Annoncé hier, c’est aujourd’hui que le processeur haut de gamme de Qualcomm a livré une partie de ses secrets. Appelé à propulser les terminaux Android haut de gamme de l’année 2020, le Snapdragon 865 (SD 865) est le second System on a Chip (SoC, puce tout-en-un) de la génération 5G de Qualcomm. Comme le Snapdragon 855, il est accompagné d’un modem externe appelé X55, une puce compatible avec les réseaux 2G, 3G, 4G et 5G.
Produit par TSMC en 7 nm, le SD 865 est le vaisseau amiral de la gamme des processeurs mobiles de Qualcomm, le processeur qui « représente » la marque et met en avant son savoir-faire. Et le moins que l’on puisse dire c’est que Qualcomm a mis le paquet pour assurer sa domination…
Spectra 480, un cerveau visuel phénoménal
Si Qualcomm est passé rapidement sur le CPU – un comble pour un « processeur » ! – la marque californienne s’est cependant bien épanchée sur un élément de plus en plus clé dans les SoC : le processeur de traitement d’image (ISP pour Image Signal Processor). L’ISP de ce nouveau Snapdragon 865 est le Spectra 480, un « cerveau » visuel dont les capacités de calcul sont tout bonnement phénoménales, puisque Qualcomm revendique une puissance de deux milliards de pixels traités par seconde (deux gigapixels).
Une prouesse rendue possible par une révision profonde de la façon de traiter les pixels : au lieu de prendre en charge un pixel par cycle d’horloge – et d’augmenter la consommation à chaque tentative d’améliorer cette vitesse de traitement – la machine interne en calcule désormais 4 par cycle.
Pour la première fois au monde dans un appareil grand public, le Spectra 480 est ainsi à même de prendre en charge la vidéo 8K en lecture comme en enregistrement. Quatre fois mieux définie que la 4K actuelle, la 8K est pour l’instant limitée à des caméras professionnelles hors de prix tant il faut intégrer de la puissance de calcul pour la gérer. Côté vidéo, cette bête gère aussi le tout nouveau standard HDR+ et peut désormais shooter – première mondiale là encore – des vidéos ralenties à 960 images par seconde en 720p sans aucune limite de temps. Sans même parler de la prise en charge des écrans 4K120 Hz, etc.
Cette capacité à avaler des pixels permet aussi au Spectra 480 de repousser les limites en photographie. Ainsi, il peut piloter des modules caméra jusqu’à 200 Mpix. Oui, vous avez bien lu : deux cents mégapixels. Jadis considérée comme du pur délire, cette super définition d’image est bientôt à notre porte : outre l’arrivée du capteur Samsung de 108 Mpix dans le Xiaomi CC9, Judd Heape, en charge du développement du Spectra, affirme que les capteurs 200 Mpix devraient pointer le bout de leur nez d’ici 2020.
Hexagon 698 : une IA puissante pour se passer du cloud
Avec la photo, l’un des éléments qui profite d’un bond significatif de performances est le DSP du SoC, une puce appelée Hexagon 698. Ce composant est à la fois le chef d’orchestre de l’utilisation des différents autres composants – celui qui identifie quelle sous-puce sera la mieux adaptée pour tel calcul – mais il est aussi en charge des calculs liés à l’IA – apprentissage profond, apprentissage machine, etc.
Avec une capacité de calcul de 15 mille milliards d’opérations par seconde (15 TOPS dans le jargon), l’Hexagon est un champion de l’exécution des algorithmes liés à l’IA. Il est ainsi deux fois plus performant que l’Hexagon du Snapdragon 855 lancé l’an dernier (7 TOPS) et cinq fois plus performant que celui du Snapdragon 845 lancé en 2018 (3 TOPS). La vitesse impressionnante de l’évolution des performances montre bien que le hardware lié à l’IA n’en est qu’à ses balbutiements.
Une telle puissance, ça sert à quoi ? Eh bien à tout, ou presque : de la transcription et traduction en temps réel d’un flux audio (dialogue anglais transcris simultanément en anglais et en chinois), en passant par l’accélération d’effets graphiques, la diminution de la consommation électrique en compressant les données à faire transiter, etc. Le champ des possibles de l’utilisation d’une telle puce semble sans fin. Si des démonstrations amusantes, comme la modification d’un visage en temps réel, ont amusé la galerie le temps de la conférence, le niveau de gain de performance a décroché quelques mâchoires. Un niveau de performance auquel Qualcomm veut faciliter l’accès en ouvrant désormais l’accès à son réseau neuronal (NN) : outre les frameworks de type TensorFlow, les développeurs vont désormais pouvoir programmer leurs propres opérateurs mathématiques en Open CL.
Ce qui est intéressant dans la progression de ces performances, c’est qu’elle permet aux terminaux de se passer… du cloud ! Alors qu’il était jusqu’ici jugé incontournable pour certaines tâches, comme le passage de la voix au texte, le traitement des données dans le cloud a montré ses limites : consommation d’énergie, de bande passante, latence assez élevée, problèmes de confidentialité, etc. En gonflant la puissance des SoC, on peut désormais exécuter de nombreuses applications en local et réaliser de précieuses économies de traitement de données et de consommation énergétique.
