitatif. Pour la surchauffe, c’est plutôt étonnant : l’iPad 2 ne chauffe pas excessivement et Apple est plutôt conservateur sur les présences. L’A5, dans l’iPad 2, fonctionne à 1 GHz alors que les design similaire fonctionnent sans problèmes à 1,2 GHz sur le même process de gravure (chez Samsung) et le Galaxy S II ne chauffe pas spécialement. Et certains arrivent à atteindre 1,5 ou 1,6 GHz avec la même gravure. Donc à part si Apple veut augmenter significativement la fréquence, ce ne doit pas être réellement un problème. On peut par contre supposer que dans un smartphone, un des deux cores PowerVR va passer à la trappe : la puissance nécessaire est moins grande dans un iPhone que dans un iPad 2 et le SGX543, même seul, est au moins quatre fois plus rapide que le SGX535 de l’iPhone 4. Autre point amusant, l’idée qu’Apple pourrait proposer un A4 « dual core » : c’est impossible. En effet, Apple ne conçoit pas le CPU, c’est une puce ARM. Et le Cortex A8 n’est pas prévu pour travailler en couple : seul le Cortex A9 le peut (et le vieux ARM11).

Globalement, on peut considérer qu’un Apple A5 dans un iPhone/iPod touch devrait tourner entre 1 GHz et 1,2 GHz (l’A4 est à seulement 800 MHz dans l’iPhone 4) avec un core SGX543. Je rappelle aussi que l’iPhone 3GS se contente d’un SoC Samsung à 600 MMz, avec un Cortex A8 (déjà) et un PowerVR SGX530.

Pour l’A6, c’est plus intéressant. Apple devrait passer à TSMC, tant à cause des problèmes avec Samsung que parce que la société gère mieux la gravure, avec le 28 nm attendu cette année. On devrait rester sur PowerVR SGX, peut-être du MP4. Pour le CPU, ça dépend de la date de sortie du CPU : si c’est en 2011, ce sera un Cortex A9, comme actuellement, avec peut-être 4 cores. Si c’est en 2012, le Cortex A15, le prochain core ARM, pourrait être de la partie. Au niveau fréquence, le 28 nm devrait permettre de taquiner les 2 GHz dans un smartphone et d’atteindre 2,5 GHz dans une tablette.

Un petit résumé donc :

iPhone 3GS : un processeur Samsung.
iPhone 4 // iPad : un processeur Apple proche d’un Samsung, gravé par Samsung.
iPhone 5 (?) // iPad 2 : un processeur Apple éloigné d’un Samsung, gravé par Samsung.
iPad 3 (?) : un processeur Apple sans rapport avec Samsung.