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Après le Tegra 4 dévoilé lors du CES, Nvidia vient de présenter son petit frère, le Tegra 4i, anciennement connu sous le nom de code Project Grey. Clairement orienté vers le marché des smartphones, ce nouveau SoC est une évolution du Tegra 3 fabriquée en 28nm, toujours chez TSMC.

Alors que le Tegra 4 fait appel à un CPU moderne, le Cortex A15 d'ARM en version quadcore, le Tegra 4i reste sur du Cortex A9 en quadcore, comme le Tegra 3. Ces cores CPU profitent cependant d'une légère évolution, dénommée r4, qui permet de mieux alimenter ses unités d'exécutions. Couplée avec une fréquence en hausse, 2.3 GHz, cette version r4 du Cortex A9 permetrais un gain de performances significatif par rapport au Tegra 3 tout en augmentant le rendement énergétique. Un core compagnon moins gourmand est également utilisé pour réduire la consommation en veille et lors des tâches simples.

Le nombre de "cores" GPU passe de 12 à 60 entre le Tegra 3 et le Tegra 4i, contre 72 pour le Tegra 4. Notez que la notion de core est ici poussée à l'extrême par Nvidia et, grossièrement, si le GPU du Tegra 4i dispose d'une puissance de calcul similaire à celle du Tegra 4, ses débits sont réduits de moitié au niveau de la géométrie et des pixels :

Tegra 3 : 1 vertex shader + 2 pixel pipelines (x2 pixel shaders)
Tegra 4i : 3 vertex shader + 2 pixel pipelines (x6 pixel shaders)
Tegra 4 : 6 vertex shader + 4 pixel pipelines (x3 pixel shaders)

Tout comme le Tegra 3, le Tegra 4i se contente d'un contrôleur mémoire simple canal, mais ce dernier pourra supporter la LPDDR3-2133 alors que le premier doit se contenter au mieux de DDR3L-1600.

Enfin, la grosse nouveauté concerne l'intégration d'un modem directement dans le SoC, une première pour Nvidia. Il s'agit du modem i500 4G/LTE, identique à celui qui est commercialisé en option avec le Tegra 4. Pour rappel l'i500 est un modem logiciel, dans le sens où il ne dispose pas de blocs dédiés à chaque standard de télécommunication mais bien d'un groupe d'unités programmables.

Avec des performances remises au goût du jour tant du côté CPU que GPU et cette intégration du modem, le Tegra 4i devrait enfin permettre à Nvidia une percée significative dans le monde des smartphones. Pour mettre toutes les chances de son côté, Nvidia a conçu une plateforme de référence, nom de code Phoenix qui est destinée à aider les fabricants de smartphones intéressés à proposer relativement rapidement (comptez 6 à 12 mois) des produits finis :


Nous vous proposerons sous peu une analyse plus détaillée de l'architecture des Tegra 4 et 4i.

Comme nous l'indiquions dans l'actualité consacrée à l'annonce de Tegra 4, Nvidia a évité de rentrer dans les détails concernant son architecture et l'aspect énergétique de son nouveau SoC. Nous avons bien entendu essayé d'en savoir mais les représentants de Nvidia nous ont indiqué que la communication technique autour de Tegra 4 n'était pas encore finalisée et que le temps n'était pas encore venu pour rentrer dans les détails quant à sa consommation. Face à la récente offensive d'Intel sur ce point, nous pouvons supposer que Nvidia préfère rester prudent.

Nvidia a cependant pu nous indiquer quelques généralités. Ainsi, comme nous le supposions, la consommation maximale de Tegra 4, typiquement avec un jeu qui sature ses cores CPU et son GPU, sera supérieure à celle de Tegra 3. Pas "énormément" supérieure mais "quelque peu" supérieure, la fabrication en 28nm ne pouvant pas faire de miracle face à l'augmentation significative de la complexité du SoC, notamment au niveau de son GPU. Nvidia a par contre apporté de nombreuses optimisations visant à gagner quelques milliwatts par-ci et par-là et dans la plupart des tâches classiques, au repos, en lecture vidéo, en navigation web, Tegra 4 serait significativement moins gourmand.

Nvidia nous a par ailleurs expliqué que même si, contrairement au procédé de fabrication 40nm de Tegra 3, le 28nm HPL de Tegra 4 ne permet plus d'utiliser deux technologies de transistors différentes sur un même die, l'utilisation d'un core compagnon permet toujours un gain de consommation significatif. Dans Tegra 4, ce 5ème core utilise le même type de transistors que les cores principaux, mais le fait qu'il ait été implémenté sur base des librairies basse consommation / basse fréquence d'ARM permet toujours un gain très important.

Comme prévu, Nvidia profite du CES 2013 pour dévoiler officiellement un nouveau SoC destiné au monde mobile : Tegra 4. Connu précédemment sous le nom de code Wayne, en référence au superhéros, il s'apprête à succéder au Tegra 3.

Nvidia reprend ici une structure similaire à celle de ce dernier mais profite d'une fabrication en 28 nanomètres, sur le process HPL de TSMC (optimisé pour réduire les courants de fuite et donc la consommation). L'utilisation de cette technologie plus avancée permet de pouvoir augmenter la complexité de la puce par rapport au 40nm de Tegra 3.

