Retour sur le DTK 2020 d’Apple, seul Mac avec un SoC A12Z Bionic

Nous sommes en juin 2020, lors de la WWDC, la conférence pour les développeurs d'Apple. Tim Cook annonce l'abandon des processeurs Intel au profit de SoC maison exploitant le jeu d'instructions ARM. Et comme il y a 15 ans, il montre un Mac un peu particulier : le DTK (Developer Transition Kit).

Petit rappel des transitions précédentes. Apple a commencé par utiliser des processeurs 68K dans les Macintosh, avant de passer sur des PowerPC dans les années 90, puis sur du x86 au milieu des années 2000.

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Plus qu'une rupture avec x86, un abandon d'Intel

La société est donc une habituée de ce genre de grand changement. En 2020, elle semble arrivée au bout d'un cycle en exploitant ses propres puces exploitant une architecture ARM64. Une transition qui, contrairement à la précédente, était attendue de longue date. Pour autant, aucun de ses concurrents ne semble s'y être préparé.

Il faut dire que le partenaire d'Apple dans le x86, Intel, peine à renouveler ses CPU – la société use jusqu'à la moelle son architecture Skylake depuis 2015 – et à réduire sa finesse de gravure. Ses prochains CPU Rocket Lake-S seront encore en 14 nm, le 10 nm n'est utilisé que pour certaines puces mobile et le 7 nm... est en retard.

Sa principale solution pour augmenter les performances a consisté à ajouter des cœurs et monter en fréquence... et donc en consommation. L'évolution de l'IPC (instructions per clock) est longtemps passée au second plan, au point qu'AMD lui passe désormais devant sur à peu près à tous les niveaux avec ses processeurs Zen 3.

Un retard technologique qui a un impact direct pour Apple, dont les ordinateurs vendus sont essentiellement portables. Si Intel a toujours choyé son partenaire avec des puces parfois fabriquées spécifiquement pour les Mac, le fait est que la stagnation des CPU empêchait la firme de Cuppertino de faire évoluer réellement ses machines.

Et cela, même des références spéciales d'Ice Lake avec un TDP de 28 W, les anciennes variantes avec eDRAM et autres packages spécifiques pour les MacBook Air ne peuvent le faire oublier. Intel et Apple, c'est (presque) fini.

Apple se recentre toujours plus sur elle-même

Apple aurait pu se tourner vers un autre partenaire, comme AMD. C'est là qu'intervient la seconde raison expliquant cette transition : la société mise depuis plusieurs années sur ses propres puces dans les appareils mobiles, avec succès. Elle veut désormais passer la seconde et étendre cette pratique.

L'iPad (2010) avait inauguré le premier SoC conçu en interne (l'A4), l'iPhone 5 (2012) les premiers cœurs CPU maison avec l'A6, l'iPhone 5S (2013) le premier SoC ARM 64 bits du marché et l'iPhone X (2017), le premier GPU maison avec l'A11, etc. Étant donné l'évolution des performances des appareils iOS, la possibilité d'une telle transition ne se posait plus vraiment, l'interrogation principale restait plutôt « quand ? ».

Quand Apple sentirait ses SoC assez performants ET économes en énergie pour être utilisés dans des MacBook et le Mac mini. Et la réponse est : maintenant. Le M1 a été annoncé il y a quelques semaines, les premiers produits sont désormais disponibles, et les performances sont au rendez-vous.

Mais pour que cette transition-là soit réussie, Apple devait anticiper les besoins, notamment des développeurs.

Un basculement pleinement préparé

Le passage au jeu d'instructions ARM et aux puces Ax (renommée Mx pour les premiers modèles) pour macOS n'a visiblement pas été un problème, et pour une bonne raison : le noyau Darwin a été porté il y a longtemps. Les appareils iOS utilisent en effet toujours le même noyau que macOS, et iOS peut être vu comme une variante du système d'exploitation dédié aux ordinateurs de bureau.

Qui plus est, Apple avait préparé le terrain. Les Mac démarrent avec un CPU ARM depuis quelques années (les puces T1 et T2, présentes dans une grande partie de la gamme Intel depuis 2016) et macOS Catalina (déployé en 2019) avait permis de nettoyer les bases.

Comme pour les appareils sous iOS 11, cette version supprimait la compatibilité avec les applications 32 bits et se débarrassait de vieux frameworks issus de la transition. C'était également le retour de certaines technologies déjà à l'œuvre il y a 15 ans, tels les binaires universels. 

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Maintenant que le MacBook Air avec Apple M1 est sorti, on ne peut aussi que constater à quel point la précédente itération semblait taillée pour mettre en avant cette première génération « maison » : elle utilisait un système de refroidissement rudimentaire, visiblement pensé pour une dissipation passive, qui atteint rapidement ses limites.

