NVIDIA DRIVE détaille son SoC Xavier

NVIDIA s’est lancé depuis quelques années dans la productions de SoC, dans la famille Tegra, c’est-à-dire des puces intégrant tous les éléments de base d’un système informatique, avec un processeur central, de la mémoire et, dans le cas de NVIDIA, un processeur graphique. Ils ont notamment trouvé place dans certaines tablettes ainsi que dans la console de jeu Nintendo Switch. La dernière génération, Xavier, a été récemment dévoilée et il s’agit d’un des SoC les plus denses jamais conçus, avec neuf milliards de transistors sur trois cent cinquante millimètres carrés. La partie graphique est gérée par la dernière génération de cartes NVIDIA, Volta.

Le processeur est constitué de huit cœurs ARM 64 bits conçus entièrement par NVIDIA, sous le nom de code Carmel (les précédents processeurs Tegra mélangeaient des cœurs conçus par ARM et d’autres par NVIDIA). Il possède bon nombre de fonctionnalités orientées sécurités, comme la gestion de la mémoire ECC et le mode de calcul en double exécution (deux processeurs effectuent les mêmes calculs et vérifient qu’ils obtiennent les mêmes résultats). Côté GPU, on a droit à cinq cent douze cœurs de calcul Volta, pour une puissance de calcul totale de mille trois cent milliards d’opérations en virgule flottante à trente-deux bits par seconde. Nouveauté de l’architecture Volta, il comprend aussi vingt cœurs de calcul tensoriel. Ces deux parties ne consomment que vingt watts aux fréquences de base.

La production de masse devrait arriver fin 2018. Plus tard, ce processeur devrait être intégré dans la prochaine itération de la plateforme DRIVE PX, nom de code Pegasus, qui devrait intégrer deux cartes graphiques Volta indépendantes et deux processeurs Xavier, à destination des voitures autonomes.

Source : NVIDIA DRIVE Xavier, World’s Most Powerful SoC, Brings Dramatic New AI Capabilities.

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TSMC confiant sur sa capacité de production

À l’occasion de la présentation de ses résultats annuels, le fabricant de semiconducteurs TSMC a rassuré sur le futur de ses processus de fabrication. Contrairement à Intel, TSMC ne fait que la fabrication de semiconducteurs, sans conception des circuits.

À court terme, dix produits devraient utiliser la première itération du processus en 7 nm de TSMC dès ce trimestre, pour un total de cinquante d’ici fin 2018. La phase de qualification des puces produites est en cours pour les deux usines du groupe. Contrairement au processus le plus avancé disponible à présent (10 nm), le 7 nm (CLN7FF) est prévu pour tous les clients à un tarif abordable : le 10 nm n’est utilisé que par Apple (et représente pas loin d’un quart du chiffre d’affaires de l’entreprise !). La production en volume devrait débuter vers juin 2018 pour les premiers produits en 7 nm (Apple ayant la priorité sur les autres clients).

En 2019, les premiers processus faisant appel aux ultraviolets extrêmes devraient arriver sur le marché dès le premier trimestre : les premiers tests déjà effectués semblent concluants (une bonne partie des puces SRAM produites est fonctionnelle), tant en CLN5FF (5 nm) pour le CLN7FF+ (7 nm deuxième génération). Ce dernier a des caractéristiques très proches du 7 nm, mais utilisera de l’EUV au lieu de techniques plus traditionnelles pour la fabrication, avec des caractéristiques légèrement améliorées (on parle de puces plus petites de 10 %, avec une performance améliorée de 10 %). TSMC utilise actuellement des sources de 160 W, celles à 250 W sont proches de l’utilisation en production. Les premiers produits en CLN7FF+ devraient donc arriver en 2019, ceux en 5 nm en 2020.

En 2018, cependant, TSMC utilisera surtout son processus 12 nm, avec cent vingt nouveaux produits attendus. D’ailleurs, la société ouvrira plus tôt que prévu une nouvelle usine à Nanjing, en Chine, pour combler l’augmentation forte de la demande avec ces processus bien maîtrisés.

Toujours au niveau construction, une autre usine est en cours de construction à Tainan, du côté de Taiwan : elle devrait être complètement achevée d’ici fin 2021, mais commencera sa production début 2020. Elle devrait débuter directement avec le processus en 5 nm, les phases suivantes de construction apportant le processus en 3 nm (production en 2022).

