Les rumeurs circulaient depuis plusieurs jours, c'est désormais officiel. Qualcomm vient d'annoncer son intention de racheter NXP . Qualcomm est surtout connu pour sa très forte présence sur le marché mobile, qu'il s'agisse des modems ou des SoC. En 2015, la société était au 5ème rang des entreprises de semi-conducteurs (en incluant les fabs ) avec 16 milliards de dollars de chiffre d'affaire (sur l'activité semi).

NXP est un peu moins connu du grand public, au moins sous ce nom. Il s'agit à l'origine du spin-off de la division semi-conducteurs de Philips. Au milieu de multiples rachats, on notera surtout celui de Freescale en 2015 (l'ancienne division semi de Motorola, à qui l'on doit entre autre les 68000). NXP est très présent sur le marché de l'automobile, et également sur des technologies comme le NFC. NXP était au 15ème rang mondial des entreprises du secteur en 2015 avec un CA de 5.7 milliards (auquel il faut rajouter Freescale, au 20ème rang avec un CA de 4.4 milliards).

La nouvelle entité aurait un potentiel de 35 milliards de CA d'après Qualcomm, elle se placerait ainsi au troisième rang de l'industrie (derrière Intel et Samsung, et devant TSMC). Qualcomm voit en NXP un moyen de se diversifier sur les segments de l'automobile et des "objets connectés", et quitte le club des entreprises fabless, c'est à dire ne disposant pas d'usines de fabrication.

L'acquisition risque d'être complexe car soumise à de nombreuses autorités de régulation un peu partout dans le monde (NXP est une société hollandaise, Qualcomm américaine), Qualcomm ne s'attend pas à ce qu'elle soit conclue avant la fin 2017. On se souviendra que la société s'était vue visée par les autorités européennes en 2015 pour ses pratiques commerciales.

Un des auteurs du blog SemiWiki  a assisté à l'OIP Ecosystem Forum de TSMC et rapporte plusieurs informations intéressantes ayant été données par le fondeur taiwannais concernant ses process à venir.

Pour ce qui est du 10nm, TSMC serait en avance avec une production en volume (HVM) avancée d'un trimestre : au lieu de démarrer en Q1 2017, elle démarrera au dernier trimestre de cette année.

Le développement du 7nm, lié à celui du 10nm (voir notre article précédent) serait lui aussi en avance d'un trimestre. La production "risque" démarrera au premier trimestre 2017, et la production en volume au quatrième trimestre 2017.

La roadmap 10/7nm de TSMC, déjà excessivement agressive par rapport à la concurrence, le devient encore plus. TSMC utilisera pour rappel le même matériel pour la fabrication des deux nodes (avec une densité qui augmente largement, 1.63x annoncé entre 10 et 7nm) ce qui explique la manière dont les deux nodes avancent en simultanée.

On rappellera toutefois que si le 10nm sera disponible rapidement en volume, il ne devrait être utilisé que par les gros clients "mobiles" de TSMC (Apple et possiblement Qualcomm). La majorité des clients de TSMC (fabricants de GPU inclus) devrait passer directement au 7nm qui sera le vrai node "pour tous" (à l'image de ce que l'on a pu voir avec le 20nm et le 16nm).

Ce week end, la société Chipworks a procédé à son traditionnel "teardown" des puces incluses dans l'iPhone 7 , en se concentrant particulièrement sur le SoC A10 d'Apple.

Rappel sur l'A9

Avant de regarder l'A10, revenons un instant sur l'A9 inclus l'année dernière dans l'iPhone 6S. Il avait la particularité d'être sourcé en parallèle chez Samsung et TSMC, quelque chose de quasi unique pour des puces haut de gamme sur des process de dernière génération, ce qui nous avait permis d'effectuer quelques comparaisons.

Les deux A9 de l'iPhone 6S (2015)

La différence la plus visible était la densité des deux process : l'A9 "Samsung" mesurant 96mm2, contre 104.5mm2 pour la version TSMC. A l'époque nous n'avions pas de certitudes sur les variantes exactes des process utilisées. Depuis, Chipworks a confirmé qu'il s'agissait bien du 14LPE chez Samsung. Le cas de TSMC est plus compliqué, Chipworks ne répondant pas (gratuitement) à la question. Les rumeurs laissent penser qu'il ne s'agissait pas d'un simple 16FF, mais d'une version "custom" empruntant en partie au process 16FF+.

Outre la densité, les tests pratiques avaient suggéré une différence de consommation à pleine charge avec un avantage pour la puce de TSMC. De quoi laisser penser que son process avait besoin de tensions inférieures à celui de Samsung pour obtenir les mêmes performances.

Depuis, Chipworks a la aussi répondu partiellement à la question suggérant que le problème se situerait pour le process de Samsung sur le rapport puissance/performances de ses NMOS . On ne sait pas si le problème persiste sur la version 14LPP qui a remplacé le 14LPE.