Cela pouvait paraître étrange il y a quelques mois, compte tenu de l'expérience des ingénieurs d'Apple et des efforts habituels dans le domaine du silence. Mais pour arriver à montrer des évolutions « amazing », vendre pendant quelque temps un MacBook Air perfectible a évidemment permis de présenter des gains (très) importants.

Un SoC d'iPad dans un Mac mini

Pour permettre aux développeurs de se préparer, Apple a mis à leur disposition (contre 500 dollars tout de même) son DTK, ou Developer Transition Kit. Une machine qui est à nouveau un bricolage... moins que l'édition 2005, mais quand même. Apple a repris cette fois le boîtier d'une machine grand public, le Mac mini gris sidéral.

Le DTK 2020 d'Apple. Sous le cache, qu'il n'est pas prévu d'enlever : RAM et SSD sont soudés

Comme souvent, il s'agit d'une façon poétique de dire « gris foncé », tout en sachant que le Mac mini en M1 est argenté. Pas de trous bouchés à la va-vite cette fois, mais la connectique reste faiblarde : une prise IEC C8 pour l'alimentation interne, de l'Ethernet (RJ45 8p8c) à 1 Gb/s, deux prises USB Type-C (USB 3.1 à 10 Gb/s), du HDMI 2.0 plein format, deux USB 3.0 classiques (5 Gb/s) et une sortie casque combo.

Dans les regrets, on peut donc noter l'absence de Thunderbolt (finalement présent dans le Mac mini M1). En interne, il y a du Bluetooth 5.0 et du Wi-Fi 5 (Apple passe enfin au Wi-Fi 6 avec le M1) et la carte mère est compacte, avec le système de refroidissement d'un Mac mini Intel, largement surdimensionné.

Le SoC du modèle de développement est un A12Z Bionic, une puce directement issue des iPad Pro : elle contient quatre cœurs rapides (Vortex) et quatre lents (Tempest). Il est accompagné de 16 Go de mémoire, a priori de la LPDDR4X-4266 (une valeur estimée par rapport aux débits obtenus) et un SSD NVMe de 512 Go.

Utiliser un SoC d'iPad dans une machine de bureau pose quelques soucis de compatibilité et de performances. Pour les périphériques, le DTK est un peu léger. Il ne possède ainsi pas de Thunderbolt et son SSD n'est pas le plus rapide de la gamme : il ne dépasse pas 1,2 Go/s. Même chose pour l'USB, le contrôleur Apple atteignant environ 800 Mo/s avec un SSD externe en USB Type-C, et 350 Mo/s sur les prises USB Type-A, des valeurs assez faibles.

Seul point positif de ce bricolage, la consommation : environ 5 watts au repos, à peine 15 watts en charge (à la prise) pour la machine complète. L'utilitaire Powermetrics d'Apple indique 8,5 watts au maximum pour le CPU en charge avec CineBench R23. Comme nous l'avons vu il y a quelques jours, le M1 double ces chiffres.

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Un Mac encore plus sécurisé

Apple gère le démarrage depuis des années avec un SoC ARM dans ses Mac (T1 puis T2). Le DTK ne fait pas exception… en pire. La réinstallation totale nécessite une restauration à la manière d'un appareil iOS, en branchant la machine à un autre Mac en USB Type-C, et les options de démarrage sont réduites à la plus simple expression.

Si le DTK de 2005 était atypique avec son BIOS, le DTK de 2020 préfigure les Mac avec M1. D'un point de vue pratique, les raccourcis habituels disparaissent pour l'accès à la partition de restauration, tout comme le mode target. Sur les modèles Intel (et PowerPC et 68000 avant eux), il permet de transformer un Mac en disque dur externe, en SCSI, FireWire, USB Type-C ou Thunderbolt. Avec le DTK, il existe mais passe par un partage SMB nettement plus lent.

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Des performances bonnes… et mauvaises

Les quatre cœurs Vortex fonctionnent à une fréquence assez basse (2,5 GHz au mieux), et les cœurs Tempest aux environs de 1,6 GHz. L'architecture d'Apple date de 2018, mais arrive sans trop de problèmes à lutter face à un Skylake d'Intel ou un Zen 2 d'AMD, même si sa fréquence faible reste handicapante, tout comme le nombre de cœurs.

Dans un cas de figure idéal, c'est-à-dire avec une application compilée pour le jeu d'instructions natif, il offre à peu près les performances d'un Core i7-7700HQ (4C/8T) pour une fraction de sa consommation. L'A12Z pose tout de même deux soucis importants, et le premier est le CPU poussif dans certains cas de figure. Les architectures Apple de l'époque travaillent en effet avec des pages de 16 ko, quand les CPU x86, eux, attendent des pages de 4 ko.

