Xbox Scarlett : Que nous réserve la génération ? Quel GPU semi-custom pour combien de Teraflops? (Partie 2/3)

Il y a quelques temps, nous vous proposions de séparer le bon grain de l’ivraie concernant les rumeurs qui égrainent le net et qui promettent tout et son contraire. A travers un article se penchant sur les futurs composants qui viendront (vraisemblablement) se loger dans nos futures consoles, nous avions commencé avec la génération de GPU que choisira Microsoft. Continuons à présent avec le nombre de Teraflops qu’il serait possible d’obtenir sur le modèle « Anaconda »…

NB : Avant d’entamer cette lecture, gardez en tête ce que nous évoquions lors de la Partie 1 : Les composants sélectionnés par Microsoft, pour sa future Xbox, le sont au maximum un an et demi avant le lancement public de la machine (tout comme Sony pour sa PS5). Ne vous attendez pas à  retrouver à l’intérieur une future carte graphique PC sortie en 2020…

Commençons !

Dans les prochains paragraphes, nous partirons sur des calculs « savants » pour comprendre la situation, mais pas d’inquiétude, on fera tout pour rester lisible et compréhensible de tous.

 


COMMENCONS PAR LE COMMENCEMENT.


 

Avant d’évoquer nos fameux et sexy teraflops il faut savoir qu’on parlera d’un GPU dit « semi-custom ».

Qu’est-ce que cela veut dire ? Pour faire simple : Microsoft viendra prendre un GPU pré-existant auprès d’AMD (une puce NAVI comme évoqué en partie 1) et y apportera ses modifications pour atteindre les performances voulues.

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La puce Scorpio Engine dont le GPU est dérivé d’une Radeon RX580 puis customisé

C’est grâce à ce travail que les ingénieurs de Microsoft ont atteint un niveau de performance absolument inattendue avec la Xbox One X. On vous en parlait en 2017 déjà à travers une série d’articles consacrés aux choix de conception opérés et mis en œuvre par les équipes Xbox. (Partie 1 / Partie 2 / Partie 3)

Soyez certains que ce même travail d’optimisation poussé aura lieu sur les prochaines Xbox ! C’est parfait, car cela nous servira de base pour articuler nos probabilités.

Sortons notre loupe et allons voir comment sera composé ce GPU. Pas d’inquiétude, si un terme frôle le dialecte ancien pour vous, nous essaierons de vous l’expliquer le plus simplement possible.

 


De quoi se compose un GPU ? 


 

Quand on parle de GPU, plusieurs termes y sont associés dont notamment : « Compute Units, Shaders processors, Texture Mapping Units ou encore les ROPs (Render Output) et on vous épargne une liste bien plus longue.

Vous n’y comprenez rien ? C’est normal. Parmi ces anglicismes qui vous permettraient, à eux seuls, de briller en société, nous garderons « Compute Units » et « Shaders processors », deux termes, vous allez le voir, très liés.

 

N’oubliez pas que notre objectif final et de déterminer la puissance de la futur Xbox en terme de Teraflops. 


Qu’est-ce qu’un « Compute Units » (CU) ? En français nous parlerons « d’unité de calcul », capable de générer des pixels, des polygones, des textures, des ombres, de la lumière ou encore des effets de transparence… notamment via les « Shaders processors » qui sont au nombre de 64 pour 1 CU (ça nous sera utile un peu plus bas) !

En somme,  tout le rendu graphique de votre jeu s’opère grâce à ces CU. Pour schématiser, ce sont les CU qui composent et déterminent la puissance de calcul d’un GPU, mais pas que…


La fréquence d’horloge.


 

Une autre donnée est essentielle pour déterminer la puissance de notre GPU : sa vitesse d’horloge. Comprenez « la fréquence » à laquelle le GPU va tourner.

Cela s’exprime en Mégahertz (Mhz). Plus ils sont élevés, plus la puissance du GPU est importante (et sa montée en chauffe aussi !)

A titre d’exemple, le GPU de votre Xbox One X tourne à 1172Mhz, ce qui est une performance inédite pour une console. Encore plus fou dans un châssis aussi compact ! (pour info, de son côté, le GPU de la PS4 Pro tourne à 911Mhz).

