Loin de se limiter aux PC et aux serveurs, l’informatique s’est en effet immiscée un peu partout, et on trouve désormais des petits ordinateurs intégrés un peu partout, des voitures aux télévisions en passant par les téléphones et les lave-linges.
Au début, cette électronique embarquée s’appuyait essentiellement sur des microcontrôleurs, qui sont en quelque sorte des mini-processeurs, simplifiés à l’extrême et spécialisés dans une tâche, par exemple, déterminer le ratio air/essence optimal à injecter dans un moteur en fonction de la température de l’air et de celle du moteur.
Les progrès en finesse de gravure ayant permis d’envisager le remplacement de ces microcontrôleurs par de petits ordinateurs, offrant bien plus de possibilités et de souplesse d’utilisation, un nouveau type de puce est petit à petit arrivé sur le marché, pour répondre aux besoins de l’embarqué : les SoC (pour System on Chip). Plutôt que de répartir le CPU, les entrées/sorties et le GPU sur plusieurs puces, le SoC concentre le tout en un seul élément. Les gains apportés par cette approche sont multiples, au prix d’une légère perte de souplesse dans le choix des éléments : encombrement réduit, consommation réduite (les interconnexions entre puces consomment d’autant plus d’énergie que la distance entre les puces est grande), simplicité et donc coût de fabrication…
Et avec l’explosion du marché des appareils mobiles, c’est tout naturellement vers les SoC que se sont tournés les fabricants pour produire des smartphones et tablettes toujours plus performants. On signalera d’ailleurs que ces « petits » SoC sont désormais largement plus puissants qu’un PC d’il y a quelques années, tout en intégrant un nombre croissant d’éléments. Même la RAM est parfois incluse dans le SoC (mais généralement sur un morceau de silicium indépendant, posé au-dessus ou en dessous de celui du SoC).
Le contenu d’un SoC WonderMedia WM8950
Grâce notamment à l’architecture ARM, déclinée en de nombreuses variantes plus ou moins performants et plus ou moins économiques, les SoC ont aujourd’hui remplacé les microcontrôleurs dans énormément de secteurs, au point que même ce qui semble être une « bête » carte micro-SD embarque en réalité un minuscule ordinateur à CPU ARM chargé de recevoir les requêtes de lecture/écriture et de les transmettre à la mémoire flash. Cette omniprésence des SoC est telle que plus d’un milliard de CPU sous licence ARM sont désormais fabriqués chaque mois. Et une bonne idée faisant souvent des émules, les industriels du marché PC ne sont pas restés totalement insensibles aux atouts des SoC. Si la question de l’encombrement est un peu moins cruciale que dans l’embarqué et le mobile, l’intégration de certains éléments dans la même puce que le CPU peut en effet aussi être bénéfique à un bon vieux PC.
Du côté des CPU x86, c’est AMD qui a relancé le mouvement de l’intégration avec ses Athlon 64, les premiers processeurs x86 à intégrer le contrôleur mémoire. La motivation était dans ce cas principalement la performance, cette intégration permettant de ne plus faire transiter les accès mémoire par le bus système, au bord de la saturation, et de faire augmenter plus facilement la fréquence du bus mémoire. Au fil des générations suivantes, ce sont d’autres éléments qui ont ensuite été intégrés dans le package du CPU : GPU, contrôleur PCI-Express, circuits d’encodage/décodage vidéo, régulateur de tension… Ainsi, même si on continue à parler de CPU pour désigner le cœur de nos processeurs, la puce est en pratique déjà bien plus proche d’un SoC que d’un simple CPU.
A la base, les APU désignaient des unités de calculs spécialisées, semblables à des coprocesseurs, et qui pouvaient être intégrés sur un package commun avec le CPU, et en connection direct avec ce dernier. Toutefois, ce terme a rapidement été repris par AMD pour nommer certains de ces produits, qui rassemblaient CPU et GPU en une seule puce. Des produits dont les consoles ont été très friandes, puisqu'un tel niveau d'intégration était synonyme pour les constructeurs d'économie d'énergie, de gains en termes d'encombrement, ou de cout de fabrication. S'agissant des dernières PlayStation 4 et Xbox One One, on parle généralement de Soc ou d'APU semi-custom.
Et du côté des ordinateurs portables, Intel est même déjà passé assez discrètement à de véritables SoC, le fondeur ayant intégré le chipset et le GPU dans ses puces des gammes Atom (tablettes et ordinateurs portables d’entrée de gamme) et Core M (tablettes haut de gamme et ultra portables), mais aussi dans les versions très basse consommation des Core i, celles dont la référence se termine généralement par un Y.
À l’avenir, on devrait progressivement voir ces SoC monter en gamme et équiper de plus en plus de PC, mais pas de panique si vous êtes un adepte du PC sur mesure, aux composants choisis avec amour et assemblés par vos soins : ils ont sans doute encore de très longues années devant eux, les SoC étant peu adaptés au haut de gamme (intégrer un GPU haut de gamme et un CPU haut de gamme dans un même package apporterait plus de problèmes que de solution), et à fortiori tant que le marché des GPU haut de gamme est largement dominé par un acteur totalement absent du marché des CPU pour PC.
Les applications VR seront-elles le nouveau moteur de l'évolution des puces ?
Par ailleurs, de la même manière que les besoins en calculs 3D ont permis au GPU de prendre une place prépondérante, et parfois même supérieure au CPU dans le cadre de certains usages, de nouveaux besoins pourraient faire émerger de nouveau type de "coprocesseurs" : on pense notamment à la VR qui pourrait connaître un essor considérable (et bien au-delà du domaine du jeu vidéo, comme nous vous l'expliquions ici), et qui pourrait être le point de départ de nouvelles évolutions. C'est ainsi que la société Movidius travaille actuellement sur ce qu'elle considère comme un VPU (vision processing unit), le Myriad 2.