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UN SUPERCALCULA TEUR POUR LE MULTIMÉDIA

Jean-Charles Guézel et Ridha Loukil

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- Conçu par IBM, Sony et Toshiba, le microprocesseur Cell bat tous les records.

Cell : un drôle de nom pour une drôle de puce. La première qui pourrait, si tout se passe bien, trouver sa place aussi bien dans les applications de calcul scientifique que dans le matériel grand public et même - voire surtout - dans les jeux. Un microprocesseur "universel" en quelque sorte, dont la genèse vaut aussi d'être contée. Car l'idée n'a pas germé dans l'esprit d'un seul fabricant... mais de trois. À savoir IBM, Sony et Toshiba : un spécialiste de l'informatique d'un côté, un géant de l'électronique domestique de l'autre et, entre les deux, une icône du multimédia et des loisirs, connue, entre autres, pour sa PlayStation. Un trio de choc réuni depuis 2001 autour d'un projet tenu quasiment "Top Secret" et qui a coûté la bagatelle de 5 milliards de dollars. Le résultat se devait d'être à la hauteur. Et force est de constater que Cell tient ses promesses.

Une puissance de calcul inédite

Unanimement décrit comme le premier supercalculateur sur une puce, du point de vue de la puissance de traitement (256 GFlops - ou milliards d'opérations en virgule flottante par seconde - contre une dizaine de GFlops pour un Pentium 4, par exemple), ce microprocesseur a, sans conteste, créé l'événement lors la dernière ISSCC (International Solid-State Circuits Conference), la manifestation de référence dans le domaine des circuits intégrés.

Au-delà des chiffres et des caractéristiques techniques, Cell constitue une formidable aventure technologique et industrielle. Elle marque de toute évidence un tournant dans la stratégie de développement des produits électroniques en général. Jusqu'à présent, les mastodontes japonais avaient pour tactique de maîtriser les puces clés de leurs produits (sauf en informatique). Mais pour cela, ils devaient développer quantité de circuits intégrés spécifiques (les fameux Asic). Une démarche longue et coûteuse. Cell, au contraire, a d'emblée été conçue pour rentrer dans toute une foule de produits numériques. En principe, partout où il y a besoin d'une grande capacité de traitement d'images, cas des stations de travail, des consoles de jeux, des téléviseurs à écran plat, des graveurs de DVD ou des appareils photo numériques.

Cette puce pourrait même équiper certains micro-ordinateurs de loisirs, ceux qui rassemblent des fonctions télévision, magnétoscope numérique et chaîne hi-fi (comme les actuels Qosmio de Toshiba et Vaio A200 de Sony). Des équipements de loisirs qui deviendraient, en prime, les plus puissantes machines bureautiques du marché. Et de loin...

Pourquoi ce changement de stratégie ? Une prise de conscience tout simplement. Celle, d'abord, de la banalisation des technologies opérées à la faveur du passage au numérique. Banalisation ayant fait des Coréens, des Taïwanais et des Chinois de redoutables concurrents pour Sony, Toshiba et consorts, industriels dont le modèle a, depuis quelque temps, pris un sérieux coup de plomb dans l'aile.

Une plate-forme matérielle

À cela s'ajoute le constat, plus technique, de l'irrésistible convergence entre l'informatique et l'électronique grand public. Avec, pour conséquence, l'arrivée sur ce dernier marché de "petits nouveaux" tels qu'Apple, Dell ou HP, adeptes pour leur part de l'assemblage simple et brutal de composants disponibles "sur étagère". Bref, il fallait réagir, se différencier. Se donner aussi les moyens de contrecarrer les dangereuses ambitions du couple Intel-Microsoft dans l'industrie des loisirs. En un mot : reprendre l'avantage ! C'est donc avec Cell que nos trois partenaires ont choisi de le faire (Matsushita, de son côté, planche sur sa technologie UniPhier, sur laquelle on sait encore très peu de chose). Plus que d'un microprocesseur, il s'agit, en fait, d'une véritable plate-forme matérielle, un peu à l'image de ce que l'on trouve dans l'industrie automobile. Une approche qui permet, grâce à la personnalisation via le logiciel d'application, de faire évoluer les produits bien plus vite et à bien moindre coût qu'avec les méthodologies actuelles.