Nom de code : ADP3,2. Il existe un ADP2,1 (le DTK 2005). Et sûrement un ADP3,1... Ici, pas de Thunderbolt

Schématiquement, il s'agit de la plus petite zone mémoire adressable, et émuler des pages de 4 ko implique une grande perte de performances… lorsque c'est possible. Ce point pose des problèmes pour la compilation des logiciels, et rend l'émulation x86, à travers Rosetta 2, moins efficace que sur le M1.

Second souci, l'A12Z Bionic ne prend pas en charge les instructions liées à la virtualisation. Cela n'influe pas sur les performances dans l'absolu, mais empêche l'utilisation de certaines applications.

À l'usage, le DTK est donc particulier : il est plutôt rapide avec les applications natives, et lent (voir incompatible) avec pas mal d'applications x86, sans que ce soit une généralité. Quand Rosetta 2 fonctionne (uniquement à travers les cœurs performants), la perte demeure assez faible, un bon point.

Un des principaux problèmes vient aussi de la connectique : le SSD est moyen, le contrôleur USB un peu lent et le Thunderbolt absent. Pour le GPU, les résultats sont bons, mais difficiles à vérifier : beaucoup de jeux compilés en x86 refusent de se lancer. Dans les rares titres compatibles, comme Total War : Warhammer, il nous a été possible de jouer en 1080p à 30 ips environ.

Les premiers Mac M1 diffèrent peu

Quand nous avons parlé du DTK de 2005, nous expliquions que les premiers Mac Intel étaient très différents de la machine de développement. Apple avait tout changé : le CPU, les fonctions, les bases, etc.

En revanche, le DTK de 2020 est très proche d'un Mac mini M1. La nouvelle version reprend la même connectique (avec de l'USB4 et du Thunderbolt 3 à la place de l'USB Type-C) et seule la couleur de la robe change.

Le M1 offre évidemment des performances plus élevées et corrige les défauts de l'A12Z Bionic (virtualisation et gestion de la mémoire), mais le DTK peut aisément passer pour un Mac mini M1 et se comporte de façon identique à l'usage.

La connectique du DTK gris sidéral face à celle d'un Mac mini argenté

Quelle fin pour le DTK 2020 ?

Avec le DTK 2005, le Pentium 4 d'Apple n'avait eu droit qu'à quelques versions bêta de Mac OS X Tiger. Avec le DTK de 2020, c'est un peu différent : Apple a poussé la version finale de macOS Big Sur et elle y est parfaitement utilisable comme un véritable Mac, malgré quelques petites divergences.

La principale vient des applications iOS, Apple ne permettant pas au DTK de télécharger les logiciels pour l'iPhone ou l'iPad depuis son magasin en ligne, même s'il reste possible de les exécuter en installant manuellement les fichiers .ipa récupérés sur un appareil iOS. À l'heure où nous écrivons ces lignes, Apple n'a pas encore officiellement précisé le futur du DTK, qui a été loué aux développeurs pour un an.

Certains espèrent un cadeau de Tim Cook, comme il y a 15 ans. À l'époque, la firme avait remplacé la machine, louée là aussi pour un an, pour 1 000 dollars, par un iMac 17" doté d'une puce Intel, un appareil qui valait environ 1 300 dollars. Mais le DTK 2020 a été distribué contre 500 dollars, un Mac mini M1 équivalent (16 Go de mémoire et 512 Go de stockage) se négociant plus du double, 1 100 dollars. Il y a fort à parier que ce sera, cette fois, différent.

Cette machine aura néanmoins permis pendant quelques mois aux développeurs de préparer un énorme changement qui se passe pour le moment assez bien : les applications compatibles avec les processeurs M1 se multiplient à bon rythme, beaucoup plus vite qu'en 2006.

Pour tout dire, des versions bêta des logiciels d'Adobe et de Microsoft Office existent déjà, alors qu'il avait fallu patienter près de 2 ans pour Office 2008 et pas loin de 18 mois pour Photoshop. En comparaison, Microsoft a lancé la variante ARM de Windows 10 en 2017 et même sa suite Office n'y existe pas encore.

Reste maintenant à Apple à transformer l'essai et à étendre sa gamme. La concurrence (AMD, Intel, NVIDIA) va aussi devoir faire avec ce nouvel acteur du monde des puces pour machines grand public. Chacun va placer ses pions dans les prochains mois, le CES de janvier sera assurément à surveiller.

Il ne nous reste maintenant plus qu'à attendre la prochaine transition d'Apple... dans 15 ans ?