A quoi sert un ordinateur ?

Depuis quelques années, les Mac, puis les PC permettent de faire certaines choses quasi inimaginables il y a 15-20 ans dans les meilleurs studios. L'essor de l'informatique personnelle pour la MAO est fortement lié à l'émergence du numérique au sein de toute la chaîne de production sonore, de la composition à la prise de son.

Un ordinateur est à la base un outil qui est fait pour réaliser de nombreux calculs en un minimum de temps. C'est d'ailleurs la seule chose qu'il sache vraiment faire, du moins aujourd'hui. Les premiers outils sur PC (dans un sens général, qui inclut ici aussi les Mac, Atari d'antan, etc.) étaient des séquenceurs, c'est à dire des programmes (ou software, en anglais) jouant des notes et autres évènements MIDI, à l'image des séquenceurs hardware présents depuis longtemps (séquenceurs analogiques puis séquenceurs numériques, présents sur de nombreux synthétiseurs). Aujourd'hui, grâce aux progrès technologiques, un ordinateur personnel peut non seulement gérer le MIDI, mais aussi faire office de DTD (Direct-to-Disk : équivalent numérique du bon vieux multipiste à K7 ou à bandes, qui permet d'enregistrer piste par piste du son sur un disque dur), jouer des synthés dits virtuels, mettre de la reverb en temps réel sur certaines pistes, etc... En fait, il est tout à fait envisageable aujourd'hui de faire entièrement l'enregistrement d'une formation complexe à travers un ordinateur, moyennant un minimum de matériel, et ce pour une qualité finale plus que satisfaisante. Pour résumer, aujourd'hui, sur un ordinateur personnel, on peut :

• Enregistrer et mixer n'importe quel instrument, du tout synthé au tout acoustique.
• Utiliser des synthétiseurs, samplers virtuels, ainsi que des effets de type reverb et autres.
• Faire du design sonore.
• Si l'on prend certaines précautions, utiliser l'ordinateur pour faire du live.

De manière plus générale, en théorie, tout ce qu'il est possible de faire en numérique, vous pouvez le faire sur un ordinateur.

Que l'ordinateur soit un Mac ou un PC, le fonctionnement global de la machine est le même, ainsi que ses éléments constitutifs. En gros, un ordinateur personnel est constitué des composants suivants :

Le CPU

CPU, ou microprocesseur. On dit souvent que c'est le "cerveau" de l'ordinateur. A la base, un microprocesseur est un circuit intégré, i.e. un ensemble de composants électroniques gravés sur du silicium (plus de 60 millions sur les derniers Pentium IV !), chargé de faire certaines opérations. Dans ce sens, le CPU de l'ordinateur en est un, mais aussi le GPU de votre carte graphique, etc. Mais en général, quand on parle de CPU, c'est le microprocesseur central. Son rôle est primordial : en audio, c'est lui qui va faire tous les calculs de plug-in, qui va s'occuper d'une partie de l'affichage de vos fenêtres, qui va gérer de manière indirecte tout le reste de l'ordinateur. Pour prendre une métaphore musicale, c'est un peu le chef d'orchestre.

Plus le microprocesseur est rapide, plus il pourra effectuer de calculs en un temps donné. Un élément important rendant compte de la puissance d'un CPU est la fréquence d'horloge, exprimé en Mhz (Mega Hertz, i.e. millions de Hertz), voire Ghz (Giga Hertz, i.e. milliards de Hertz), qui donne le nombre de cycles que peut effectuer le CPU en une seconde. Dire qu'un CPU fonctionne à 1 Ghz, cela signifie qu'il peut effecteur 1 milliard de cycles en une seconde. Mais qu'est ce qu'un cycle, me direz vous ? Bonne question. Pour faire simple, un cycle est une opération simple, comme une addition de deux nombres. Multiplier deux nombres prend plusieurs cycles, et diviser deux nombres encore plus. Pour différentes raisons, la fréquence de fonctionnement est une borne maximale de la puissance du CPU. En général, il fait beaucoup moins d'opérations par seconde. Une des raisons est que le CPU puise ses informations dans la mémoire vive, ou RAM (cf. section suivante), et que la mémoire vive fonctionne beaucoup plus lentement que le CPU. En gros, actuellement, les mémoires les plus rapides fonctionnent à 400 Mhz, alors que les processeurs fonctionnent à des fréquences 5,6 fois plus élevées. Si le CPU a besoin d'accéder à la mémoire à chaque cycle, il va devoir attendre la réponse de la mémoire, ce qui le ralentit.

