À la rédaction d’Xboxygen, on aime parler jeux, consoles, hardware et parfois technique, même si cette dernière nous dépasse « légèrement » parfois. Et c’est le cas aujourd’hui, alors que l’actualité Xbox Series X est à nouveau secouée. Ainsi c’est un bien dévoué visiteur, qui écume les commentaires du site et de notre Discord depuis bien des cycles, qui vient nous prêter main forte. Eykxas de son pseudo, arrive armé de ses connaissances et de sa passion pour une analyse qui confirme (spoiler alert) le haut des dernières spéculations de Digital Foundry partagées il y a peu sur le site. Un immense merci à lui pour son travail, et bonne lecture !
Du teasing made in Microsoft
Ça y est nous sommes en 2020. Et pour Microsoft, il s’agit d’une année décisive. À la fin de l’année, la division Xbox lancera son nouveau modèle de console, la Xbox Series X. Encore de longs mois donc avant cet heureux évènement, mais dont Microsoft saura profiter pour teaser, promouvoir et parler de son futur bébé.
Et l’année démarre en trombe grâce à Phil Spencer, l’actuel patron de la division Xbox. Le 6 Janvier dernier, celui-ci a changé sa photo de profil Twitter pour y afficher une image du SoC de la Xbox Series X (System-On-Chip, la puce principale de la console, qui contient CPU et GPU). Relayée dès le lendemain par le responsable hardware Xbox lui-même, David Prien, qui s’amuse de la nouvelle photo de son chef en postant à son tour un lot de 8 de ces mêmes puces mais dont une manque, cette communication affiche non seulement une grande confiance et une certaine fierté de Microsoft envers son hardware, mais peut révéler des informations très précieuses lorsque placée entre de bonnes mains.
En retravaillant la photo de David Prien pour en corriger la perspective, et en utilisant les composants de gestion de l’alimentation entourant le SoC comme référence pour la mettre à l’échelle (ces composants étant de la même taille que ceux équipant le SoC de la Xbox One X dont on connaît les dimensions précises), cela nous permet une comparaison, si ce n’est parfaitement exacte, suffisamment précise pour en déduire la taille et en déterminer approximativement la puissance et le contenu.
Le contexte de l’analyse
Mais commençons par ce que nous savons. Cette nouvelle puce sera composée d’une partie CPU AMD de type Zen 2 (l’architecture qui est en place dans les CPU d’ordinateurs de génération Ryzen 3000) avec 8 cœurs et 16 threads, ainsi que d’un GPU AMD utilisant la nouvelle architecture RDNA 2. La première itération se retrouve dans les cartes « Navi » depuis Juillet 2019 (avec la Radeon 5700XT). L’autre information qui a été confirmée, c’est que la totalité de la puce sera gravée en 7nm+ par TSMC.
Avant d’aller plus loin et de spéculer sur les performances de cette nouvelle puce, il est nécessaire de comprendre cette notation en « nm » (1 nanomètre = 10^-9 mètre) qu’utilisent les fondeurs. Lorsque l’on parle de gravure de puce en silicium, les fondeurs utilisent des dénominations commerciales. 28nm, 14nm ou encore 7nm sont de telles dénominations. Contrairement à la croyance populaire, il ne s’agit pas de la taille d’un transistor mais de l’écart le plus faible relevé entre les transistors au sein de la puce. Cette méthode de mesure diffère d’un fondeur à un autre, si bien que du 7nm chez Samsung sera différent du 7nm de TSMC. De plus, passer de 14nm à 7nm par exemple ne veut pas forcément dire que nous aurons une puce deux fois plus petite. Simplement que l’écart le plus faible est deux fois plus petit.
Les révélations
Fermons cette parenthèse et concentrons-nous sur cette nouvelle puce. Le montage photo ci-dessous nous permet d’estimer la taille que devrait faire le « die » (le bout de silicium sur lequel sont gravés les transistors). Nous arrivons à une taille d’environ 409 mm².
Il s’agit donc d’une puce plus imposante que l’ancienne « Scorpio Engine » qui avait une taille de 359 mm², et bien plus dense ! Cette dernière était composée des éléments suivants : CPU à 8 cœurs / 8 threads, 512 Ko de cache L1, 4 Mo de cache L2 et un GPU composé de 40 CU (Compute Unit). Chaque CU est composé de 64 unités de calcul. Et bien évidemment il y a les autres composants dont il n’est pas souvent fait mention mais qui sont tout aussi importants : contrôleur mémoire, scheduler, gestion des entrées / sorties, etc.
