Apple révolutionne la conception et le fonctionnement des composants internes des ordinateurs portables. Avec l’introduction des puces M1 dans les nouveaux Mac, Apple a mis en place une nouvelle « architecture de mémoire unifiée » (UMA) qui améliore considérablement la vitesse d’accès à la mémoire. Voici comment cette mémoire fonctionne sur les systèmes Apple Silicon.
Fonctionnement de la RAM avec Apple Silicon
Si vous n’êtes pas encore au courant, Apple a dévoilé une nouvelle gamme de Mac en novembre 2020. Les tout nouveaux MacBook Air, MacBook Pro et Mac Mini sont équipés d’un processeur ARM conçu sur mesure par Apple, baptisé M1. Ce changement, attendu de longue date, est l’aboutissement d’une décennie de développement par Apple de processeurs ARM pour iPhone et iPad.
Le M1 est un système sur puce (SoC), ce qui signifie qu’il englobe non seulement le processeur, mais aussi d’autres composants essentiels, tels que le GPU, les contrôleurs d’E/S, le Neural Engine d’Apple pour les tâches d’IA et, surtout pour notre sujet, la RAM physique, qui fait également partie de ce package. Pour être précis, la RAM n’est pas intégrée directement au silicium du SoC, mais positionnée à côté, comme illustré ci-dessus.
L’intégration de la RAM dans le SoC n’est pas une nouveauté. Les SoC de smartphones intègrent parfois de la RAM. La décision d’Apple de placer les modules de RAM à côté est une approche que l’entreprise utilise depuis au moins 2018. En consultant cette analyse de l’iPad Pro 11 par iFixit, vous pouvez constater que la RAM est située à côté du processeur A12X.
La nouveauté réside dans le fait que cette approche est désormais adoptée sur le Mac, un ordinateur conçu pour des charges de travail plus importantes.
Les Fondamentaux : RAM et Mémoire Expliquées
RAM est l’acronyme de Random Access Memory (mémoire vive). Il s’agit du principal composant de la mémoire système, un espace de stockage temporaire pour les données que votre ordinateur utilise activement. Cela inclut les fichiers nécessaires au fonctionnement du système d’exploitation, une feuille de calcul en cours de modification ou encore le contenu des onglets de votre navigateur.
Lorsque vous ouvrez un fichier texte, votre processeur reçoit ces instructions, ainsi que le programme associé. Le processeur extrait ensuite les données nécessaires à ces opérations et charge les informations utiles dans la mémoire. Par la suite, le processeur gère les modifications apportées au fichier en accédant à et en manipulant ce qui est stocké en mémoire.
Généralement, la RAM se présente sous la forme de barrettes fines et allongées que l’on insère dans des emplacements dédiés des ordinateurs portables ou cartes mères, comme illustré ci-dessus. La RAM peut également être un simple carré ou un module rectangulaire soudé à la carte mère. Dans tous les cas, la RAM pour PC et Mac est traditionnellement un composant distinct avec son propre emplacement sur la carte mère.
RAM M1 : Une Cohabitation Discrète
Les modules de RAM physiques restent des entités séparées, mais ils sont placés sur le même substrat vert que le processeur. « Et alors? », me direz-vous. « Quel est l’intérêt? ». Premièrement, cela permet un accès plus rapide à la mémoire, ce qui améliore inévitablement les performances. De plus, Apple affine la manière dont la mémoire est utilisée par le système.
Apple nomme cette approche « architecture de mémoire unifiée » (UMA). L’idée principale est que la RAM du M1 constitue un unique pool de mémoire auquel toutes les parties du processeur peuvent accéder. Cela signifie que si le GPU a besoin de plus de mémoire système, il peut augmenter son utilisation tandis que d’autres parties du SoC la réduisent. Encore mieux, il n’est pas nécessaire de réserver des portions de mémoire spécifiques pour chaque partie du SoC, puis de transférer des données entre ces zones. Au lieu de cela, le GPU, le CPU et les autres composants peuvent accéder aux mêmes données à la même adresse mémoire.
Pour comprendre l’importance de cela, prenons l’exemple d’un jeu vidéo. Le CPU reçoit toutes les instructions du jeu, puis transfère les données nécessaires au GPU sur la carte graphique. La carte graphique utilise ensuite ces données et les traite avec son propre processeur (le GPU) et sa RAM intégrée.
Même avec un processeur à carte graphique intégrée, le GPU conserve généralement sa propre mémoire, tout comme le processeur. Ils traitent les mêmes données séparément, puis échangent les informations entre leurs propres zones de mémoire. En éliminant le besoin de déplacer les données, on comprend facilement comment le fait de tout regrouper dans un unique espace virtuel peut améliorer les performances.
Voici comment Apple décrit son architecture de mémoire unifiée sur le site officiel dédié au M1:
« Le M1 dispose de notre architecture de mémoire unifiée, ou UMA. Le M1 rassemble sa mémoire à bande passante élevée et à faible latence dans un pool unique au sein d’un boîtier personnalisé. Par conséquent, toutes les technologies du SoC peuvent accéder aux mêmes données sans les copier entre plusieurs zones de mémoire. Cela améliore considérablement les performances et l’efficacité énergétique. Les applications vidéo sont plus dynamiques. Les jeux sont plus riches et détaillés. Le traitement des images est ultrarapide. Et l’ensemble du système est plus réactif. »
De plus, il ne s’agit pas seulement de l’accès à la même mémoire au même endroit. Comme le souligne Chris Mellor dans The Register, Apple utilise ici une mémoire à bande passante élevée. La mémoire est plus proche du CPU (et des autres composants), ce qui accélère l’accès par rapport à une puce RAM classique connectée à une carte mère via une interface standard.