Vous vous dites qu’une différence d’environ 260Mhz entre la X et la Pro est anecdotique ? Détrompez-vous ! Couplées à la quantité d’unités de calcul, ces données sont déterminantes pour le nombre de Teraflops que votre machine peut déployer.

Nous avons maintenant, toutes les clés principales pour déterminer une puissance de GPU. Passons à la pratique ! Ne fuyez pas ! On fait ça ensemble.

 


Comment détermine-t-on qu’une Xbox One X profite de 6 Teraflops justement ?


 

La méthode de calcul établie n’est pas très complexe et est valable pour toutes les cartes graphiques du marché (PC compris et hors changement de calcul futur). Il nous faut plusieurs données pour y parvenir dont :

  • le nombre de CU…
  • …donc le nombre de Shaders Processors associés (64 pour 1 CU)
  • la fréquence d’horloge du GPU.

(soit les éléments évoqués dans les paragraphes précédent !)

4editeurs20170612_074525_3_bigAinsi, la Xbox One X dispose de :

  • Nombre de CU : 40 CU
  • Nombre de Shaders Processors : 40 x 64 = 2560 SP
  • Fréquence du GPU : 1172 Mhz

 

Le calcul sera donc le suivant :

2560 (SP) x 2 x 1172 (Mhz) = 6 Teraflops !

 

ps4proPour une PS4 Pro, cela donne :

  • Nombre du CU : 36 CU
  • Nombre de Shaders Processors : 36 x 64 = 2304 SP
  • Fréquence du GPU : 911 Mhz

2304 (SP) x 2 x 911 (Mhz) = 4,197 Teraflops.

 


 

Un peu avant, nous vous disions que la fréquence (exprimée en Mhz) et les unités de calculs  (CU) étaient des « données déterminantes pour le nombre de teraflops que votre machine peut déployer ». Si les ingénieurs de Sony avaient eu la possibilité de faire un vrai travail, sans contrainte (à l’image des ingénieurs de la One X) avec, admettons, la même fréquence de la One X (à savoir 1172Mhz), la PS4 Pro aurait pu profiter de 5,4 Teraflops ! Sans même toucher au 36 CU qu’elle possède.

2304 (SP) x 2 x 1172 = 5,4 Teraflops !

Rendez-vous compte : la PS4Pro aurait pu être au coude à coude avec la X !

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Méthode Hovis +  refroidissement par chambre à vapeur, la clé des Mhz élevés !

Mais pour atteindre cette fréquence il aurait fallu repenser toute la conception de la PS4 Pro, notamment en améliorant l’agencement de ses circuits électriques et son système de refroidissement. La conséquence aurait été une inflation du prix de vente public, probablement contraire à la stratégie mise en place par le constructeur japonais.

 


 

Vous savez tout ou presque sur ce sujet. Mais pourquoi s’attarde-t’on là-dessus ? Notre postulat de départ était de démêler le vrai du faux des rumeurs du net. Et ainsi, d’analyser la crédibilité de ces dernières.

Pour rappel, la plupart des rumeurs concernant la « Xbox Scarlett Anaconda » nous parlaient d’un GPU Navi (ça nous sommes d’accord) situé entre 12 et 15 Teraflops.

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Désamorçons d’entrée de jeu l’hypothèse des 15 Téraflops, cela ne sera pas possible hors technologie de l’espace venu du futur en tenant compte des contraintes techniques propre à une console de salon (notamment sa compacité).

 


Retour sur la Xbox Scarlett Anaconda !


 

Passons au cœur du sujet : la Xbox Anaconda !

Les « rumeurs » les plus insistantes parlent régulièrement d’une console s’approchant au maximum des 12 Téraflops. De nombreux « leaks » vont d’ailleurs dans ce sens. Partons donc sur cette hypothèse et sa probabilité…

amd logo

Les solutions pour atteindre ce chiffre ne sont pas nombreuses. Il s’agira d’augmenter le nombre d’unités de calcul (CU) et/ou la fréquence du GPU.