L'A10 : 16FFC TSMC

Première différence par rapport à l'année dernière, l'A10 semble produit cette année exclusivement par TSMC. Il est plus large que l'A9, mesurant 125mm2 pour 3.3 milliards de transistors annoncés. Côté process il s'agit du 16FFC (ou d'une variante) de TSMC, la troisième version "optimisée" du 16nm de TSMC. Annoncée en janvier dernier, le C signifie "Compact" et ce process vise avant tout les usages basses consommation tout en réduisant de manière significative les coûts de fabrication.

D'après Chipworks, l'utilisation des bibliothèques optimisées permet une bien meilleure utilisation du die, avec une compacité équivalente à celle des process TSMC précédents. Chipworks estime que la même puce aurait demandé 150mm2 en 16FF. Etant donné que 70 tapeouts de clients de TSMC sont attendus sur ce process cette année, les progrès de densité du 16FFC devraient profiter assez largement, on attendra de voir les constructeurs qui annonceront des puces l'utilisant.

 

 

Chipworks note également que l'A10 est beaucoup moins haut que les générations précédentes. Comme beaucoup de SoC, il est de type PoP et embarque la mémoire au dessus du die logique. Cependant plutôt que d'empiler les quatre dies de mémoire (2 Go de LPDDR4 Samsung sur l'A10 de l'iPhone 7), ils sont placés côte à côte.

Qui plus est, comme nous le supposions la puce utilise le nouveau packaging InFo de TSMC (dans sa version InFo-PoP) pour relier les dies entre eux.

big.LITTLE et performances

Côté performances les premiers benchmarks synthétiques évoquent 40% de gains pour le CPU ARM par rapport à l'année dernière, tout en restant en 16nm.

Pour arriver à ce gain, Apple augmente d'abord significativement la fréquence, passant de 1.85 GHz sur l'A9 à 2.35 GHz sur l'A10. Sur ce point, la marque exploite à la fois la marge notée de son process l'année dernière (on peut supposer facilement que l'A9 aurait eu une fréquence plus élevée s'il avait été sourcé uniquement chez TSMC) et les gains apportés par le 16FFC.

Ce gain de 27% de fréquence est accompagné de changements au niveau de l'architecture. Ceux ci ne sont pas encore connus, au delà du nom Hurricane, mais Chipworks note que le cluster CPU prend une place plus importante sur le die, 16mm2 face à 13mm2 sur l'A9, malgré l'utilisation d'un process plus compact.

Il est cependant difficile de se baser sur cette différence de taille étant donné que l'A10 est en réalité un quad core big.LITTLE dans la nomenclature ARM. En plus des deux coeurs hautes performances à 2.35 GHz (big), deux coeurs basse consommation à 1.05 GHz (LITTLE) sont également présents sur le die (leur emplacement exact est pour l'instant inconnu, ce qui vaut les points d'interrogation sur le diagramme au dessus).

Contrairement à d'autres implémentations dans l'écosystème ARM, les applications ne peuvent pas utiliser en simultanée les deux blocs de coeurs, le passage de l'un à l'autre étant transparent pour elles (géré par la puce et l'OS). L'intérêt de cet arrangement est bien entendu d'augmenter l'autonomie en ne sollicitant les coeurs haute performances que lorsque nécessaire.

Déjà largement en avance côté performances sur le reste de l'écosystème ARM, l'A10 commence à devenir embarrassant même pour Intel, dépassant un Core M Skylake en monothread sous Geekbench 4 (voir ici  et là  ), avec un "TDP" au moins deux fois inférieur (et sans mécanisme Turbo).

Intel se consolera tout de même de sa présence dans une partie des iPhone 7 car c'est l'autre information de Chipworks, la société confirme qu'une partie des modèles utilise un modem Intel XMM 7360 (certains modèles intègrent un modem Qualcomm X12). Très en retard, le XMM 7360 est un modem LTE 450 Mb/s Cat 10 certes dessiné par Intel, mais fabriqué selon toutes vraisemblances comme ses prédécesseurs... par TSMC.

En 2013, Nvidia avait commencé à parler de proposer des licences pour ses technologies. Quelque chose que nous avions interprété, logiquement, en la volonté pour Nvidia de proposer des blocs d'IP pour les autres fabricants de SoC ARM. L'écosystème ARM fonctionne pour rappel sur un modèle ouvert, un designer de SoC comme Mediatek piochant dans le catalogue des différents acteurs, ARM proposant par exemple de nombreux cores CPU - les Cortex - mais aussi des GPU - les Mali - des interconnexions et des contrôleurs mémoires, tandis que d'autres comme Imagination Technologies proposent plus spécifiquement des GPU (les PowerVR). Le designer de SoC assemble ces blocs (payant les licences nécessaires), parfois avec des blocs d'IP propres pour terminer son design de puce, qui sera fabriqué chez un fondeur tiers comme TSMC par exemple.

