C'est une petite surprise, Jim Keller, ingénieur connu pour les plus gros succès d'AMD (Athlon, Athlon 64 et Zen) rejoint aujourd'hui Intel d'après nos confrères de Fortune .

Connu pour son rôle dans le design des DEC Alpha, il a également dirigé les équipes qui ont conçu les K7 (Athlon) et K8 (Athlon 64) pour AMD, avant de se retrouver suite à un rachat (de P.A. Semi) en charge de la future architecture ARM custom d'Apple. Il est retourné en 2012 chez AMD ou il s'est occupé de l'architecture de Zen.

Depuis, il avait tenu plusieurs postes, dont un passage éclair chez Samsung. Depuis deux ans, il avait rejoint Tesla en tant que Vice Président en charge du hardware custom embarqué. Suite au départ de Chris Lattner (ex-Apple), il avait également récupéré la direction d'Autopilot.

Intel n'a pas encore communiqué officiellement sur son rôle, le communiqué de Tesla indiquant simplement que "la passion principale de Jim était l'ingénierie de micoprocesseurs et qu'il rejoint une société ou il pourra de nouveau s'y consacrer exclusivement".

Nous avons croisé sur le salon le prochain SoC pour smartphone de Samsung, l'Exynos 9810. La plupart de ses caractéristiques sont déjà connues, on sait qu'il s'agit d'une puce fabriqué en 10nm par Samsung qui inclus pour la partie CPU 8 coeurs, quatre Cortex-A55 (les coeurs basse consommation) et quatre coeurs basés sur l'architecture custom du constructeur.

Les puces à droite sont des capteurs 24 MP compacts développés également par Samsung

Cette dernière entre en troisième génération (Exynos M3, à ne pas confondre avec les Cortex M3 ou les SSD Samsung du même nom...) et pour l'instant on n'en sait pas grand chose. Les M1 et M2 étaient basés sur un premier effort de développement d'architecture custom, tenu par l'ingénieur en charge des Bobcat à l'époque chez AMD.

Le M3 marquerait une vraie seconde génération architecturale. Le communiqué de presse de Samsung  publié il y a quelques jours fait référence à un pipeline plus large et une amélioration de la mémoire cache (on se souvient du bug d'associativité posant problème avec le big.LITTLE des Cortex-A55 !) qui permettrait de doubler les performances sur un coeur (+40% en multicoeur). Si l'on se méfie toujours de benchmarks annoncés par les constructeurs, on rappellera que la première génération ARM custom de Samsung était assez loin en termes de performances, proche d'un bien modeste A57 ce qui laisse une ample marge d'amélioration. Il sera intéressant de voir en pratique les changements effectués par Samsung à son architecture au moment ou les portes s'ouvrent de plus en plus pour les architectures ARM au delà du smartphone.

Il y a quelques jours de cela, le site Digitimes avait fait circuler une rumeur par laquelle TSMC et Samsung disposeraient de yields trop bas pour leur production 10nm. De quoi lancer multiples spéculations sur des retards de production.

Pour rappel, TSMC et Samsung ont annoncé avoir commencé la production en volume (des puces qui se retrouveront donc dans des produits commerciaux) de leurs nouveaux process 10nm au quatrième trimestre.

Pour tenter de couper l'herbe sous le pied des rumeurs, TSMC a confirmé une fois de plus au Taipei Times  que non seulement la production avait bien commencé au quatrième trimestre, mais que le 10nm générerait des revenus pour TSMC dès le mois prochain - ce qui signifie en pratique que TSMC aura livré des puces à ses clients.

Sur la question des clients, Digitimes avait spéculé qu'en plus d'Apple (client traditionnel en début de disponibilité de node pour TSMC), MediaTek et HiSilicon seraient parmi les premiers clients 10nm de TSMC. Des informations plutôt surprenantes pour les deux sociétés qui produisent (en grand volume) des SoC ARM à prix réduit, utilisant les blocs d'IP génériques (les "Cortex-A") dessinés par ARM.