Que va faire Xbox ? Probablement les deux !

On sait que Microsoft utilise une base de puce AMD existante (ou à venir prochainement), qu’il personnalise par la suite comme pour toutes les Xbox auparavant. Mais quel GPU choisir pour commencer le travail de personnalisation sur la prochaine Xbox ?

Les derniers GPU haut de gamme d’AMD sont les Radeon Vega 56, Vega 64 (tous 2 gravés en 14nm) et le tout dernier Vega VII (gravé en 7nm).

Pour rappel, le successeur : Navi (c’est lui qui est attendue dans la Xbox Anaconda !), n’est toujours pas disponible, il faudra attendre le 2nd semestre 2019 pour le découvrir dans des itérations milieu de gamme !

Concernant les VEGA nommés : ils ont respectivement 56, 64 et 60 CU. Ajoutons à cela que les 2 derniers : Vega 64 et Vega VII, ont une puissance très similaire comprise entre 10,2 (fréquence nominale) et 13,8 Teraflops (fréquence maximale).

En voilà un bon départ de travail pour Microsoft ! Cela tombe bien, puisque la puce Navi en 2019, sera construite sur la base de ce que sont les puces VEGA aujourd’hui avec une architecture similaire qu’on nomme GCN, nous l’évoquions dans la 1ère partie de l’article, le tout définitivement pensé pour exploiter à 100% la gravure en 7nm.

L’architecture GCN justement ! Parlons-en. Sauf erreur de notre part, on sait qu’elle connait une limite technique dans sa capacité à gérer les unités de calcul fonctionnant ensemble. Cette limite est de 64 CU. Impossible d’aller plus haut, jusqu’à preuve du contraire.

Ainsi, vous avez le chiffre maximum de CU que Microsoft pourrait espérer obtenir pour l’élaboration de sa Xbox surpuissante ! Et disons-le simplement : pour atteindre 12 Téraflops il est clairement nécessaire d’avoir 64 CU à disposition ! Si les unités de calculs de la Xbox Anaconda sont en dessous des 64, les 12Tf ne seront qu’un vague souvenir amère…

On aurait tendance à dire : « Hé bien, la solution est toute trouvée : 64 unités de calcul et hop les 12Tf sont là ! ». Sauf que ça serait un peu trop facile !

 


Des contraintes de productions


 

« Pourquoi ? » me direz-vous. Et bien il faut prendre en compte des contraintes de production !

  • Actuellement, la Xbox One X profite de 40 unités de calcul. Check.
  • Son kit de développement, lui, est à 44 CU ! Double Check.

Pourquoi cette différence de 4 CU ? D’une part, un kit de développement a régulièrement toujours plus de puissance que la console vendue au consommateur ; et d’autre part, lors du processus de fabrication d’un GPU, il n’est pas rare que certains CU soient défectueux sur la chaine de production. Ainsi, Microsoft commande son GPU avec 44 CU pour être certains de pouvoir mettre les 40 CU promis pour sa Xbox One X grand public.

En résumé, cela fiabilise la chaine de production et évite de « jeter » à la poubelle les GPU ratés. Si le GPU se retrouve à 44 CU en fin de chaine, il pourra être intégré à un « kit dev » ou même intégré à une Xbox One X, destinée au grand public. Dans ce cas les 4 CU « en trop » seront désactivés logiciellement pour rester sur les 40 attendus.

Cette « marge de manœuvre » est une constante dans l’industrie, il en sera de même pour la prochaine Xbox.

 

Concrètement : notre hypothèse nous laisse imaginer que le « dev kit » de la Xbox Anaconda pourrait profiter de 64 CU.

La version commerciale, un peu à l’image de ce qui s’est passé avec la Xbox One X, pourrait se retrouver donc avec 60 CU.

 


La fréquence d’horloge maintenant ?


 

Selon la performance des équipes de Microsoft sur cette question de fréquence, ils peuvent changer radicalement la puissance de la console.