La lithographie à ultraviolets extrême fin prête

Les processus actuels de fabrication de semiconducteurs semblent être en bout de course. Les nouvelles évolutions sont de plus en plus difficiles et bon nombre de pistes ont été évoquées pour que la technologie continue à évoluer au niveau de la lithographie (passer d’un masque définissant les processeurs à la réalisation effective sur un matériau semiconducteur) : changer de matériau (remplacer le silicium par l’arseniure de gallium et d’indium, par exemple) ou changer de bande de fréquence pour créer les circuits sur le silicium (la bande optique — 193 nm pour le moment — par des rayons ultraviolets extrêmes, dits EUV en anglais — 13,5 nm).

Cette dernière piste faisait l’objet de développements intensifs ces derniers temps, mais sans que tout le monde s’accorde sur le fait que la technologie sera prête à temps (avant que d’autres ne donnent de meilleurs résultats à des coûts similaires). Il y a six mois, ASML, le principal fournisseur de machines pour l’EUV, annonçait atteindre une puissance de 250 W… avec quatre ans de retard et uniquement en laboratoire.

Samsung promettait d’être le premier à produire des puces avec ce procédé, dès la seconde moitié de 2018. La compétition n’est pas en reste : GlobalFoundries, TSMC et Intel pourraient suivre dans les trois à six mois. Il n’empêche que ces derniers ne sont pas toujours aussi ouverts quant à leurs annonces : les plans d’Intel ne sont pas toujours clairs, mais la société a néanmoins acheté bien plus d’outils EUV que toute autre société active dans le domaine.

La mise en production devrait se faire pour toutes ces sociétés de la même manière : au niveau d’un nœud dénommé 7 ou 10 nm, mais en deuxième itération. Les premiers processeurs gravés avec cette finesse le seront avec des outils plus conventionnels (qui n’ont pas tellement évolué depuis les années 1980), poussés à leur extrême limite ; les suivants le seront avec l’EUV. La technique de l’EUV continuera de s’améliorer avec les années : si une puissance de 250 W sera suffisante pour le moment, il faudra probablement monter à 500 W pour le nœud suivant (3 nm), voire 1 kW pour celui d’après (1 nm) — alors que la consommation électrique d’une telle machine atteint déjà 1 MW pour émettre des ultraviolets à 250 W.

Le raisonnement est que cumuler ces deux changements fondamentaux (finesse de gravure et processus de lithographie) risque d’être trop difficile. Par contre, se passer de l’EUV serait catastrophique, la technologie pouvant réduire fortement les coûts et augmenter les vitesses de traitement : vu la différence de longueur d’onde, GlobalFoundries a déclaré qu’une puce qui nécessite aujourd’hui quinze étapes de production au niveau de la lithographie n’aurait plus besoin que de cinq avec l’EUV.

Un dernier problème doit toujours être résolu pour que l’ère de l’EUV s’avance : les masques utilisés. Avec l’EUV, ils ne ressemblent pas vraiment à ceux utilisés précédemment : avec une source de lumière à 193 nm, le faisceau traverse le masque pour imprimer les composants nécessaires sur le silicium ; avec l’EUV, la lumière est réfléchie sur le masque et ses dizaines de couches de matériaux divers. Ces masques peuvent avoir des imperfections lors de leur fabrication : dans ce cas, les processeurs imprimés ne pourront pas fonctionner. Il faut donc les inspecter précisément pour voir s’il y a des défauts et les corriger le cas échéant. On peut toujours utiliser les outils précédents, mais ils fonctionnent avec une longueur d’onde de 193 nm : ils peuvent détecter une série de défauts, mais ils ne sont pas assez précis pour tout voir. Les outils d’inspection par faisceau d’électrons ont une résolution suffisante (ASML a produit les premières machines), mais sont bien trop lents. Au lieu de vérifier le masque, il est aussi possible de vérifier les processeurs fabriqués, mais ce procédé est extrêmement lent. Samsung semble le plus avancé sur ce point, avec un outil d’inspection par actinisme.

Un autre problème, bien que moins sérieux, se présente au niveau des masques. En effet, malgré toutes les précautions prises, toutes les machines utilisées produisent de la poussière. Il faut protéger les masques de cette poussière, sinon les processeurs produits auront un défaut dû l’ombre produite par ce grain de poussière. La technique actuelle est d’apposer une pellicule de protection sur les masques, mais il n’y a pas encore vraiment de matériau qui laisse passer les EUV et résiste à toutes les conditions particulières (subir les déformations mécaniques et les photons de très haute énergie). Pour le moment, les fabricants de semi-conducteurs préfèrent utiliser des masques nus

Source et détails : EUV Lithography Finally Ready for Chip Manufacturing.