C'est pour cette raison qu'existe la mémoire cache : beaucoup plus rapide (et donc beaucoup plus chère), elle est insérée entre le CPU et la mémoire vive principale. L'intérêt ? Souvent, dans un programme, 95 % du temps de calcul est pris par une toute partie du code d'un programme ; l'idée, simple à la base, est de mettre cette petite partie dans la mémoire cache, plus rapide, comme cela la mémoire n'est plus un goulot d'étranglement pour le CPU. La mémoire cache, sa quantité, ses performances, sont des éléments essentiels, au moins aussi importants que la fréquence, pour déterminer la performance du CPU. Par exemple, l'une des différences majeures entre un Pentium III et un Celeron d'Intel est la quantité de mémoire cache dite de niveau 2 (ce n'est pas très important de connaître la différence entre mémoire cache de niveau 1, 2, voire 3, niveau apparu sur les derniers G4 de Motorola), 128 Ko sur Celeron, 256 Ko sur PIII. Il est d'ailleurs intéressant de remarquer que la majeure partie de la surface d'un Pentium ou d'un G4 est constituée par la mémoire cache. Au sein d'une même famille de CPU, la mémoire cache peut varier (c'est même là dessus que joue Motorola pour augmenter la puissance des processeurs G4 des PowerMac).

Enfin, un autre paramètre important en MAO concerne les jeux d'instructions dits vectoriels. Les noms sont SSE pour Intel, 3DNow! pour AMD et Altivec pour G4. C'est la deuxième différence fondamentale entre un Celeron et un Pentium III, et entre un G3 et un G4. Qu'est ce que c'est ? UN jeu d'instructions, ce sont de nouvelles opérations du CPU. Vectoriel est un mot un peu compliqué pour dire que le CPU peut faire plusieurs opérations en même temps. Par exemple, il y a une instruction de base pour faire l'addition entre deux nombres sur Pentium; le jeu d'instruction vectoriel contient également une opération d'addition, mais qui permet d'en faire plusieurs en même temps. Ainsi, c'est un peu comme si vous aviez plusieurs CPU en même temps (en pratique, c'est beaucoup plus compliqué, mais l'idée est quand même là). Pour que ce soit efficace, il y a des contraintes, mais il se trouve que ces contraintes sont respectées dans la plupart des calculs impliqués dans le traitement audio sur ordinateur. Pour donner un ordre d'idée, le SSE a permis à Reaktor, de Native Instruments, un gain d'environ 40 % de performances. SSE, 3DNow et Altivec apportent grosso modo le même ordre de grandeur. Le problème, c'est qu'il faut que les programmes soient programmés spécialement pour ; ainsi, si le programme est optimisé SSE, ça changera rien pour un Athlon équipé de 3Dnow!

Pour s'y retrouver, voici les jeux d'instructions supportés par les différentes machines (il y a aussi le MMX qui part de la même idée, mais moins efficace) :

• Intel Celeron : MMX.
• AMD Duron : MMX, 3Dnow!, 3DNow2!
• Intel PIII : MMX/SSE
• AMD athlon thunderbird : 3Dnow!, 3Dnow2!
• AMD athlon XP : SSE/3Dnow! /3Dnow2!
• Intel PIV : MMX/SSE/SSE2
• Motorola G3 : ?
• Motorola G4 : altivec.

A quoi ça sert ?

Pour faire simple, toutes les données dont peut avoir besoin le CPU doivent être présentes en mémoire vive. Par exemple, pour faire fonctionner un programme, il faut que son code soit en mémoire vive. Donc plus vous avez de mémoire vive, plus vous pourrez lancer de programmes en même temps. Les données, ce n'est pas seulement le code, c'est aussi, et surtout en MAO, les données audio, qui ont le mauvais goût de prendre énormément de place.

Quantité de mémoire vive

Pour faire comprendre l'importance de la RAM, je vais prendre un exemple. Que les informaticiens m'excusent, je simplifie à l'extrême le fonctionnement des système DtD, il faut avoir conscience que c'est beaucoup plus compliqué que ce qui suit. Néanmoins, ça a l'intérêt de donner des ordres de grandeur. Elle est exprimée en Mo, c'est à dire Méga Octets (pour faire simple, un MO = un million d'octets). Un programme comme Nuendo prend dès le départ 50 Mo en mémoire vive, Windows 2000 nécessite autour de 70 Mo, et Windows XP environ 100-120 Mo. De plus, il faut aussi que les pistes audio sur lesquelles vous travaillez, par exemple, résident en mémoire vive. En sachant qu'une seconde d'audio qualité CD (44,1 Khz, 16 bits) occupe 88 Ko (kilo octet = 1000 octets environ), cela devient vite énorme. En effet, si vous faites un projet de 20 pistes audio mono, c'est 1.8 Mo par seconde (20 * 88 ko), c'est à dire, pour une minute, environ 100 Mo !