La base de Tegra 4 reste composée d'un CPU ARM quadcore, mais il évolue du Cortex A9 vers l'architecture Cortex A15 nettement plus performante et passe de 1.7 GHz à 1.9 GHz. Nvidia conserve l'architecture Variable SMP qui consiste à implémenter un cinquième core CPU optimisé pour une faible consommation, notamment à travers une fréquence réduite. En pratique ce core CPU supplémentaire est une doublure basse consommation d'un des 4 cores principaux qui rentre en scène dès que la charge CPU est faible.

Dans Tegra 3, ce cinquième core était implémenté via un type de transistors différents, mais cette possibilité n'existe pas sur le procédé de fabrication 28nm HPL de TSMC. Il est donc possible que son influence soit moindre sur Tegra 4, bien que Nvidia ne donne pas de détails à ce sujet.

Le die de Tegra 4. Ne cherchez pas à y trouver les secrets du SoC, il s'agit d'un montage photoshop créé pour faire ressortir visuellement ses spécifications principales.
Le GPU évolue également et passe de 12 à 72 cores, encore une fois sans précision au niveau des capacités exactes de ces cores, si ce n'est qu'il s'agit d'une architecture non-unifiée, c'est-à-dire qui se rapproche plus de l'architecture des GeForce 6800 que des GPU récents de la marque. Nvidia annonce un gain de 6x par rapport à Tegra 3 ce qui nous laisse penser qu'il s'agit de 24 unités de calcul pour le traitement de la géométrie et de 48 unités de calcul pour le traitement des pixels.

La conservation de ce type d'architecture GPU, similaire pour Tegra 2 et Tegra 3, est lié au fait qu'elle permet de réduire la consommation, notamment en réduisant la précision de calcul de la majorité des unités qui sont dédiées au calcul des pixels (20-bit au lieu de 32-bit). Nvidia semble ainsi faire le choix de la puissance brute plutôt que des fonctionnalités graphiques avancées.

Pour alimenter le Tegra 4, le contrôleur mémoire de Nvidia passe enfin au double canal et supporte la LPDDR3 alors que le Tegra 3 devait se contenter de LPDDR2 (ou de DDR3 basse tension) en simple canal.

Le moteur vidéo évolue pour passer en version VP8. Il supporte l'encodage et le décodage en 1440p et le h.264 high profile. Le moteur d'affichage de son côté peut piloter des résolutions jusqu'au 4Kx2K ainsi que le 1080p 120 Hz grâce au support du HDMI 1.4b.

Pour mettre en avant les performances de Tegra 4, Nvidia l'a comparé au SoC Exynos 5 de Samsung intégré dans une Nexus 10, un SoC plus modeste qui se contente de 2 cores Cortex A15 à 1.7 GHz. Le test représentait le chargement/rendu de 25 pages web stockées sur un serveur local et comme vous vous en doutez, le Tegra 4 était presque 2x plus rapide. Il faut par contre préciser que les navigateurs n'étaient pas les mêmes, ce qui peut avoir une grande influence dans ce type de test...

Le traditionnel slide de comparaison, à prendre avec les pincettes habituelles
Pour exploiter cette puissance de calcul, Nvidia a mis en avant 2 autres exemples. Tout d'abord les jeux vidéo, qui ne demandent qu'à exploiter toute la puissance disponible, ne serait-ce que pour s'adapter à la résolution grandissante des smartphones et tablettes.

Ensuite Nvidia a pris longuement en exemple le cas des photos HDR qui peuvent profitent des 4 cores et du GPU pour être traitées et affichées presque instantanément. Par ailleurs, Nvidia a intégré directement le support du HDR dans le driver du processeur d'image et du capteur pour pouvoir faciliter son support par les applications et pour réduire le temps entre les clichés exploités pour créer l'image finale : Nvidia parle de 0.2s d'intervalle pour Tegra 4 contre 2s pour certains smartphones actuels. En pratique ce type d'évolution va se retrouver progressivement dans l'ensemble des solutions mobiles équipées de capteurs photos et n'a pas de lien réellement spécifique avec le Tegra 4 autre que le fait qu'elle profite de l'évolution de la puissance de calcul et qu'en terme de communication, Nvidia aimerait pouvoir en faire un élément différenciateur pour son dernier SoC.


Notez que si le Tegra 4 n'intègre pas de modem, Nvidia propose optionnellement un modem 4G/LTE externe baptisé i500 et tiré du rachat d'Icera. Ce modem repose sur une architecture particulière qui fait la part belle aux unités programmables (il est annoncé avec 8 "cores") et laisse tomber les unités fixes. De quoi pouvoir supporter plus efficacement tous les standards et réduire considérablement la taille de la puce : -40% par rapport à une solution conventionnelle selon Nvidia.

Reste un point que Nvidia n'a pas abordé, que ce soit pour le Tegra 4 ou pour l'i500 : la consommation. Un point bien entendu primordial, et nous pouvons supposer que l'absence de communication à son sujet n'en fait pas le point fort de ces composants par rapport à leurs concurrents, certes moins puissants. Il faudra probablement attendre l'arrivée de produits finaux pour en savoir plus à ce sujet.