Intel préparerait son GPU dédié

Intel tente depuis longtemps de se créer une place sur le marché fort lucratif des processeurs graphiques — de plus en plus lucratif, d’ailleurs, depuis l’explosion de l’apprentissage profond et des cryptomonnaies. La première tentative date de 1998, avec la 740, une carte graphique AGP à la performance décevante ; les évolutions successives sous la marque Extreme Graphics n’étaient pas mieux reçues. En 2006, Intel tente de percer avec son architecture Larrabee : au lieu d’utiliser des cœurs de calcul extrêmement nombreux (plusieurs centaines, voire milliers) et spécifiques, l’idée était d’utiliser un grand nombre de cœurs (plusieurs dizaines) totalement indépendants ; l’idée a fait un flop comme carte graphique, mais est réapparue sous la forme de la ligne de produits Xeon Phi. Les premiers composants graphiques véritablement utiles sont apparus en 2010, avec l’intégration aux processeurs Core, sous les marques HD Graphics, puis Iris Pro/Plus Graphics et UHD Graphics.

Cependant, la firme de Santa Clara a récemment recruté Raja Koduri, un gros contributeur au renouveau d’AMD du côté des cartes graphiques. De plus, certains processeurs viennent avec une carte Radeon, sous licence d’AMD. Ces quelques éléments semblent indiquer qu’Intel est de plus en plus sérieux au niveau de la puissance des cartes graphiques.

Il semblerait que les douzième et treizième générations de processeurs graphiques portent les noms de code Arctic Sound et Jupyter Sound. Ces deux puces seraient entièrement développées par Intel et reliées au processeur central par un lien EMIB (les deux seraient disposées dans le même boitier). On s’attend à les voir vers 2020, mais un retard n’est pas à exclure.

Source : Arctic & Jupiter Sound: Intel bestätigt die Entwicklung von eigenständigen GPUs unter Raja Koduri.

Samsung annonce une mémoire HBM2 avec un débit de 2,4 Gb/s par pin

Le CES est l’occasion rêvée par bon nombre de constructeurs d’annoncer leurs nouveaux produits de haute technologie. Samsung a ainsi annoncé Aquabolt, sa nouvelle puce de mémoire HBM2. En quelques mots comme en cent, cette nouvelle génération est bien plus rapide que la précédente, avec un débit maximum de 2,4 Gb/s par pin et huit banques de mémoire empilées par puce. Avec cette technologie, il sera donc possible de proposer des cartes graphiques avec trente-deux gigaoctets de mémoire et une bande passante de 1,2 To/s dans le tout haut de gamme (avec quatre puces de HBM2, donc).

L’autre amélioration concerne la consommation d’énergie : ces puces fonctionnent avec une tension de 1,2 V. La génération précédente fonctionnait soit à 1,2 V (et un débit de 1,6 Gb/s et par pin), soit à 1,35 V (à 2 Gb/s). La consommation énergétique pourrait ainsi baisser de cinquante pour cent par rapport à la génération précédente.

Ces améliorations sont dues à la conception de la connexion entre les différents étages de la puce (TSV, through-silicon via) : on compte en effet pas loin de cinq mille de ces liens. Le contrôle de la dissipation de chaleur a aussi été amélioré.

Reste à voir si toute cette puissance sera réellement utilisable : même si la génération précédente pouvait fonctionner à 2 Gb/s, AMD la configurait pour n’utiliser que 1,9 Gb/s et NVIDIA… 1,75 Gb/s.

À la concurrence, SK Hynix lance aussi sa mémoire avec les mêmes spécifications, tant en termes de débit que de tension de fonctionnement.

Sources : Samsung Unleashes Fastest Ever HBM2 ‘Aquabolt’ Capable Of Achieving 2.4 Gbps On 1.2v, Increasing Performance Per Watt By 50%, SK Hynix va aussi lancer une HBM à 2.4 Gbps.

