Alors que tous les Mac ne sont même pas passés sur les puces M3 lancées il y a six mois, Apple vient d'annoncer des iPad Pro équipés d'une puce M4. Et si la firme reste comme souvent avare en détails, il est tout de même possible de dresser un portrait intéressant de cette nouvelle génération.
Ce qui change peu
Commençons par ce qui change peu et ce qui ne change pas. Premièrement, la mémoire atteint une bande passante de 120 Go/s, soit 20 Go/s de plus que sur les puces M2 et M3. Pour obtenir cette valeur, Apple a probablement fait évoluer simplement la fréquence de la mémoire vive : on passerait de la LPDDR5-6400 à la LPDDRX5-7600, une modification qui avait déjà été effectuée lors du saut du M1 au M21. On reste assez loin de la bande passante des puces M3 Max (400 Go/s), mais on se rapproche du M3 Pro (150 Go/s).
Deuxièmement, le GPU est a priori le même que celui de la puce M3, avec la nouvelle architecture capable de prendre en charge le ray tracing. Comme souvent, Apple tente de brouiller les cartes : les gains sont annoncés par rapport à la puce M2, et comparer un programme qui effectue du ray tracing sur un composant qui ne l'accélère pas (M2) et un GPU qui l'accélère (M4) donne toujours d'énormes bénéfices — Apple parle d'un GPU 4x plus rapide dans ce cas.
Reste que si Apple ne communique pas sur la puissance en téraflops, nous l'avions estimée entre 4 et 4,5 téraflops sur le M3, avec un accroissement de l'ordre de 10 à 20 % en pratique face au M2. On gagne tout de même le décodage du codec AV1, absent des puces M2. Dans l'absolu, la partie graphique est toujours le parent pauvre dans la gamme, surtout face à la concurrence.
M4 : Apple va-t-elle se faire doubler par Intel, AMD et Qualcomm ?
Au niveau du GPU, on peut noter qu'il ne prend probablement pas en charge plus de moniteurs que les puces M1 à M3. Pour rappel, Apple gère deux écrans physiques sur ce type de puce, avec trois liens DisplayPort internes. Dans un Mac, c'est ce qui permet par exemple le branchement d'un écran 6K (qui a besoin de deux liens) sur un MacBook Air en plus de l'écran interne. C'est vraisemblablement la technologie par laquelle Apple connecte l'écran Tandem OLED des iPad Pro, d'ailleurs. Au niveau externe, les tablettes n'acceptent qu'un seul écran externe, comme les autres modèles.
Un CPU amélioré avec plus de cœurs
C'est le CPU qui évolue probablement le plus. Premièrement, la fréquence augmente encore : on passe de 4,05 GHz sur le M3 à 4,4 GHz ici selon les premiers retours. C'est 1,2 GHz de plus que les puces M1, ce qui amène un gain direct et évident. Les premiers benchmarks montrent surtout une chose : sur un seul cœur, Apple prend le large sur la concurrence de façon importante. En effet, même un Core i9 14900KS n'atteint pas les performances du M4 dans ce cas de figure, alors que le CPU s'approche du prix d'un iPad et que c'est le modèle le plus rapide d'Intel.
La seconde amélioration vient du nombre de cœurs, qui évolue. Les puces M1, M2 et M3 gardaient la même structure pour les cœurs hybrides, avec du 4+4, c'est-à-dire quatre cœurs performants et quatre cœurs basse consommation. Avec le M4, Apple passe à du 4+6 ou du 3+6 en entrée de gamme2. Mécaniquement, les résultats progressent un peu face au M3 : même si les cœurs basse consommation sont moins rapides que les cœurs performants, ils ne déméritent pas.
Apple parle de 50 % de gains face au M2 et c'est le cas pour plusieurs raisons : une fréquence plus haute, un nombre de cœurs plus élevé et des gains architecturaux majeurs sur les cœurs basse consommation (déjà vus sur les puces M3).
La troisième amélioration est montrée au détour d'une des images de présentation : Next-generation ML accelerators. C'est encore un peu flou pour le moment, mais il s'agit probablement d'une accélération des calculs matriciels, dont nous avions parlé dans un article l'année dernière. Depuis quelques années maintenant, Apple a en effet des instructions dédiées et propriétaires (AMX) qui permettent d'accélérer certains calculs. Jusqu'ici, elles n'étaient employées que par certaines de ses applications.
AMX : l'arme secrète d'Apple pour accélérer les intelligences artificielles
Avec le M4, les instructions en question semblent utilisables par toutes les applications pour la raison suivante : au lieu de recourir aux instructions AMX propriétaires, Apple aurait cette fois intégré les instructions SME (Scalable Matrix Extension) d'ARM. Elles permettent globalement la même chose : effectuer des calculs sur des matrices très rapidement, ce dont raffolent les logiciels qui reposent sur des réseaux de neurones. Sans une documentation formelle d'Apple, tout ceci reste pour le moment de la spéculation, mais les gains et le fonctionnement de certains benchmarks tendent à montrer que c'est bien le cas.