Apple N’est Pas la Première Entreprise à Explorer la Mémoire Unifiée
Schéma NVIDIA illustrant les premiers concepts de mémoire unifiée.
Apple n’est pas la première entreprise à s’intéresser à cette problématique. Par exemple, NVIDIA a commencé à proposer aux développeurs une solution logicielle et matérielle appelée Unified Memory il y a environ six ans.
Pour NVIDIA, la mémoire unifiée fournit un espace mémoire unique « accessible à n’importe quel processeur du système ». Dans le cas de NVIDIA, le CPU et le GPU accèdent au même emplacement pour les mêmes données. Cependant, en réalité, le système transfère les données nécessaires entre les mémoires CPU et GPU séparées.
À notre connaissance, Apple n’utilise pas de techniques similaires. Chaque partie du SoC accède directement au même emplacement de données en mémoire.
L’avantage principal de l’UMA d’Apple réside dans de meilleures performances grâce à un accès plus rapide à la RAM et à un pool de mémoire partagée qui élimine les pénalités de performances liées au transfert de données entre différentes adresses.
Quelle Quantité de RAM Est Nécessaire ?
L’approche d’Apple n’est pas sans inconvénients. L’intégration profonde des modules de RAM dans le M1 empêche toute possibilité de mise à niveau après l’achat. Si vous optez pour un MacBook Air avec 8 Go de RAM, il ne sera pas possible d’augmenter la mémoire de cet appareil ultérieurement. Il faut préciser que la mise à niveau de la RAM n’est plus possible sur les MacBook depuis un certain temps. Les anciens Mac Mini permettaient cette opération, mais pas les nouvelles versions équipées de la puce M1.
Les premiers Mac M1 sont disponibles avec un maximum de 16 Go de RAM. Vous pouvez choisir un Mac M1 avec 8 Go ou 16 Go, mais pas plus. Le temps où l’on pouvait simplement insérer une barrette de RAM dans un emplacement dédié est révolu.
Alors, de quelle quantité de RAM avez-vous besoin? En ce qui concerne les PC Windows, 8 Go sont généralement considérés comme suffisants pour les tâches informatiques courantes. Les joueurs ont intérêt à passer à 16 Go, et les utilisateurs « prosommateurs » devraient probablement doubler cette capacité pour des activités telles que l’édition de gros fichiers vidéo en haute résolution.
De même, avec les Mac M1, le modèle de base avec 8 Go devrait convenir à la plupart des utilisateurs. En fait, il pourrait même répondre à des usages intensifs au quotidien. Il est toutefois difficile de se prononcer, car la plupart des tests que nous avons observés évaluent le M1 à l’aide de benchmarks synthétiques qui sollicitent le CPU ou le GPU.
Ce qui importe réellement, c’est la capacité d’un Mac M1 à gérer plusieurs programmes et de nombreux onglets de navigateur ouverts simultanément. Ceci permet non seulement de tester le matériel, mais les optimisations logicielles jouent également un rôle majeur pour améliorer ces performances. C’est pourquoi l’accent a été mis sur les benchmarks capables de vraiment pousser le matériel dans ses retranchements. En fin de compte, nous supposons que la plupart des gens souhaitent simplement savoir comment les nouveaux Mac gèrent une utilisation « réelle ».
Stephen Hall de 9to5 Mac a constaté des résultats impressionnants avec un MacBook Air M1 équipé de 8 Go de RAM. Pour que l’ordinateur commence à ralentir, il a dû ouvrir une fenêtre Safari avec 24 onglets de sites web, six autres fenêtres Safari avec des vidéos 2160p en lecture, ainsi que Spotify en arrière-plan. Il a également pris une capture d’écran. « Ce n’est qu’à ce moment-là que l’ordinateur a finalement commencé à flancher », a déclaré Hall.
Chez TechCrunch, Matthew Panazarino a poussé les tests encore plus loin avec un MacBook Pro M1 équipé de 16 Go de RAM. Il a ouvert 400 onglets dans Safari (en plus de quelques autres programmes ouverts), et l’ordinateur a fonctionné de manière fluide et sans aucun problème. Fait intéressant, il a tenté la même expérience avec Chrome, mais Chrome s’est bloqué. Cependant, a-t-il noté, le reste du système a continué de fonctionner parfaitement malgré les problèmes avec le navigateur de Google. Lors de ses tests, il a même constaté que l’ordinateur portable avait parfois recours à l’espace de swap, sans baisse significative des performances.
Lorsque votre PC manque de RAM, il utilise l’espace de stockage disponible sur le SSD ou le disque dur comme mémoire temporaire. Cela peut entraîner une baisse notable des performances, mais pas sur les Mac M1, semble-t-il.
Ces observations sont issues d’expériences occasionnelles et non de tests formels. Néanmoins, elles sont probablement représentatives de ce à quoi il faut s’attendre lors d’une utilisation intensive au quotidien. Compte tenu de l’approche modifiée de la gestion de la mémoire, 8 Go de RAM devraient suffire à la plupart des personnes qui n’ouvrent pas des centaines d’onglets de navigateur.
Cependant, si vous éditez régulièrement des images ou des fichiers vidéo volumineux tout en naviguant sur plusieurs dizaines d’onglets et en regardant un film sur un écran externe, il sera peut-être préférable d’opter pour le modèle équipé de 16 Go de RAM.
Ce n’est pas la première fois qu’Apple réinvente ses systèmes Mac en adoptant une nouvelle architecture.