Qualcomm, l'autre client habituel des débuts de nodes chez TSMC aurait cette fois ci misé sur Samsung pour le 10nm. Samsung n'a pas réagit aux rumeurs lancées par Digitimes. On notera cependant qu'il y a quelques semaines de cela, Samsung avait évoqué l'idée de mieux séparer ses activités. En effet, la marque coréenne entre assez régulièrement en conflit d'intérêts avec les éventuels clients de son activité "fabrication". Une situation que l'on a vue à de nombreuses reprises avec Apple par exemple.

Une restructuration qui séparerait les équipes de design de puces utilisées par Samsung (LSI et SoC) de l'activité "fab" serait donc envisagée selon nos confrères de Business Korea . Une séparation qui servirait surtout à rassurer d'éventuels clients car en pratique Samsung ne compte pas se séparer de son activité "fab".

Ce week end, la société Chipworks a procédé à son traditionnel "teardown" des puces incluses dans l'iPhone 7 , en se concentrant particulièrement sur le SoC A10 d'Apple.

Rappel sur l'A9

Avant de regarder l'A10, revenons un instant sur l'A9 inclus l'année dernière dans l'iPhone 6S. Il avait la particularité d'être sourcé en parallèle chez Samsung et TSMC, quelque chose de quasi unique pour des puces haut de gamme sur des process de dernière génération, ce qui nous avait permis d'effectuer quelques comparaisons.

Les deux A9 de l'iPhone 6S (2015)

La différence la plus visible était la densité des deux process : l'A9 "Samsung" mesurant 96mm2, contre 104.5mm2 pour la version TSMC. A l'époque nous n'avions pas de certitudes sur les variantes exactes des process utilisées. Depuis, Chipworks a confirmé qu'il s'agissait bien du 14LPE chez Samsung. Le cas de TSMC est plus compliqué, Chipworks ne répondant pas (gratuitement) à la question. Les rumeurs laissent penser qu'il ne s'agissait pas d'un simple 16FF, mais d'une version "custom" empruntant en partie au process 16FF+.

Outre la densité, les tests pratiques avaient suggéré une différence de consommation à pleine charge avec un avantage pour la puce de TSMC. De quoi laisser penser que son process avait besoin de tensions inférieures à celui de Samsung pour obtenir les mêmes performances.

Depuis, Chipworks a la aussi répondu partiellement à la question suggérant que le problème se situerait pour le process de Samsung sur le rapport puissance/performances de ses NMOS . On ne sait pas si le problème persiste sur la version 14LPP qui a remplacé le 14LPE.

L'A10 : 16FFC TSMC

Première différence par rapport à l'année dernière, l'A10 semble produit cette année exclusivement par TSMC. Il est plus large que l'A9, mesurant 125mm2 pour 3.3 milliards de transistors annoncés. Côté process il s'agit du 16FFC (ou d'une variante) de TSMC, la troisième version "optimisée" du 16nm de TSMC. Annoncée en janvier dernier, le C signifie "Compact" et ce process vise avant tout les usages basses consommation tout en réduisant de manière significative les coûts de fabrication.

D'après Chipworks, l'utilisation des bibliothèques optimisées permet une bien meilleure utilisation du die, avec une compacité équivalente à celle des process TSMC précédents. Chipworks estime que la même puce aurait demandé 150mm2 en 16FF. Etant donné que 70 tapeouts de clients de TSMC sont attendus sur ce process cette année, les progrès de densité du 16FFC devraient profiter assez largement, on attendra de voir les constructeurs qui annonceront des puces l'utilisant.

 

 

Chipworks note également que l'A10 est beaucoup moins haut que les générations précédentes. Comme beaucoup de SoC, il est de type PoP et embarque la mémoire au dessus du die logique. Cependant plutôt que d'empiler les quatre dies de mémoire (2 Go de LPDDR4 Samsung sur l'A10 de l'iPhone 7), ils sont placés côte à côte.

Qui plus est, comme nous le supposions la puce utilise le nouveau packaging InFo de TSMC (dans sa version InFo-PoP) pour relier les dies entre eux.

big.LITTLE et performances

Côté performances les premiers benchmarks synthétiques évoquent 40% de gains pour le CPU ARM par rapport à l'année dernière, tout en restant en 16nm.

