Qu’est-ce qu’un système sur puce (SoC) ?

On parle beaucoup du M1 d’Apple et des puces des smartphones ces jours-ci, et il se peut que vous entendiez parler des conceptions « système sur puce » (SoC) utilisées dans ces appareils. Mais qu’est-ce qu’un SoC, et en quoi diffère-t-il des CPU et des microprocesseurs ? Nous allons vous expliquer.

Système sur puce : définition rapide

Un système sur puce est un circuit intégré qui combine plusieurs éléments d’un système informatique sur une seule puce. Un SoC comprend toujours un processeur, mais il peut également inclure une mémoire système, des contrôleurs de périphériques (pour l’USB, le stockage) et des périphériques plus avancés tels que des processeurs graphiques (GPU), des circuits de réseaux neuronaux spécialisés, des modems radio (pour Bluetooth ou Wi-Fi), etc.

L’approche d’un système sur puce s’oppose à celle d’un PC traditionnel doté d’une puce CPU et de puces de contrôle distinctes, d’un GPU et de RAM qui peuvent être remplacés, mis à niveau ou échangés si nécessaire. L’utilisation de SoCs rend les ordinateurs plus petits, plus rapides, moins chers et moins gourmands en énergie.

POUR UN MAC, UNE PUCE DE BASE M1 OU M2 EST NÉCESSAIRE

Une brève histoire de l’intégration électronique

Depuis le début du 20e siècle, la progression de l’électronique a suivi un chemin prévisible concernant deux tendances majeures : la miniaturisation et l’intégration. La miniaturisation a vu les composants électroniques individuels tels que les condensateurs, les résistances et les transistors devenir plus petits au fil du temps. Et avec l’invention du circuit intégré (CI) en 1958, l’intégration a permis de combiner plusieurs composants électroniques sur un seul morceau de silicium, permettant une miniaturisation encore plus poussée.

Avec la miniaturisation de l’électronique au cours du XXe siècle, les ordinateurs sont devenus plus petits eux aussi. Les premiers ordinateurs numériques étaient constitués de grands composants discrets tels que des relais ou des tubes à vide. Plus tard, ils ont utilisé des transistors discrets, puis des groupes de circuits intégrés. En 1972, Intel a réuni les éléments d’une unité centrale de traitement (UC) d’ordinateur en un seul circuit intégré, et le premier microprocesseur monopuce commercial est né. Grâce au microprocesseur, les ordinateurs peuvent être plus petits et utiliser moins d’énergie que jamais auparavant.

L’arrivée du microcontrôleur et du système sur puce

En 1974, Texas Instruments a lancé le premier microcontrôleur, qui est un type de microprocesseur doté d’une mémoire vive et de dispositifs d’entrée/sortie intégrés à une unité centrale sur une seule puce. Au lieu d’avoir besoin de circuits intégrés distincts pour l’unité centrale, la mémoire vive, le contrôleur de mémoire, le contrôleur série, etc., tout cela pouvait être placé sur une seule puce pour les petites applications intégrées telles que les calculatrices de poche et les jouets électroniques.

Pendant la majeure partie de l’ère du PC, l’utilisation d’un microprocesseur avec des puces de contrôle, de la RAM et du matériel graphique séparés a permis d’obtenir les ordinateurs personnels les plus flexibles et les plus puissants. Les microcontrôleurs étaient généralement trop limités pour convenir à des tâches informatiques générales, de sorte que la méthode traditionnelle consistant à utiliser des microprocesseurs avec des puces de support discrètes est restée en vigueur.

Récemment, l’évolution vers les smartphones et les tablettes a poussé l’intégration encore plus loin que les microprocesseurs ou les microcontrôleurs. Le résultat est le système sur puce, qui peut regrouper de nombreux éléments d’un système informatique moderne (GPU, modem cellulaire, accélérateurs d’intelligence artificielle, contrôleur USB, interface réseau) ainsi que le CPU et la mémoire système dans un seul boîtier. Il s’agit d’une étape supplémentaire dans l’intégration et la miniaturisation continues de l’électronique, qui se poursuivra probablement longtemps dans le futur.

Pourquoi utiliser un système sur puce ?

Le fait de placer davantage d’éléments d’un système informatique sur un seul morceau de silicium permet de réduire les besoins en énergie, de diminuer les coûts, d’augmenter les performances et de réduire la taille physique. Tout cela est d’une aide précieuse lorsqu’il s’agit de créer des smartphones, des tablettes et des ordinateurs portables toujours plus puissants et consommant moins de batterie.

Par exemple, Apple est fier de fabriquer des appareils informatiques compacts et performants. Au cours des 14 dernières années, Apple a utilisé des SoC dans ses gammes d’iPhone et d’iPad. Au début, elle utilisait des SoC basés sur ARM et conçus par d’autres entreprises. En 2010, Apple a présenté le SoC A4, qui était le premier SoC pour iPhone conçu par Apple. Depuis lors, Apple a itéré sur sa série de puces A avec un grand succès. Les SoC permettent aux iPhones de consommer moins d’énergie tout en restant compacts et en étant de plus en plus performants. D’autres fabricants de smartphones utilisent également des SoC.

Jusqu’à récemment, les SoC apparaissaient rarement dans les ordinateurs de bureau. En 2020, Apple a présenté le M1, son premier SoC pour les Macs de bureau et portables. Le M1 combine un processeur, un processeur graphique, une mémoire et d’autres éléments sur un seul morceau de silicium. En 2021, Apple a amélioré le M1 avec le M1 Pro et le M1 Max. Ces trois puces offrent aux Mac des performances impressionnantes tout en consommant moins d’énergie que l’architecture traditionnelle à microprocesseur discret que l’on trouve dans la plupart des PC.

Le Raspberry Pi 4, un ordinateur populaire pour les amateurs, utilise également un système sur puce (un Broadcom BCM2711) pour ses fonctions de base, ce qui permet de maintenir le coût du dispositif à un niveau bas (environ 35 dollars) tout en fournissant beaucoup de puissance. L’avenir est prometteur pour les SoC, qui perpétuent la tradition d’intégration et de miniaturisation de l’électronique entamée il y a plus d’un siècle.