Pour sa première sortie officielle, celle de l'ISSCC, Cell a été dévoilé sous la forme d'un rectangle de silicium de 221 mm2 de surface et pourvu de 234 millions de transistors. Mais le plus important, c'est son architecture, structurée autour d'un coeur central 64 bits de type PowerPC (héritage IBM) faisant battre la mesure à pas moins de huit processeurs baptisés SPE (Synergistic Processing Elements), tous travaillant en virgule flottante. La version présentée - mais il pourrait y en avoir de plus basiques - peut traiter simultanément jusqu'à dix instructions : deux par le PowerPC et une par chaque SPE. De même, Cell peut mettre en oeuvre en même temps plusieurs systèmes d'exploitation (quoique seul Linux ait été explicitement cité pour l'instant).

Un début de carrière prévu chez Sony

Au plan physique, la version présentée consommerait entre 50 et 80 watts en étant alimentée sous 1,1 volt et cadencée à 4 GHz. Elle fait appel à une technologie silicium sur isolant (SOI) à huit couches de métallisation cuivre, le tout gravé au moyen d'un procédé 90 nm. Cette version devrait normalement entrer en production dans quelques mois, d'abord dans l'usine IBM d'East Fishkill (État de New York, États-Unis) et, par la suite, dans celle de Sony à Nagasaki (Japon). Le passage à un procédé de type 65 nm devrait toutefois intervenir à relativement court terme.

D'ores et déjà désignée comme plate-forme commune des futurs produits numériques de Toshiba, Cell débutera sa carrière chez Sony. Elle sera utilisée dans un premier temps dans la prochaine console de jeux PlayStation 3, puis dans des téléviseurs LCD et des graveurs Blu-Ray (disque à laser bleu).

Le pari des Japonais est malgré tout risqué, comme le démontre la malheureuse aventure du PSX. À la fois graveur DVD et console de jeux, ce "produit de convergence", animé par le processeur Emotion Engine de la PlayStation 2, devait symboliser le renouveau de Sony. En dépit d'un lancement en fanfare au Japon lors des fêtes de la fin d'année 2003, sa commercialisation a été stoppée au bout de quelques mois... La preuve qu'un bon composant ne suffit pas à faire une bonne machine.

l'impact

- Donner à Sony, Toshiba et IBM une génération de produits d'avance sur leurs concurrents - Renforcer la convergence technologique entre l'informatique et l'électronique grand public - Contrecarrer les ambitions d'Intel et de Microsoft sur le marché du divertissement

UNE ARCHITECTURE INÉDITE...

Une seule puce regroupe - Un coeur central 64 bits de type PowerPC (32 Ko de mémoire cache de premier niveau, 512 Ko de mémoire cache de second niveau) - Huit processeurs (SPE) dédiés au calcul, chacun doté de 128 registres de 128 bits et de 256 Ko de mémoire - Mémoire Dram XDR (Extreme Data rate) et bus FlexI/O de Rambus - 234 millions de transistors dans la version à huit SPE, sur une surface de 221 mm2 (gravure 90 nm)

ET DES PERFORMANCES ÉPOUSTOUFLANTES...

- Prise en charge simultanée de plusieurs systèmes d'exploitation - Applications en temps réel possibles - Dix instructions traitées simultanément : deux par le coeur Power et une par chaque SPE - Bande passante de l'ordre de 100 Go/s sur les entrées/sorties

... AU SERVICE DES LOISIRS

- Jeux en réseau et en temps réel - Ordinateurs multimédias - Produits de convergence (à la fois graveur DVD et console de jeux, par exemple) - Téléviseurs haute définition

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