Keyword - Microprocesseurs

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5 March 2008

Nouveautés chez les fabricants américains de microprocesseurs.

Malgré la suprématie très large d'Intel sur son concurrent AMD, le secteur des microprocesseurs multiplie les annonces et reste très concurrentiel.

Intel Atom

Intel, dont les résultats financiers pour le premier trimestre ont été revus à la baisse à cause de la baisse des mémoires de type NAND, vient d'annoncer son architecture x86 à très basse consommation: Centrino Atom.

La plateforme Centrino Atom consiste en un processeur à très basse consommation, nommé Atom (anciennement Silverthorne) et un chipset spécifique. Le processeur Atom comporte 47 millions de transistors sur un cœur de 25 mm^2 gravé en 45nm et est basé sur une architecture de type Merom, très simplifiée. Les cellules SRAM utilisées dans Silverthorne utilisent 8 transistors, au lieu des 6 nécessaires pour un processeur de type Core 2, afin de minimiser la consommation énergétique, qui varie entre 0.6 et 2 Watts de TDP.

Atom est un processeur qui supporte l'hyper-threading et comporte un pipeline à 16 étages ne supportant pas les instructions non-ordonnancées, afin de simplifier la complexité. Ce processeur peut décoder simultanément 2 instructions x86, possède deux unités en virgule flottante: une dédiée aux additions et une aux multiplications, deux unités entières et une unité SIMD de type SSE. La mémoire cache de niveau L1 fait 56Ko et celle de niveau L2 fait 512Ko.

Intel compte ainsi attaquer le marché de l'embarqué, chasse gardée de ARM, car ce marché d'appareils portables est très porteur et permettrait à Intel d'accéder un nouveau marché.

AMD 780 et 780G

De son coté, AMD vient d'annoncer des nouveaux chipsets et une nouvelle plate-forme pour les cartes mères dites intégrées. En utilisant les technologies d'ATI, le fondeur propose une solution intégrée ayant des performances graphiques correctes, pouvant décoder les vidéos HD encodées en H.264 ou VC-1 et supportant DirectX 10 et les Shader Model 4.0.

La plate-forme est composé d'un contrôleur « nord » (NorthBridge) de 205 millions de transistors, gravé en 55nm qui s'occupe de la partie graphique, des sorties vidéos et HDCP, et des ports PCI Express, et d'un contrôleur « sud » classique (SouthBridge), gérant les autres entrées/sorties. Les interactions avec le processeur se font en utilisant la norme HyperTransport 3.0, et le contrôleur mémoire est intégré au processeur.

AMD compte ainsi proposer pour le marché d'entrée et de moyen de gamme une solution complète, utilisant les dernières technologies disponibles et apportant des performances graphiques honorables, meilleures que les solutions embarqués habituelles mais en deçà des performances des solutions graphiques spécifiques. Ce secteur de marché est un secteur où Intel est très majoritaire.

13 February 2008

Nvidia se lance dans les processeurs pour portables

Nvidia, basé à Santa Clara, CA, est un des leaders des processeurs graphiques (GPU) pour ordinateurs depuis plusieurs années. Malgré la production de contrôleurs de carte mère (chipsets), Nvidia n’est jamais vraiment entré dans le marché des processeurs (CPU), où Intel et les constructeurs de DSP restent les leaders.

Nvidia a cependant annoncé un nouveau processeur pour appareils mobiles et téléphones portables : l’APX 2500. Cette annonce suit le rachat, l’année dernière, de PortalPlayer, producteur de SoC (« System-On-Chip ») basé sur des technologies ARM. Cette annonce concurrence directement des fabricants comme TI, (Texas Instruments au Texas).