Production de GDDR6 : Samsung et SK Hynix dans la danse

Les nouvelles s’enchaînent au niveau de la prochaine génération de mémoire “conventionnelle” pour cartes graphiques, la GDDR6. Micron avait fait la première annonce, avec une qualification de son processus de fabrication — mais pas encore de grands volumes de production.

Samsung sera donc le premier à dégainer sa production de masse. Ses puces de mémoire sont fabriquées sur un processus 1x nm (que Samsung décrit comme le plus avancé, sans préciser exactement le X). La densité par rapport au nœud précédent (20 nm) est doublée : chez Samsung, à taille égale, une puce de mémoire GDDR5 montait à huit gigaoctets ; maintenant, en GDDR6, il faut compter seize gigaoctets. Le débit par pin annoncé est de dix-huit gigabits par seconde (septante-deux gigaoctets par puce), pour une tension de 1,35 V (par rapport à 1,55 V, cela représente une économie de l’ordre de trente-cinq pour cent en puissance).

SK Hynix a par la suite annoncé ses propres puces de GDDR6. La densité est moindre que chez Samsung (huit gigaoctets par puce), tout comme les débits : de dix à quatorze gigaoctets (jusque cinquante-six gigaoctets par puce) — le gain par rapport à la GDDR5X, par exemple, est donc minime. Par contre, les gains pourraient être plus marqués au niveau de la consommation énergétique : SK Hynix propose des modèles à 1,35 V, comme Samsung (pour des débits de douze à quatorze gigabits par seconde), mais aussi à 1,25 V (dix à douze gigabits par seconde).

Sources : Samsung Begins Mass Producing Fastest 18 Gbps GDDR6 Memory For High Performance Graphics Cards – Up To 24 GB of VRAM, 864 GB/s Bandwidth, La GDDR6 annoncée disponible chez SK Hynix.

Fuites sur les prochains processeurs Intel de 8e génération pour ordinateur portable

Ces derniers jours, quelques fuites ont précisé les plans d’Intel pour sa prochaine génération de processeurs pour ordinateurs portables. Jusqu’à présent, seuls des processeurs pour ordinateurs de bureau avaient été annoncés, avec des quantités disponibles très faibles fin de l’année dernière. La nouveauté principale de cette huitième génération est le nombre de cœurs disponibles : le bas de gamme passe à quatre cœurs (au lieu de deux) et le haut de gamme à six (au lieu de quatre). Cependant, peu d’informations avaient filtré sur l’offre pour ordinateurs portables.

Les récentes fuites ont d’abord concerné les modèles à très basse consommation, puis le haut de la gamme. Ainsi, on verra des i9 sur des ordinateurs portables, dans une gamme intermédiaire entre les i7 et les Xeon. Petit tour d’horizon.

La puce la plus haut de gamme sera le i9 8950HK : six cœurs, une consommation de 45 à 65 W (inchangée depuis plusieurs générations), avec une fréquence maximale en turbo de… 4,8 GHz, certes pour un seul cœur (4,3 GHz tous cœurs actifs). Cela représente une belle évolution, 700 MHz par rapport à la génération précédente. Côté Xeon, le haut de l’affiche est tenu par le E-2186M, très similaire sur les caractéristiques. La carte graphique intégrée sera la 630 UHD, à une fréquence maximale de 1,1 GHz.

Le niveau juste inférieur est constitué par les i7 8850H et E-2176M, avec des fréquences maximales de 4,4 et 4,3 GHz respectivement, ainsi que trois mégaoctets de cache en moins par rapport aux processeurs les plus chers (neuf par rapport à douze). La gamme i5 H contiendra deux processeurs à quatre cœurs, les 8400H et 8300 H.

Du côté des modèles à faible consommation (série U), on dénombrera deux processeurs : les i3 8121U et 8130U, avec deux cœurs, une fréquence maximale de 3,4 GHz, mais néanmoins la technologie HyperThreading (désormais, comme toute la gamme de processeurs Intel).

Ne reste plus qu’à attendre les annonces officielles… et surtout la disponibilité au grand public.

Sources et tableau : Intel Notebook Coffee Lake-H Core i9, Core i7, Core i5, Xeon Mobility Lineup Including 4.8 GHz Core i9-8950HK 4.8 GHz CPU Leaked – Upcoming Desktop Parts Get Pricings Revealed, Possible Intel 10nm Cannonlake and Coffee Lake Six Core Mobility Processors Leaked – Cannonlake Parts With Dual Core CPU, Gen 10 Graphics On Board.