Nvidia proposait à l'époque ses SoC Tegra en accolant des blocs CPU développés par ARM à ses propres blocs GPU GeForce. Les dernières générations avaient cependant reçu un accueil frileux auprès des constructeurs de smartphones et de tablettes, le marché des SoC étant excessivement compétitif (Depuis, Nvidia s'est recentré en fabricant ses propres produits et en visant le marché automobile ou les contraintes de puissance, souvent pointés comme problématiques, sont moins importantes). Le nom officieux de la licence (« licence kepler ») semblait confirmer la volonté de Nvidia.

En coulisse cependant, Nvidia tentait de négocier un tout autre type d'accord auprès des constructeurs de SoC, souhaitant obtenir des royalties pour des brevets qu'ils jugeaient essentiels à la création de GPU, et qu'ils pensaient enfreints par leurs concurrents. Une stratégie lucrative dans le mobile lorsqu'elle réussit, on sait par exemple que Microsoft obtient de chaque constructeur de smartphone Android des royalties (un montant variable estimé à 3.41 dollars pour Samsung en 2013, et 5 dollars pour HTC ) pour certaines de ses technologies (comme le système de fichiers FAT32, plus de 310 brevets sont concernés d'après une liste ayant fuité en 2014 ).

Dans le cas de Nvidia, les négociations ont été infructueuses (et coûteuses, on notera par exemple qu'à compter de cette période, les GPU Nvidia ont complètement disparus des gammes Apple) qui ont culminé en septembre 2014 par un dépôt de plainte de Nvidia auprès de l'ITC (U.S. International Trade Commission). Cette plainte envers Samsung et Qualcomm demandait le retrait du marché américain de produits qui enfreignaient, selon Nvidia, leurs brevets.

Un des brevets "essentiels" de Nvidia concernait le Transform&Lighting, une technologie ayant disparue des GPU modernes

En octobre 2015, l'ITC avait statué de manière défavorable sur la plainte de Nvidia, un jugement que nous vous avions relaté en détail dans cet article. Le résultat de ce jugement avait été entériné définitivement en décembre : ni Samsung, ni Qualcomm, n'enfreignaient les brevets de Nvidia.

Bien que Samsung et Qualcomm étaient directement visés (parce qu'ils produisent les SoC et que ces derniers étaient visés par l'interdiction d'importation), techniquement ce sont les GPU ARM (Mali), Imagination Technologies (PowerVR) et Adreno (Qualcomm) qui enfreignaient potentiellement les brevets. Ce jugement empêche donc toute procédure du type de la part de Nvidia contre d'autres fabricants de SoC qui utiliseraient ces mêmes coeurs graphiques.

Conséquences coûteuses

En parallèle, Samsung avait bien évidemment contre attaqué Nvidia (et l'un de ses clients, Velocity Micro) auprès de l'ITC (la plainte est ici ). En décembre dernier, nos confrères de Bloomberg  rapportaient que l'ITC avait jugé en première instance que trois brevets de Samsung avaient été enfreints par Nvidia.

Un jugement définitif était attendu hier, pouvant entraîner dans la foulée une interdiction d'importation aux états unis de produits Nvidia. Cependant, comme le relate une fois de plus Bloomberg , quelques heures avant l'annonce définitive de l'ITC, Nvidia et Samsung ont annoncé un accord croisé de licence mettant un terme à leurs différentes procédures. Le communiqué  est particulièrement avare en détails, indiquant simplement qu'il se limite à quelques brevets (il ne s'agit pas d'un accord de licence croisé « large ») et qu'il n'y aurait pas eu de compensation additionnelle (comprendre financière) en contrepartie. Etant donné la position de faiblesse de Nvidia au moment de la négociation, on imagine que d'autres concessions ont été faites, mais ces dernières resteront, d'après le communiqué, secrètes.

Il était bien évidemment dans l'intérêt de Nvidia d'éviter un retrait du marché de ses produits. La plainte originale visait spécifiquement les tablettes Nvidia Shield, même si Samsung avait étendu le cadre de sa plainte à Biostar et ECS (on ne sait pas exactement pour quels produits). Nvidia va également pouvoir tourner la page de cette stratégie de « licence kepler » mal pensée dès l'origine.

Pour Samsung, dont le département légal est rôdé, la normalisation des relations entre les deux sociétés sera une bonne chose, d'autant que Nvidia semble travailler avec Samsung Foundries pour produire certaines de ses puces, quelque chose qui avait été noté dans un document administratif l'année dernière. Bien évidemment, Samsung Foundries a longtemps produit des puces pour Apple tout en entretenant des relations légales hautement conflictuelles, même si là aussi, ces deux dernières années, les deux sociétés ont progressivement  normalisé leurs relations .