Un NPU plus rapide (ou pas)
Nous sommes ici devant un point un peu embêtant : la façon de communiquer d'Apple. La marque prodigue uniquement un chiffre en TOPS (l'unité employée pour mesurer les performances) pour le NPU, c'est-à-dire le composant qui accélère les calculs liés à l'IA. Apple indique que le NPU de la puce M4 atteint 38 TOPS, contre 35 TOPS pour l'A17 Pro des iPhone 15 Pro ou 18 TOPS pour une puce M3.
Mais comme Apple ne détaille pas ce score, un flou reste toujours présent, avec un lièvre déjà levé lors de l'annonce des puces M3 : est-ce une valeur évaluée avec des données en INT16 (sur 16 bits) et comparable aux 15,8 TOPS d'une puce M2 ou est-ce une valeur en INT8 (8 bits) ? Nous ne sommes pas les seuls à nous poser cette question : AnandTech considère qu'il s'agit d'une valeur en INT8 ici et en INT16 pour les puces M3 et les variantes précédentes.
Si Apple a gardé la même unité, le gain est important : on passerait de 18 à 38 TOPS, soit une puissance de calcul plus que doublée entre M3 et M4. Si ce n'est pas le cas, le NPU ne serait pas réellement plus rapide que celui des M3, en passant de 18 à 19 TOPS. Sans une analyse poussée des puces — les iPad Pro ne sont pas encore disponibles —, il n'est pas possible de trancher sur ce point. Mais compte tenu du fait que le nombre de transistors évolue peu et que le nombre de cœurs du NPU est le même qu'auparavant (16), la seconde explication est plus probable.
Rappelons tout de même une chose : même si Apple se vante d'avoir une puissance plus élevée que les PC « IA », Qualcomm devrait lancer d'ici quelques jours une puce avec un NPU capable d'atteindre 45 TOPS et les cartes graphiques haut de gamme de Nvidia proposent des performances pratiquement dix fois plus élevées sur ce point (330 TOPS sur une GeForce RTX 4090). Mais face aux NPU des processeurs d'AMD ou Intel, Apple tire son épingle du jeu.
Apple doit remercier TSMC
Enfin, attardons-nous sur la gravure. La puce M4 emploie la seconde génération de 3 nm de chez TSMC, le N3E, et le nombre de transistors passe de 25 milliards (M3) à 28 milliards. Une bonne partie des transistors en question doit se retrouver directement dans les deux cœurs basse consommation supplémentaires et le reste dans diverses améliorations mineures.
TSMC : le 3 nm va évoluer, le 2 nm en embuscade
Le processus N3E permet en théorie de meilleures performances et une gestion de la consommation améliorée… Exactement les deux points dont la puce M4 profite. C'est vraisemblablement grâce à cette gravure qu'Apple a pu gagner quelques mégahertz sur la fréquence tout en annonçant une consommation faible. Et pour intégrer la puce dans des tablettes de 5 mm et quelques d'épaisseur, elle doit évidemment l'être.
Une des choses intéressantes à vérifier quand les tablettes seront disponibles va être la surface du die : compte tenu de l'augmentation du nombre de transistors et du processus de gravure choisi, la puce M4 est probablement plus imposante physiquement que la puce M3, et donc plus onéreuse.
Une mise à jour un rien mitigée sur certains points
Cette puce M4 pourrait être vue comme une puce M3 1.5 : le GPU n'a pas évolué et les gains sur le NPU sont peu clairs. Seul le CPU s'améliore, avec deux méthodes déjà aperçues chez Intel… et pas dans les bons jours. En effet, Apple a augmenté le nombre de cœurs et la fréquence pour gagner en performances, deux voies souvent privilégiées quand les améliorations architecturales sont trop faibles pour faire la différence. Heureusement pour Apple, TSMC semble parvenir à gérer ses nouveaux processus de gravures, ce qui permet de compenser les inconvénients de ces deux choix.
Il ne faut surtout pas oublier une chose : même avec peu d'évolutions, le système sur puce M4 reste dans le haut du panier. Apple arrive à garder une avance importante sur la concurrence au niveau de l'efficacité de ses CPU, les GPU offrent des performances correctes dans l'absolu même si d'autres font parfois mieux et l'intégration des calculs liés à l'IA dans iPadOS est de la partie depuis des années. Vous pourrez certes trouver des puces avec plus de cœurs et des PC portables avec une carte graphique plus rapide, mais personne ne fournit ce niveau de performances dans un composant qui consomme si peu et qui est incorporé dans une tablette de cette épaisseur. Bien évidemment, ce tour d'horizon devrait se compléter dès la sortie des premiers iPad Pro.