Pour arriver à ce gain, Apple augmente d'abord significativement la fréquence, passant de 1.85 GHz sur l'A9 à 2.35 GHz sur l'A10. Sur ce point, la marque exploite à la fois la marge notée de son process l'année dernière (on peut supposer facilement que l'A9 aurait eu une fréquence plus élevée s'il avait été sourcé uniquement chez TSMC) et les gains apportés par le 16FFC.

Ce gain de 27% de fréquence est accompagné de changements au niveau de l'architecture. Ceux ci ne sont pas encore connus, au delà du nom Hurricane, mais Chipworks note que le cluster CPU prend une place plus importante sur le die, 16mm2 face à 13mm2 sur l'A9, malgré l'utilisation d'un process plus compact.

Il est cependant difficile de se baser sur cette différence de taille étant donné que l'A10 est en réalité un quad core big.LITTLE dans la nomenclature ARM. En plus des deux coeurs hautes performances à 2.35 GHz (big), deux coeurs basse consommation à 1.05 GHz (LITTLE) sont également présents sur le die (leur emplacement exact est pour l'instant inconnu, ce qui vaut les points d'interrogation sur le diagramme au dessus).

Contrairement à d'autres implémentations dans l'écosystème ARM, les applications ne peuvent pas utiliser en simultanée les deux blocs de coeurs, le passage de l'un à l'autre étant transparent pour elles (géré par la puce et l'OS). L'intérêt de cet arrangement est bien entendu d'augmenter l'autonomie en ne sollicitant les coeurs haute performances que lorsque nécessaire.

Déjà largement en avance côté performances sur le reste de l'écosystème ARM, l'A10 commence à devenir embarrassant même pour Intel, dépassant un Core M Skylake en monothread sous Geekbench 4 (voir ici  et là  ), avec un "TDP" au moins deux fois inférieur (et sans mécanisme Turbo).

Intel se consolera tout de même de sa présence dans une partie des iPhone 7 car c'est l'autre information de Chipworks, la société confirme qu'une partie des modèles utilise un modem Intel XMM 7360 (certains modèles intègrent un modem Qualcomm X12). Très en retard, le XMM 7360 est un modem LTE 450 Mb/s Cat 10 certes dessiné par Intel, mais fabriqué selon toutes vraisemblances comme ses prédécesseurs... par TSMC.

La conférence Hot Chips qui se tenait la semaine dernière a donné lieu a d'autres annonces intéressantes que nous avons essayé de regrouper dans cette actualité !

Rajouter des tiers de mémoire côté serveur

On avait déjà noté un peu plus tôt la volonté de rajouter de la mémoire HBM à divers endroits, et même la volonté de Samsung de travailler sur une version moins onéreuse, mais l'on rajoutera ce slide issu d'une présentation d'AMD qui rappelle les objectifs de la société côté serveurs, prenant pour le coup l'exemple du big data

On s'attardera sur le graphique à droite qui pointe l'ajout d'une mémoire intermédiaire côté CPU, type HBM ou HMC (AMD misera plutôt sur la HBM pour les déclinaisons serveurs de Zen), et aussi l'utilisation de NVDIMM pour s'intercaler avant un SSD. Il faudra attendre encore un peu pour voir comment seront déclinées ces technologies, mais il est intéressant de noter la manière dont les avancées côté mémoire sont mises en avant, parfois un peu trop tôt comme l'a fait Intel avec 3D XPoint, dans toute l'industrie.

Quelques détails de plus sur SVE

Chez ARM, outre une présentation de Bifrost côté GPU dont on vous avait déjà parlé, l'annonce principale concernait SVE, la nouvelle extension vectorielle introduite par la société.

Le premier partenaire annoncé par ARM est Fujitsu, qui mettra au point des processeurs ARMv8 avec extension SVE pour le futur supercalculateur japonais Post-K. Fujitsu a donné quelques détails, indiquant par exemple que les unités vectorielles auraient une largeur de 512 bits sur ses puces.