Les 1172Mhz exceptionnels de la Xbox One X ont permis, en partie, d’atteindre les fameux 6Tflops ! Le système de refroidissement de la console (une chambre à vapeur) à, entre autre, favorisé une telle performance. L’air chaud produit par cette fréquence élevée est alors mieux géré et expulsé du châssis qu’avec un ventilo classique.

Le challenge pour Microsoft est réel. Si les ingénieurs gardent cette fréquence de 1172Mhz (comme sur One X donc) la puissance de la prochaine Xbox Anaconda (aka le fleuron de la marque rappelons-le) sera… presque décevant. Puisqu’on arriverait avec 60 CU (hypothétique mais probable) et donc nos 1172 Mhz à :

3840 x 2 x 1172 = 9,0 teraflops.

Trois teraflops de plus qu’une Xbox One X, c’est pas mal… mais en dessous des serveurs Google Stadia par exemple (cf. 10,7Tflops avec 56 CU). Question image/marketing, sans être experts, c’est une situation à éviter, nous semble-t-il.

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Une conception haut de gamme

Conclusion ? Nos ingés préférés doivent encore faire plus fort !

Comment augmenter la fréquence de notre GPU sans transformer la console en volcan en fusion ?

L’utilisation d’une chambre à vapeur sera une condition sinequanone, peut-être même avec un système plus performant encore, qui sait ?

Mais, l’autre avantage pour Microsoft c’est la puce Navi ! Qui sera gravée et pensée pour le 7nm ! Ce niveau de finesse de gravure est assez récent dans l’industrie. Et plus votre puce gagne en finesse de gravure, moins elle est amenée à chauffer. (A titre d’exemple, nos dernières consoles sur le marché sont gravées en 16nm.)

En somme, il devient possible pour Xbox d’augmenter sa fréquence au-dessus des 1172Mhz de la Xbox One X sans trop de difficultés.

Pour faire court, nous avons essayé pas mal de scénarios possibles, en calculant nous même la fréquence d’horloge idéale pour atteindre « les 12 Teraflops » et la solution se situe probablement autour des 1475 Mhz ! 12 Teraflops donc, mais uniquement possible avec les 64 CU que possèderait le « Kit Dev » de la Xbox Anaconda !

1475mhz : c’est amusant. Nos calculs concordent avec une récente rumeur (sur Reddit) à propos du « kit dev » de cette Anaconda, qui jouirait de cette même fréquence d’horloge. Hormis, la quantité de RAM et de stockage qui nous semble un peu… folle. Le reste se tient complètement.

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Si la version commerciale de cette Xbox Anaconda garde une fréquence identique (de 1475mhz comme le « Kit Dev »), couplée au 60 CU (4 de moins que le « Kit Dev », comme nous l’avons vu) alors nous atteindrons les 11,3 TF !

Une telle fréquence représente un défi technique pour une console, au même titre que la Xbox One X à l’époque. D’ailleurs, il n’est pas impossible que cette nouvelle Xbox soit en conséquence plus grosse que sa petite sœur à la vue de cette haute fréquence !

Vous le savez, la Xbox One X qui trône dans votre salon possède 6Tflops. Son kit de développement, lui, est à 6,6TF ! Cet écart est dû au 4 unités de calcul (CU) en moins sur la version commerciale ! Donc, une telle différence est à prévoir sur la prochaine Xbox !

 


En conclusion, notre hypothèse nous amène à tabler sur :

  • Un kit de développement à 12,1Tf

  • Une version grand public à 11,3Tf


 

Voilà ! Vous savez tout concernant le GPU ! Si vous nous avez lu jusque-là, vous méritez clairement un succès à 100G !

Sachez que nous avons beaucoup appris, en écrivant nous-même cet article. Nous n’aurons jamais la prétention de tout savoir, de tout connaitre et d’être catégorique… mais en l’état actuel des choses nous voyons difficilement comment faire mieux avec les contraintes et les choix technologiques disponibles à l’heure où Microsoft est en pleine gestation de la gamme Scarlett.

 


On se retrouve bientôt pour la 3ème et dernière partie de notre épopée technique et hypothétique de la futur génération de Xbox ! N’hésitez pas à nous poser des questions, nous faire part de remarques… nous sommes à dispo !

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