Intel annonce le plus grand FPGA du monde avec 43,3 milliards de transistors... Explications

Nathan Le Gohlisse
Spécialiste Hardware
06 novembre 2019 à 16h05
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© Intel

Intel a dévoilé hier ce qui s'impose comme le plus grand FPGA au monde : le Stratix 10 GX 10M. Gravé en 14 nm, ce circuit programmable embarque la bagatelle de 43,3 milliards de transistors et 10,2 millions de cellules logiques. De quoi distancer le Virtex UltraScale+ VU19P et ses 35 milliards de transistors. Annoncé en août par l'américain Xilinx, ce dernier se limitait à « seulement » 9 millions de cellules logiques et se basait sur une gravure en 16 nm.

Au jeu de celui qui sortira le plus gros FPGA, Intel vient de mettre un soufflet à son concurrent Xilinx. Avec son Stratix 10 GX 10M, le groupe de Santa Clara met à profit son système EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge) pour assembler deux grands dies FPGA et quatre chiplets émetteur-récepteurs sur un seul circuit. Cette technologie avait notamment été utilisée par Intel pour ses puces Kaby Lake-G. Abandonnées par les bleus en octobre, celles-ci couplaient, pour rappel, un processeur Intel à un iGPU AMD Radeon RX Vega, le tout saupoudré de mémoire vidéo HMB2.

Ce procédé d'assemblage de différents composants sur un circuit unique permet à Intel de doter son FPGA de 10,2 millions de cellules logiques et 2 304 ports I/O. C'est presque quatre fois plus d'éléments que ce que comporte le Stratix 10 GX 2800 (2,75 millions de cellules logiques et 1 160 connections I/O au compteur), l'ancien FPGA d'Intel. Mais au juste... c'est quoi un FPGA ?

Un FPGA, qu'est-ce que c'est et à qui ça sert ?

Xilinx nous donne, sur son site officiel, une bonne définition de ce qu'est un FPGA (Field Programmable Gate Arrays ou Réseau de Portes Programmables, en français). Il s'agit en fait de semiconducteurs articulés autour d'une matrice de blocs logiques configurables (CLB), liés les uns aux autres par des interconnexions programmables.

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© Intel

Le principal intérêt d'un circuit FPGA est qu'il permet d'être programmé en fonction d'une application ou fonctionnalité particulière, et ce après être sorti d'usine. Cette flexibilité, explique Xilinx, permet par exemple de distinguer les FPGA des ASIC (Application Specific Integrated Circuits), qui sont pour leur part conçus pour des tâches spécifiques... et ne peuvent donc pas être reconfigurés.

La nature évolutive des FPGA les rend particulièrement utiles dans des secteurs de pointe, comme l'aérospatial, la défense, le monde automobile, celui des serveurs, ou encore le domaine des télécommunications.

Intel enterre le Stratix 10 GX 2800, son ancien modèle de FPGA

Mais revenons à l'annonce. Pour mieux démontrer l'avancée technologique proposée par son Stratix 10 GX 10M, Intel a comparé son nouveau FPGA à pas moins de quatre Stratix 10 GX 2800. De quoi illustrer une réduction colossale de 40 % de consommation, et ce à capacité et fréquences équivalentes.

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© Intel

Comme l'indique Tom's Hardware, Intel procède différemment de Xilinx pour connecter les dies de son nouveau produit. Au lieu de compter, comme son concurrent, sur un interposeur, le groupe utilise (et nous l'avons évoqué plus haut) sa technologie EMIB 2.5D, qui permet une bande passante copieuse entre les deux dies qui composent le Stratix 10 GX 10M. Intel évoque ainsi un bus doté d'un maximum de 25 920 connexions, chacune disposant d'un débit de 2 Gb/s. La bande passante inter-dies s'élève ainsi à un seuil de 6,5 To/s.

43,3 milliards de transistors : une estimation... à la louche

Très fier d'évoquer les 43,3 milliards de transistors peuplant son nouveau circuit, Intel prend tout de même soin de préciser qu'il s'agit là d'une estimation basée sur la taille des dies du Stratix 10 GX 10M, et sur leur densité. Chacun de ces dies mesure ainsi près de 1 400 mm², pour une densité estimée à plus ou moins 31MTr / mm².

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© Intel

Nous avons là le plus gros circuit logique du marché... Et il n'est gravé qu'en 14 nm. Même la gamme Xilinx Versal (gravée en 7 nm) se limite actuellement à 37 milliards de transistors. Tandis que chez NVIDIA le V100, recèle 21,2 milliards de transistors sur un die de 815 mm², souligne Tom's Hardware.