Ce système est un processeur complet, comprenant la plupart des fonctions nécessaires au fonctionnement des appareils : processeur et calculateur arithmétique, processeur graphique 3D, accélérateur vidéo, contrôleur mémoire et contrôleur d’E/S. Basé sur un processeur mono-cœur d’ARM, l’ARM11 MPCore, gravé en 65 nanomètres chez TSMC à Taïwan et cadencée à 750Mhz (fréquence supérieure au standard de cette architecture), ce SoC comprend les technologies graphiques de Nvidia. Ainsi, il supporte les normes OpenGL ES 2.0, Direct3DMobile pour les applications 3D mais aussi le décodage de vidéo HD en 720p (résolution de 1280x720) utilisant les codecs MPEG-4, H.264/MPEG-4 AVC et VC-1/WMV9, qui sont les standards de l’industrie de l’électronique grand public. Pouvant être couplé à des appareils photos de 12 millions de pixels, pouvant encoder matériellement les vidéos en MPEG-4 et H.264 et étant capable de produire les vidéos en HDMI, ce SoC se présente comme une plate-forme multimédia complète pour de nombreux produits mobiles.

Techniquement, ce processeur atteint un résultat de 920 au test de performance Dhrystone MIPS tout en gardant une consommation assez faible. Ceci est réalisé grâce à une gravure plus fine qu’habituellement (en 65 nanomètres) et au choix d’une architecture privilégiant la consommation à la performance, contrairement à d’autres architectures plus récentes, comme celle de type TI Cortex. Ensuite, contrairement aux habitudes de Nvidia, ce processeur utilise des DSP (Digital Signal Processor), héritages de PortalPlayer, plutôt que des cœurs de type Tensilica. Enfin, Nvidia a intégré des fonctionnalités de sauvegarde d’énergie et de mises en veilles partielles de certaines parties du processeur.

Ce processeur sera disponible dans le courant de l’année 2008.

6 February 2008

Intel à la conférence ISSCC à San Francisco: Tukwila et PRAM

L'International Solid State Circuits Conference s'est déroulée à San Francisco, Californie, du 3 au 7 février 2008. Cette conférence annuelle présente des avancées dans les circuits intégrés (IC). Cette année, Intel a présenté deux grandes innovations : le processeur Tukwila et une nouvelle technologie de mémoire à changement de phase.

La première grande annonce concerne le nouveau processeur Itanium, processeur très haut de gamme pour le calcul haute performance (HPC). La nouvelle génération, appelée Tukwila, gravée en 65nm, présente plusieurs innovations pour Intel. Ce processeur sera quadruple-cœur, embarquera jusqu'au 30Mo de cache, intégrera le contrôleur mémoire, supportera l'Hyper-Threading et dépassera les 2 milliards de transistors, ce qui en fait le plus gros processeur jamais créé. Tukwila sera disponible pendant le second semestre 2008.

L'architecture Itanium a toujours péché par sa lenteur relative de ses accès mémoire par rapport à sa capacité de calcul. Malgré des caches de niveau 2 et 3 de tailles gigantesques par rapport aux processeurs de bureau, ces processeurs sont fortement pénalisés lorsque le volume de données est plus important et que le nombre de calculs par donnée est relativement moins important. Pour palier à ces problèmes, Intel introduit un système de contrôleur mémoire à l'intérieur du processeur cadencé à la même fréquence, qui sera couplé à un système d'interconnexion inter-processeur, un bus à très haute vitesse, remplaçant le FSB (Front Side Bus). Ce dernier système, anciennement appelé CSI, nommé QuickPath est comparable à la technologie HyperTransport d'AMD. QuickPath sera aussi présent sur les futurs processeurs professionnels Xeon de type Nehalem, ce qui permettra d'utiliser des chipsets identiques pour les futurs Xeon et les Tukwila.

En outre, lors de cette conférence, des chercheurs d'Intel en partenariat avec STMicroelectronics, ont présenté un papier de recherche sur la possibilité de doubler la capacité des mémoires à changements de phase. En effet, au lieu d'utiliser seulement deux états (l'état amorphe et l'état cristallin), ces chercheurs ont montrés comment utiliser deux autres nouveaux états intermédiaires exploitables, ce qui permet donc de doubler la quantité d'information stockée.

Ils utilisent un verre de chalcogénure, nommé GST (Ge2Sb2Te5), contrôlé par un micro-radiateur programmé par un algorithme sur la puce. Ces micro-radiateurs permettent d'atteindre les 4 états nécessaires. La lecture se fait par mesure de la résistance électrique entre deux électrodes positionnées sur chaque cellule de stockage.

Cette avancée dans la mémoire à changement de phase (PRAM) permet à cette technologie, encore à l'étude, de se rapprocher des capacités de stockage des mémoires flash.