Si nous nous basons uniquement sur la taille physique des puces (359 mm² contre 409 mm²) il est facile de comprendre que plus de place équivaut à plus d’unités présentes sur la puce. Mais bien évidemment il faut tenir compte de la finesse de la gravure, bien plus fine sur la puce Scarlett. Selon les informations de TSMC sur leur procédé en 7nm, cette nouvelle gravure permet une densité de transistors améliorée de 60% par rapport au 10nm. Le 10nm étant environ 2x fois plus dense que le 16nm utilisé pour le Scorpio Engine de la Xbox One X, et le 7nm+ qui sera utilisé dans la Xbox Series X étant encore un peu plus dense que le 7nm “tout court”, nous sommes en mesure d’estimer la taille des éléments comme suit.
La partie CPU ayant très probablement une taille comprise entre 70 et 80 mm² (référence prise sur le CPU AMD Ryzen 3700 qui est le plus proche de ce que sera la partie CPU de Scarlett), cela nous laisse environ 330mm² pour le reste. Sur cette surface, le GPU occupe la plus grande partie, nous avons à peu près 210 mm² à 240 mm² uniquement pour le GPU (le reste de la place étant occupé par les contrôleurs mémoires, contrôleur PCIe, I/O, etc.).
La carte graphique AMD Radeon 5700XT possède un die de 251 mm², pour un GPU de 40 CU occupant approximativement 146 mm². Un Compute Unit occupe donc une place d’environ 3,65 mm². Or le site de TSMC nous informe que le procédé 7nm+ qui sera au cœur de cette puce Scarlett possède une densité de transistors améliorée de 18% par rapport au 7nm utilisé pour la 5700XT. Donc un CU gravé en 7nm+ ne fera non pas 3,65 mm² mais environ 3,09 mm². Donc combien de CU la partie GPU de la Xbox Series X, estimée ci-dessus entre 210 et 240 mm², pourrait-elle contenir ? Cela nous donnerait entre 52 et 56 CU ! Techniquement, il pourrait même y avoir plus de CU (56 CU occuperaient environ 173 mm²) mais il est fort probable que la place supplémentaire soit utilisée soit pour le cache CPU, soit pour des unités de calcul dédiées (par exemple pour le Ray Tracing).
D’après les indiscrétions de Tom Warren de The Verge, et sachant que Phil Spencer a lui-même salué le travail de DigitalFoundry mentionnant les ambitions de la Xbox Series X en termes de puissance, on sait que Microsoft « vise » les 12 Tflops. Les 52 à 56 CU seraient en nombre tout à fait suffisants pour assumer un tel niveau de performance, quoique supposant une fréquence relativement élevée comprise entre 1700 MHz et 1800 MHz.
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Mais deux autres éléments viennent confirmer cette estimation. D’une part la couleur atypique de la puce, du fait de l’usage de cuivre, utilisé pour favoriser la dissipation thermique. D’autre part le design de la Xbox Series X, dévoilé lors des Video Game Awards 2019, qui laisse clairement supposer un refroidissement plus costaud que sur la Xbox One X et donc potentiellement capable d’assurer le refroidissement de la puce à une telle fréquence.
Conclusion
Ainsi, la Xbox Series X pourrait donc bien abriter un GPU contenant entre 52 CU cadencés à 1800 MHz et 56 CU à 1700 MHz, ce qui nous donnerait bien dans tous les cas les 12 Tflops attendus. Le plus probable étant 52 CU d’actifs pour 56 CU physiques, des CU inactifs étant nécessaires, comme vu sur la Xbox One X, pour garantir le rendement des lignes de production de TSMC.
Malgré les approximations, cette estimation se veut conservatrice ! Il est possible que la densité de transistors soit sous-estimée et que le GPU de la Xbox Series X soit encore plus puissant, ou du moins encore plus capable ! L’inverse cependant, c’est-à-dire que nous aurions surestimé les informations, paraît très peu probable, car si Microsoft visait moins que les 12 Tflops, un SoC plus petit et donc moins cher à produire aurait pu suffire.
Difficile ainsi de conclure autrement qu’en vous disant que notre enthousiasme n’a d’égal que la confiance affichée par Microsoft en sa future console, et pour cause !
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