 

 

Chez ARM, le constructeur présente plusieurs benchmarks assez théoriques, on notera surtout sur les barres grises les améliorations qui ont été effectuées côté auto-vectorisation, c'est a dire la capacité du compilateur à utiliser des instructions vectorielles pour extraire du parallélisme. ARM devrait proposer dans les semaines qui viennent des patchs pour les différents compilateurs open source, incluant LLVM et GCC.

Le Samsung M1, un timide premier pas

La particularité de l'écosystème d'ARM est que les partenaires peuvent soit utiliser des coeurs "clefs en main", développés par ARM (les gammes Cortex, comme par exemple le Cortex A57), ou créer leurs propres implémentations de l'architecture ARM (qui restent compatibles, tout en étant différentes, à l'image des processeurs d'AMD et d'Intel qui diffèrent bien que restant compatibles). Plusieurs sociétés disposent de licences "architecture" qui permettent de créer ces puces, Apple étant jusqu'ici la société la plus à la pointe sur armv8 même si de nombreuses sociétés proposent tour à tour leurs architectures.

Parmi les nouveaux venus, il y a Samsung qui s'est lancé lui aussi dans le design d'une architecture armv8 custom pour ses Exynos M1. A la tête du projet, on retrouve Brad Burgess qui était architecte chez AMD pour les Bobcat. Il aura même été rejoint un court instant par Jim Keller (K8 chez AMD, A7 chez Apple, puis Zen chez AMD), qui n'est cependant pas resté très longtemps chez Samsung et qui n'aura probablement pas eu un grand impact. Le projet aura nécessité trois années, et en soit arriver a produire quoique ce soit du premier coup en un temps si court est un exploit.

Côté architecture, Samsung indique utiliser un perceptron  (un réseau de neurones simple) au niveau de ses mécanismes de prédiction de branches. Deux branches sont considérées par cycle, mais il est difficile d'estimer quoique ce soit sur l'éventuelle efficacité.

Quatre instructions peuvent être décodées/dispatchées par cycle aux unités d'exécutions qui sont regroupées sur sept files. On note deux files dédiées aux écritures mémoires, trois aux opérations mathématiques simple (avec un port sur lequel sont ajoutés les multiplications/divisions) et une aux branchements. Les opérations en virgules flottantes sont regroupées séparément avec un scheduler unique pour deux files. Samsung annonce 5 cycles pour effectuer une opération FMA.

Dans une configuration quatre coeurs, le M1 dispose de 2 Mo de cache L2 coupé en quatre blocs, les coeurs accèdent au L2 via une interface commune. On appréciera aussi les schémas très spécifiques que propose Samsung, pas vraiment avare de détails techniques.

Reste qu'en pratique, les benchmarks mis en avant par Samsung ne sont pas forcément très convaincants. Avec 200 MHz de plus, sur un coeur, un M1 propose 10% de performances en plus qu'un Cortex A57 à consommation égale, ce qui est tout de même très peu. Samsung fait beaucoup mieux sur les opérations mémoires (c'est relativement facile, on l'a évoqué de nombreuses fois, les contrôleurs mémoires ARM ne sont pas particulièrement véloces/adaptés aux hautes performances), mais n'en tire pas particulièrement profit hors des benchmarks théoriques.

La présentation se termine en indiquant que ce n'est qu'un premier pas pour Samsung et que d'autres designs sont en cours d'élaboration. En soit si les performances ne vont pas révolutionner le monde des SoC ARM, Samsung a au moins une base de travail qu'ils pourront faire évoluer par la suite. A condition évidemment que Samsung continue d'investir sur le sujet dans les années à venir !

Les curieux pourront retrouver la présentation en intégralité ci dessous :

 

 

Parker/Denver 2 : design asymétrique

Nvidia était également présent à Hot Chips, donnant quelques détails sur son futur SoC baptisé Parker. Ce dernier est annoncé comme crée spécifiquement pour le marché automobile avec des fonctionnalités dédiées à ce marché. On ne sait pas si le constructeur le déclinera en d'autres versions plus génériques.

Les détails techniques ne sont pas particulièrement nombreux, on notera côté SoC que l'encodage 4K est désormais accéléré à 60 FPS, que l'on peut contrôler jusque trois écrans en simultanée, et que le contrôleur mémoire passe sur 128 bits (contre 64 précédemment). Côté GPU, Parker utilisera une version dérivée de son architecture Pascal.