Adreno 650, des performances gaming qui durent dans le temps
Mettant en avant les améliorations par rapport à la génération précédente d’Adreno – puissance graphique pure améliorée jusqu’à +25% et efficacité énergétique améliorée de +35% – Qualcomm n’a pas joué les gros bras en matière de GPU. Keith Kressin, Vice Président du management produit et responsable de la feuille de route des Snapdragon, a même affirmé que l’objectif n’était pas d’être premiers sur les benchmarks de deux minutes « mais d’être premiers dans les performances en continu ». Comprendre : gérer les performances de la manière la plus équilibrée possible pour offrir le plus haut de niveau de performances garanties sans tuer la batterie en deux heures.
Pour ce faire, Qualcomm a intégré deux technologies à son Adreno nouveau : le Game Smoother, qui lisse les performances de manière à obtenir un débit de trames régulier. Et l’Adaptative Game Engine, un système d’analyse de jeu en temps réel qui tourne en tâche de fond et qui s’assure que le jeu fonctionne au mieux.
Là encore, le Snapdragon cumule les premières mondiales : premier à gérer les écrans 144 Hz, si chers aux gamers, et premier SoC à mettre en place un système de mise à jour de pilotes de GPU. Par le biais d’une app téléchargeable dans le magasin de Google Play, l’Adreno va pouvoir recevoir les dernières évolutions du driver ainsi que des optimisations spécifiques à des jeux phare (PUBG, Fortnite). L’histoire dira si la démarche prendra et sera imitée par le reste de l’industrie, mais on croise les doigts : pitié, qu’on ne se retrouve pas demain sur smartphone avec les même problèmes de drivers graphiques que l’on subit parfois sur PC !
X55, méga modem externe
Si le Snapdragon 855 était lui aussi accompagné d’un modem externe, ce dernier n’était en charge que de la 5G, les autres standards (4G, 3G, etc.) étaient pris en charge par le modem X24 intégré. Le Snapdragon 865 va encore plus loin en confiant au X55 la gestion de tous les standards cellulaires, éjectant ainsi le modem du SoC.
Revendiqué par Qualcomm comme « le meilleur modem que nous ayons jamais créé, et donc le meilleur du monde » (pourquoi être modeste !) le X55 n’a pas été intégré au SoC pour des raisons de performances, de temps d’intégration et de densité de transistors.
Interrogé à ce sujet, le PDG de Qualcomm Cristiano Amon, a expliqué que que Qualcomm voulait « offrir les meilleures performances possibles » mais que « même avec la gravure en 7 nm, le niveau de densité du modem nous aurait forcé à fabriquer un SoC bien trop gros ». Des dimensions qui auraient été la source « d’une surchauffe qui nous forcé à brider les performances ». Hors de question pour un produit de prestige, surtout pour le champion mondial des modems.
Côté complexité d’intégration, le caractère externe du X55 ne devrait pas d’avoir trop d’incidence négative sur l’endurance de la batterie. L’intégration d’un modem aussi complexe, « si elle s’avère pertinente à un moment ou à un autre » se serait envisageable qu’« à partir du 5 nm » selon Qualcomm.
Une puce, trois ans de travail, dix mille ingénieurs
Nous n’avons énuméré là que les composantes les plus importantes de cette puce : s’ajoute à cela une horde d’équipements tel le Wi-Fi 6, les éléments à très basse consommation pour faire fonctionner les assistants vocaux en ne consommant qu’un milliwatt, les outils de sécurité qui vont permettre aux téléphones de stocker des documents d’identité numérique (permis de conduire aux USA), etc. Un nombre de fonctions qui donne le tournis.
Expliquant que le travail principal chez Qualcomm est de « gérer la complexité », Christopher Patrick, Vice Président de l’ingénierie, a débuté la conférence en détaillant un peu ce que représentait un tel développement. Ainsi, l’on a appris que le développement d’un SoC comme le Snapdragon 865 a pris trois années à pas moins de dix mille ingénieurs.
Un développement qui a donc commencé en décembre 2016, au moment de l’annonce du Snapdragon 835. Un an plus tard, lors de l’annonce du Snapdragon 845, la structure de la puce – ce que l’on met dedans, comment on l’agence – était achevée. L’année 2017 a été consacrée à la définition finale du SoC : les ingénieurs ont conçu les différents éléments, surveillé leur bon dimensionnement (consommation électrique, etc.) analysé les cas d’usage et caractérisé le niveau de performance à atteindre.
Cette phase s’est arrêtée fin 2018, au moment de l’annonce du Snapdragon 855. Durant 2019, troisième année du développement, les ingénieurs ont finalisé le design, testé des prototypes, etc. Avant de passer aux certifications avec les opérateurs et les partenariats avec le reste de l’industrie (fabricants, développeurs, fournisseurs).
Trois années plus tard, les dix mille ingénieurs du projet ont « accouché » d’une puce de quelques millimètres carrés à peine, plus puissante que bien des ordinateurs de plus de cinq ans d’âge. Une puce en apparence insignifiante mais dont le potentiel semble gigantesque. Qui a dit que les lancements de processeurs mobiles étaient ennuyeux ?
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