30 November 2007

Transistors en fullerènes à températures ambiantes

Des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont fabriqué des transistors à effet de champ en couches minces "thin-film" et à températures ambiantes en utilisant des molécules de carbone 60, le fullerène. Ces nouveaux transistors organiques se distinguent par une mobilité électronique plus élevée que le silicium amorphe, par de basses tensions de seuil, et par une stabilité opérationnelle élevée. Physiquement intéressants, ils présentent aussi des propriétés nécessaires à toutes les technologies travaillant sur des substrats flexibles, comme certains plastiques.

Le C60 ou fullerène a déjà été le sujet de nombreuses recherches puisque que les chercheurs ont vite remarqué ses propriétés électroniques. Ainsi le domaine des transistors à base de C60 s'est développé depuis plusieurs années. Cependant, les meilleurs résultats étaient obtenus avec des valeurs de mobilité approchant les 6 cm2/V/s mais utilisaient des processus industriels qui atteignaient les 255°C et se révélaient donc incompatibles avec des substrats de type plastiques.

L'équipe de recherche menée par le professeur français Kippelen (Georgia Institute of Technology) a réussi, en diminuant cette valeur (entre 2.7 et 5 cm2/V/s), à produire des transistors et des substrats à température ambiante et donc a ouvert la porte à de nouvelles applications, notamment dans les applications avec des circuits très simples.

Plusieurs limitations restent encore à lever à ce jour. Tout d'abord, les molécules utilisées réagissent avec l'oxygène, et ces transistors nécessitent d'opérer en milieu azotique, ce qui reste une technologie trop chère pour le marché visé. Les chercheurs pensent régler ce problème en utilisant des molécules légèrement différentes. Ensuite, les chercheurs ont utilisé un substrat à base de silicium et non un substrat organique. Le portage de leur technologie sur un substrat organique nécessitera encore du travail de recherche, mais l'idée essentielle a été démontrée par cette équipe.

La fabrication de ces transistors a été faite par dépôt en phase gazeuse d'une couche mince de fullerènes sur un substrat de silicium. L'oxyde et la grille avaient déjà été déposés auparavant sur ce substrat. Ensuite, le drain et la source sont déposés sur la couche mince à travers un masque de façon classique.

Les transistors à base de C60 ne replaceront probablement pas les transistors "classiques", mais ils répondent à des besoins où la complexité des circuits est plus faible, la latence plus importante, et le coût bien moindre. L'équipe du Pr. Kippelen travaille actuellement à perfectionner cette technologie mais aussi à recréer d'autres composants électroniques que les transistors.

15 November 2007

Débogage rapide des puces par l’université du Michigan : FogClear

Avec l’augmentation de la complexité et la réduction des tailles des puces, les bogues après fabrication, « post-silicon bugs », notamment ceux causés par les conditions externes (hautes températures, calcul intensif, etc…), restent nombreux et peuvent coûter de long mois de tests et plusieurs millions de dollars.

En effet, les puces les plus complexes sont polyvalentes et doivent fonctionner dans des cas très variés, ce qui rend impossible l’exécution de tests exhaustifs.

Actuellement, une puce de conception est d'abord validée en simulations, puis après gravure, un prototype subit des tests supplémentaires. Si des problèmes sont détectés à ce stade, il faut trouver la cause du problème, ce qui se révèle de plus en plus complexe, et le réparer sans altérer les résultats corrects dans les autres cas. Enfin, il s’agit de refaire un prototype et de recommencer le processus. Ce processus d’essais-échecs reste donc assez lent, surtout avec les circuits les plus complexes.

Des chercheurs de l’université du Michigan ont présenté à la conférence internationale de la Conception Assistée par Ordinateur, l’ICCAD, à San José, CA, une méthode différente. C’est une systématisation de la recherche et de la réparation de ces bugs, qui s’inspire d’algorithmes de résolutions de puzzles, nommée FogClear, et qui regroupe plusieurs outils.