 

 

C'est du côté CPU que les choses sont les plus originales, après avoir utilisé son architecture Denver sur les TK1, puis être revenu aux Cortex A57 sur les TX1, Nvidia propose une architecture asymétrique avec deux coeurs "Denver 2" (sur lesquels aucun détail n'aura été donné, à part un gain performance/watts de 30% donné sans précision sur les process comparés) et quatre coeurs Cortex A57. Ce n'est pas la première fois que l'on voit des configurations originales, durant Hot Chips, le taiwannais MediaTek présentait un SoC 10 coeurs avec quatre coeurs Cortex A53 à 1.4 GHz, quatre coeurs Cortex A53 à 2 GHz, et deux coeurs Cortex A72 à 2.5 GHz !

Dans le cas de MediaTek, l'idée est de proposer différentes options à différents niveaux de consommation. Pour ce qui est de Nvidia, le choix est différent, le Cortex A57 étant "haute performance" contrairement aux A53 de MediaTek. Il faut dire surtout que le marché visé, l'automobile, n'a pas les mêmes contraintes de consommation que le marché mobile. Reste que Nvidia se doit de gérer cette asymétrie avec un scheduler qui doit décider sur quel coeur placer les threads, ce qui n'est pas particulièrement simple. On notera que chaque groupe de coeurs dispose de son propre cache L2 de 2 Mo.

Côté performances, Nvidia avec ses 6 coeurs se présente comme moitié plus rapide qu'un A9X d'Apple en deux coeurs. Le graphique mélangeant des puces à TDP différents (on y retrouve des puces pour smartphones et pour tablettes), on admettra que la comparaison n'est pas faite à TDP identique.

TSMC parle de ses packages InFo

Une des nouveautés présentées cette année par TSMC est la disponibilité d'un nouveau type de packaging, l'InFo-WLP. L'idée est de permettre de relier plusieurs dies en les "moulant" dans un substrat commun très fin qui contient également les interconnexions entre les puces. Il s'agit d'une version à cout beaucoup plus faible que les interposer (utilisés par exemple par AMD pour Fiji).

La présentation de TSMC est dédiée aux interconnexions entre les puces, et présente une puce 16nm reliant un SOC à une puce mémoire avec une bande passante de 89.6 Go/s sur 256 bits, le tout avec une consommation très réduite.

En plus de la solution présentée qui évoque le cas simple d'une puce mémoire et d'un Soc, TSMC évoque la solution comme permettant un jour de relier également plusieurs dies de logique, par exemple des groupes de coeurs séparés, pour réduire le coût de fabrication des puces (qui augmentent exponentiellement avec la taille des dies).

 

 

La présentation est technique mais reste intéressante, l'InFo-WLP ouvre des opportunités supplémentaires pour réaliser des produits qui mélangent processeur et mémoire. Le coût réduit et la finesse de l'interconnexion fait qu'on pourrait retrouver assez rapidement cette technique utilisée, y compris sur le marché mobile. Les prochains SoC d'Apple pourraient par exemple utiliser un tel package.

Et Skylake !

Juste avant la présentation de Zen, Intel proposait aussi une présentation de son architecture Skylake, lancée l'année dernière. Si la majorité du contenu est déjà connu, on aura noté un détail intéressant : un diagramme sur les unités d'exécution de Skylake. On rappellera que l'année dernière durant l'IDF, Intel nous avait promis plus de détails sur le sujet, sans jamais nous les donner !

Pour rappel, voici la répartition sur Haswell :

Récapitulatif des ports/unités d'exécution sur Haswell

Un an après, voici enfin un diagramme similaire pour Skylake :

Conformément à ce que nous avaient indiqué les ingénieurs d'Intel l'année dernière, le nombre d'unité a bel et bien augmenté. Le nombre de ports reste constant, à 8, mais l'on compte... une nouvelle unité. Sur le port 1, Intel a en effet ajouté une unité de shift vectorielle. Pour le reste, la répartition reste similaire à celle d'Haswell. Un mystère enfin élucidé !