Exemple simple : Nuendo (50 Mo) sous Windows XP (100 Mo), avec un projet de 5 minutes, de 20 pistes audio qualité CD (5 *100 Mo) demande, sur PC, 650 Mo de mémoire vive ! Sachant que si vous êtes en 24 bits, il faut multiplier la place prise par l'audio par un facteur 1.5, on se rend compte des quantités astronomiques qu'exige le DtD sur ordinateur personnel. Et cet exemple n'utilise aucun plug-in !

Certains me rétorqueront qu'ils ont déjà fait pire, avec moins de mémoire, et ils auront raison. En fait, tout OS implémente un système dit de mémoire virtuelle (aussi appelé swap, ou cache de l'OS, ce dernier terme étant impropre, d'ailleurs), qui consiste à utiliser une partie de votre disque dur comme de la mémoire vive. Génial ! Les disques durs d'aujourd'hui font 100 Go (rappel : 1 Go = 1000 Mo, environ), donc pas de problème, la mémoire vive permet de faire 300 pistes audio en qualité 24/96... Oui, mais déjà que la mémoire vive est lente par rapport au CPU, le DD, lui, fait carrément du sur place à côté. Même les meilleurs DD scsi dépassent rarement un débit de 50 Mo par seconde, à comparer avec les 1 à 4 Go par seconde de la RAM actuelle (soit 20 à 80 fois plus lent). C'est même pire que cela, car pour des disques IDE (ou ATA), le CPU passe son temps à gérer le disque dur pour des débits aussi importants, et ne peut donc plus rien faire d'autre (faites cette expérience simple : copiez d'un endroit à un autre un fichier de 500 Mo, et regardez ce qu'il se passe.... Vous ne pouvez quasiment rien faire d'autre en même temps, entre autre à cause de la charge qu'implique la gestion du DD sur le CPU). Bref, ce n'est pas la panacée, et la conclusion de tout ceci est, vous l'aurez compris, d'avoir le plus possible de mémoire vive. Concrètement, 256 voire 512 Mo feront l'affaire.

Type de mémoire vive

Il y a différents types de mémoire. Ces 3 types diffèrent essentiellement dans leur fréquence de fonctionnement, et le débit qu'elles peuvent assurer. Je n'ai malheureusement aucune donnée précise sur l'influence de ce facteur concrètement en MAO. Pour faire simple, chaque génération est rendue obsolète par la suivante.

• SDRAM : Ram encore répandue, c'est celle des Athlon Thunder Bird, Pentium III et cie. Marche traditionnellement à 133 Mhz.
• DDRAM : plus récente, cette mémoire fonctionne de 266 Mhz à 400 Mhz. La différence entre les différents types n'a que peu d'influence sur tous les benchmarks que j'ai pu voir (de l'ordre de 2-3 %, sauf pour quelques applications spécifiques. Le problème est que je ne sais pas vraiment si les applications audio rentrent dans ce domaine). La DDRAM est communément appelée DDR.
• RamBUS (ou R-Dram) : j'ai déjà évoqué le problème de la mémoire vive qui fonctionne beaucoup plus lentement que le CPU. Lorsque Intel a mis au point le PIV, il avait prévu un FSB (= Front Side Bus : en gros, c'est la route de communication entre la mémoire vive et le CPU) extrêmement élevé, de l'ordre de 400 et 800 Mhz, alors que pour les Pentium 3, c'était 133 MHz, à cause de la mémoire. C'est pour cela qu'est apparue la RamBus, mémoire fabriquée par la boîte du même nom. Pour résumer, ce type de mémoire a fait un bide, et même Intel a abandonné la Rambus pour ses Pentium IV, à quelques exceptions près.

C'est la partie la moins comprise par les utilisateurs, et pourtant la plus importante. C'est sur la carte mère que tous les périphériques vont être installés, et surtout, seront contrôlés par le chipset, qui est en quelque sorte le cerveau de la carte mère. C'est donc sur lui que repose la gestion du bus PCI, route utilisée par la carte son pour communiquer avec le CPU, le bus AGP, celui de la carte graphique, sans oublier l'USB, les disques durs. Bref, c'est extrêmement important. Un chipset buggé entraîne une multitude de problèmes.

De plus, aujourd'hui, de nombreux chipset intègrent des cartes sons, graphiques, carte réseau, etc. Le choix du chipset dépend de plusieurs facteurs, entre autre du CPU (on ne prend pas le même chipset pour du Intel ou du AMD), du type de RAM désirée, etc.

Le disque dur est la mémoire d'archive de votre ordinateur. Sa capacité s'exprime en Go. Pour avoir une idée de ce que cela représente, gardez en mémoire le chiffre de 88 Ko pour une piste audio à 44.1/16 d'une seconde. De ses performances vont grandement dépendre le nombre de pistes que vous pouvez lire/écrire en même temps.