Tout d’abord, puisque les tests sur le silicium produisent des traces (bugtraces) extrêmement longues, ils utilisent une méthode de minimisation des traces pour réduire leur complexité. Leur méthode de minimisation, Butramin, se sert de la puce pour faire cette minimisation rapidement, contrairement à la plupart des autres méthodes qui utilisent des simulateurs. Ensuite, cette trace est simulée dans un simulateur logique afin de déterminer si l’erreur est fonctionnelle ou électrique.

Si l’erreur est fonctionnelle, PAFER est un framework qui va analyser l’écart entre le résultat de l’expérience et le résultat théorique et essayer d’en déduire des solutions. Ces solutions seront analysées automatiquement par PAFER. L’utilisation de leur outil, PARSyn, permet de prendre en compte l’espace physique, afin de savoir de vérifier qu’une solution possible est compatible avec l’espace disponible sur la puce.

Les erreurs électriques, quant à elles, bien que plus rares, peuvent devenir statistiquement notables dans de grands circuits. En général, les modifications du câblage permettent d’en venir à bout, sans toucher à la partie logique, mais elles peuvent coûter chères si elles doivent être effectuées après gravure. En utilisant l’outil SymWire, certaines symétries de cellules sont détectées et sont modifiées afin de minimiser les erreurs potentielles, notamment celles dues au couplage. Enfin, SafeResynth, cherche automatiquement les cellules inutilisées et les intègre au circuit afin de dédoubler les signaux trop faibles et de réduire les erreurs qui s’en suivent.

En intégrant tous ces outils qu’ils ont développés dans un Framework, FogClear permet d’automatiser et donc de réduire le temps et les coûts de cette phase de développement.

9 November 2007

IBM recycle ses processeurs en capteurs solaires

IBM recycle ses processeurs défectueux pour en faire des capteurs solaires

Pénurie de Silicium

L'industrie des cellules solaires s'est trouvée pénalisée, dernièrement, par les hausses de leurs matières premières. En effet, à cause de la reprise du marché des semi-conducteurs et de la pénurie de Silicium qui s'en est suivie, les prix sont passés de $25/kg en 2004 à plus de $200/kg en 2006. Ainsi, cette industrie, qui connaissait une croissance de plus de 30%, estime sa croissance pour l'année 2007 entre 10% et 20%, et semble développer les cellules à base de film, moins performantes, mais nécessitant moins de silicium.

Les galettes d'oxyde de Silicium, les "silicon wafers", sont principalement produites par quelques vendeurs, pour les grands fabricants de semi-conducteurs. La demande de semi-conducteurs a suffisamment augmenté pour justifier l'accélération du processus d'augmentation de la taille des galettes, pour atteindre 450mm (au lieu de 300mm actuellement), et ce dès 2012.(2)

Puisque le coût de la matière première a fortement augmenté, le recyclage gagne en intérêt. De plus, les déchets des industries de semi-conducteurs ne sont presque pas traités, notamment afin de protéger les secrets industriels. IBM vient de faire une percée dans le domaine de ce recyclage.

Comment recycler ?

Le recyclage peut mettre à jour des procédés et des secrets industriels, puisque le Silicium expose les circuits, alors que ces industries sont très compétitives. Pour effacer les circuits, les méthodes habituelles de recyclage utilisent de nombreux gaz et acides corrosifs, comme H2SO4, HF, HNO3, ou de l'Ozone. Ces méthodes polluantes, consomment beaucoup d'énergie, demandent de nombreux équipements et dégradent en partie le Silicium.

Enfin, on estime que recycler du silicium pour en produire un panneau solaire coûte alors en énergie près d'un tiers de l'énergie qu'il va produire tout au long de sa vie, ce qui est très important.

Une solution

IBM Burlington, a annoncé avoir développé une technologie, mécanique et abrasive uniquement qui permettra de recycler ces galettes usagées en panneau solaire. Elle permet de réduire la consommation d'énergie de cette phase, de ne pas consommer d'acides, et d'accélérer le recyclage. Le Silicium ainsi obtenu n'est pas d'une pureté suffisante pour être réutilisé dans des processeurs, mais convient à des productions de panneaux solaires.

Ceci permettra à IBM de recycler environ 3 millions de galettes par an et de faire baisser le prix du Silicium. IBM a été récompensé lors des Most Valuable Pollution Prevention awards pour cette technologie.

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