Reste enfin la question du lancement de ce Stratix 10 GX 10M. Sur ce point, Intel évoque une mise sur le marché d'ici quelques mois pour son nouveau FPGA, sans se montrer beaucoup plus précis.

Source : Tom's Hardware
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mcha
il m’a fallu relire 3 fois pour trouver la signification de cet acronyme incompréhensible, un moment je pensais que c’était juste pour faire hype. enfin si quelqu’un pouvait m’expliquer en quoi c’est différend d’un bête « processeur » vu qu’il est également programmable, et j’ai la prétention de penser qu’il comporte également des portes logiques.
melcky
En simplifiant:Un cpu classique possède un jeu d’instructions fixé à l’avance (additions/ soustractions etc)<br /> Pour réaliser des opérations complexes, il lui faut exécuter (au sein d’un même cœur) une opération après l’autre selon des instructions qui constituent son programme.<br /> Un FPGA ne possède pas a proprement parler de « jeu d’instructions » prédéfini.<br /> Il possède un très grand nombre de portes logiques de base (NON / ET / OU / etc) qui sont disposée « en grille »<br /> Ensuite, c’est cette « grille » qui est « programmée » pour connecter (électriquement) ces portes logiques dans un ordre prédéfini.<br /> Ceci fait, ce sont alors de nouvelles instructions qui sont disponibles et qui permettent de réaliser de fonctions spécifiques extrêmement rapidement (potentiellement en un seul cycle d’horloge)
TheLoy
Bon je me lance.<br /> De ma compréhension, c’est un processeur programmable. Les processeurs utilisés dans nos PC ne peuvent réaliser que des instructions déterminées. Ces FPGA permettent d’adapter le jeu d’instructions au besoin, permettant d’accélérer les calculs.<br /> Par exemple, pour le calcul d’une racine carrée. Sur un CPU il faut découper l’opération en autant de sous-opérations mathématiques « simples » connues du CPU pour réaliser le calcul. Avec le FPGA, il est possible de créer une instruction dédiée. De cette manière le calcul est fait directement côté hardware et non côté software.<br /> C’est ce qui est fait pour la blockchain Bitcoin avec les ASIC, mais ici la puce n’est pas réutilisable pour un autre besoin une fois sortie d’usine.
TheLoy
Mince, je me suis fait coiffer au poteau
liesse
le processeur exécute un programme (contenu dans une mémoire), son architecture est figée, par conter un FPGA sorti d’usine ne sais rien faire il faut le programmer pour en sortir quelque chose, on peut par exemple programmer l’architecture d’un processeur dans un FPGA
Thamien
Les petits FPGA (et les CPLD et PAL) sont souvent utilisé dans l’industrie pour des petites ou moyennes séries ou la fabrication d’un ASIC serait trop couteuse… (ou par choix sécuritaire…)<br /> Les FPGA de grandes tailles ont un véritable intérêt pour des appli blockchain et IA. Ils servent aussi au prototypage et à la conception et validation de circuit électronique complexe.<br /> Intel n’a pas racheté Altera innocemment…
phmxos
Merci pour vos commentaires,<br /> J’ai appris quelques chose lá.
fat_clubic
Un FPGA peut se voir comme un circuit intégré vierge qu’on peut programmer en mettant dessus des portes logiques interconnectées qui vont former un vrai circuit fonctionnel. Et ensuite l’effacer pour y mettre quelque chose d’autre.<br /> C’est utilisé pour faire du prototypage de puces. Une fois la puce mise au point, on peut ensuite fabriquer des puces finales qui ne seront pas modifiables (Asic).<br /> C’est aussi très utilisé dans le retrogaming, où au lieu de faire de l’émulation softwares d’une ancienne machine, on utilise un fpga qui va être programmé pour se comporter matériellement comme la machine d’origine. Avec des fpga moderne, on peut programmer toutes les puces qui composent un amiga500 ou un c64 dans un seul fpga. Programmer n’est pas vraiment le bon mot car il n’y a pas de logiciel, c’est plutôt de la configuration ou un assemblage de portes logiques qui va aboutir à un processeur 6502 ou un 68000, plus toutes les autres puces spécialisées pour la partie vidéo ou sonore.<br /> Jetez un coup d’œil aux projets MiST ou MiSTer ou Super NT analogue.<br /> Quelques infos ici :<br /> RetroGaming with Racketboy – 20 Feb 19<br /> MiSTer FPGA: The Future of Retro Game Emulation and Preservation? -...<br /> As retro gamers, we all know the yearning to be able to play through a grand history of games from a variety of systems, but having to deal with the struggle of not only owning and maintaining an array of vintage hardware, but also having them...<br />