IDE ou SCSI ?

Il existe deux types de disques durs, plus exactement d'interfaces les contrôlant, IDE et SCSI (ATA, UDMA sont des noms équivalents à IDE). Il y a deux différences essentielles entre SCSI et IDE. La première est que pour les disques durs IDE, c'est à la charge du CPU de gérer une partie des opérations de lecture/écriture sur le disque. Plus le disque dur est mis à contribution, plus sera mis à contribution le CPU. En SCSI, ce problème est beaucoup moins sensible. Seuls quelques pourcents de la puissance de calcul de votre CPU seront utilisés pour la gestion de votre disque dur, ce qui veut dire que vous pouvez utiliser davantage de plug-ins, de synthés virtuels, etc... La deuxième différence, c'est que si vous prenez le haut de gamme du SCSI, vous aurez de plus grandes performances. Mais attention, la différence de prix est conséquente : pour les disques durs SCSI les plus efficaces, le prix au Go est 7 fois plus élevé que pour l'IDE !
En gros, si vous faites de la musique sans utiliser énormément le 24 bits/96 khz, que vous ne faites pas de musique à l'image, l'IDE suffit largement. De toute façon, rien ne vous empêche d'acheter d'abord de l'IDE, puis de rajouter après un disque dur SCSI performant qui ne sera utilisé que pour les pistes audio.

ATA 66, ATA 100, ATA133, SATA

Je rappelle que ATA a la même signification qu'IDE ou UDMA. Le chiffre 66/100/133 concerne le débit théorique du disque dur en Mo par seconde. Ce chiffre est assez fantaisiste dans une utilisation normale du disque dur. En gros, avec un UDMA 100, vous pouvez difficilement espérer plus de 20 Mo par seconde de débit. Les différences entre ATA66, 100 et 133 sont assez minimes. Néanmoins, il vaut mieux avoir le plus élevé, pour des raisons de compatibilité avec le matériel futur. De toute façon, vous ne pouvez pas acheter de carte mère récente avec de l'UDMA66.

Le SATA signifie Serial-ATA. Pour relier un disque dur à la carte mère, on utilise des câbles dits en nappe. Ce n'est pas très pratique (ni très esthétique, mais bon, à moins d'être fan de kit de PC, je pense que vous êtes comme moi, cela vous est égal). Avec le serial ATA, on aura un simple câble "rond". Surtout, c'est la norme "du futur" (n'oubliez pas que futur veut dire quelques années tout au plus, en informatique). Pour l'instant, peu de disques durs existent à ce format. Néanmoins, 2003 devrait voir la généralisation de cette norme.

Mémoire cache

Vous savez ce qu'est la mémoire pour un CPU. Bon, eh bien il y a aussi une mémoire cache pour votre disque dur. C'est primordial, comme pour le CPU. Le principe est le même : accélérer les accès à de petites quantités d'informations dont on a souvent besoin.

Et le RAID ?

Le principe du RAID est de faire fonctionner plusieurs disques durs en même temps. Selon les différents modes de RAID (les plus courants sont le 0, 1 et 5), cela augmente les performances et / ou la sécurité des données. C'est de plus en plus utilisé sur les serveurs, qui demandent de grandes performances et une fiabilité importante.

L'utilisation du RAID pour augmenter les performances peut se justifier sur les très grosses sessions (plusieurs dizaines de pistes en haute résolution) ou bien en cas d'utilisation de musique à l'image. Personnellement je n'ai jamais vu personne utiliser du RAID pour l'audio, mais certains musiciens (rares) utilisent ce procédé. Dans la majorité des cas, je vous dirais de ne pas l'utiliser. C'est plus cher (carte additionnelle, plusieurs disques durs au lieu d'un) et ce gain de puissance est rarement nécessaire.

Cette question revient de manière récurrente. Il faut éviter les débats souvent stériles qui ne manquent pas d'apparaître entre les pro Mac, pro PC, pro Atari, etc...

L'Atari est certainement le précurseur de l'informatique musicale pour tous. De nombreux artistes célèbres ont fait leurs premières armes dessus, et l'Atari permettait déjà de faire du DTD sur plusieurs pistes sans matériel supplémentaire très coûteux. Après, parce que plus simple à l'époque, et plus orienté multimédia, le Mac d'Apple a suivi l'évolution, et est devenu un quasi standard de la MAO. Aujourd'hui, le PC, grâce aux progrès indéniables des dernières versions de Windows, et au développement de hardware et software pour l'audio, me pousse à dire que l'on peut faire de la MAO dans de bonnes conditions aussi bien sur Mac que sur PC (l'Atari n'étant plus produit).

En essayant de rester assez objectif, voici les avantages et inconvénients, aujourd'hui, de chaque plateforme :