lediabolo
Perso, je trouve que la différence entre FPGA vs CPU est très subtile.<br /> De ce que je comprends, le FPGA utilise de la logique câblée alors que le CPU est un séquenceur qui exécute des ordres mémorisés constituant un programme. (J’avoue, c’est pas hyper clair comme explication).<br /> Par contre le FPGA pourra exécuter des actions beaucoup plus rapidement qu’un CPU mais il sera limité dans ce qu’il saura faire. Alors que le CPU aura une plus grande adaptabilité. Cela étant dit, plus un FPGA à de transistors, plus il pourra s’adapter et faire un plus grand nombre de chose, je présume…
lediabolo
J’ai pu constater récemment quenHDS utilise encore les FPGA dans sa gamme HNAS VSP-G200, VSP-G400…
Thamien
« on peut ensuite fabriquer des puces finales qui ne seront pas modifiables (Asic) » comme des CPU Intel par exemple.
Jacky67
Est-ce que ce qu’on voit sur cette vidéo serait un processeur de type FPGA ???<br />
mart666
C’est du 14nm, c’est de la vieille technologie dépassée…
patrickbeau
Quand tu utilises un FPGA, tu reprogrammes le FPGA pour qu’une opération se passe le plus vite possible.<br /> Quand tu utilises un CPU, tu décomposes ton opération selon le jeu d’instruction que le fabricant te fourni (comme par exemple: SSE/SSE2/AVX/AMD64/…).<br /> La différence en terme de temps de traitement est absolument folle. Les FPGAs sont des brutes en terme de performance dédiée. Mais les CPUs savent un peu tout faire.
fat_clubic
Un FPGA peut à un moment donné se comporter comme un Intel 486, car on vient de le programmer en lui injectant une configuration qui définit l’ensemble des portes logiques qui forment l’architecture du 486. Et 10 minutes plus tard, ce même FPGA peut être reconfiguré en 68000. Alors qu’un CPU 68000 est un 68000 et ne peut pas devenir autre chose, c’est un ASIC. On peut pousser l’analogie en comparant un FPGA à une eprom et un ASIC à une rom.
ddsdsr
En fait, il y a plusieurs autres avantages liés à l’utilisation des FPGA versus les ASIC.<br /> c’est un produit standard, donc très faiblement impacté par le coût des masques puisque amortis sur un gros volume, soit la somme des quantités de tous les codes utilisant le même FPGA, alors que l’ASIC ne s’amortira que sur sa seule application,<br /> le FPGA permet de pratiquer ce qui s’appelle la reconfiguration dynamique, c’est à dire de configurer, dans une même zone du FPGA, séquentiellement des blocs de fonctionnalité qui ne sont pas sollicités simultanément, ce qui contribue à limiter la taille de la puce, et donc la consommation, la vitesse, l’encombrement sur la carte,…<br /> avec les dernières technologies de mémoire remarquable telle les MRAM (voir CROCUS, par exemple), on peut envisager du multi contexte qui permet de basculer d’une fonctionnalité à une autre par un seul coup d’horloge sans passer par une reconfiguration provenant d’une mémoire externe qui prend infiniment plus de temps,<br /> en partie redondant avec le point 1, le fait que les volumes produits des FPGA sont d’un ordre de grandeur 3 à 4 fois, voire plus, supérieurs à ceux de chacun des ASICS, cela permet d’envisager de cibler les technologies les plus avancées sans réelles pénalités financières, mais au contraire de bénéficier de tous les avantages liés à l’extrême finesse comme la vitesse, la consommation, l’encombrement,… faisant que les FPGA ont vite fait de se mettre au même niveau de performances que celles des ASICS.<br /> enfin, le dernier avantage est celui du "time to market ": pour les FPGA, c’est celui du développement du code, alors que pour les ASICS, il faut encore rajouter le temps de production…<br /> Donc, de mon point de vue, à terme, les FPGA deviendront la solution, et INTEL l’a très bien compris vues ses acquisitions successives sur le marché des FPGA, ACHRONIX et ALTERA, pour rendre ses processeurs configurables.
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