Abbiamo incontrato l’ingegnere che fa tremare Intel, AMD e Apple

È un genio che probabilmente non conosci. Eppure, hai sicuramente utilizzato i frutti del suo lavoro.

Se possedevi un Samsung Galaxy S4 (2013), fu lui a sviluppare l’architettura CPU (Cortex-15) del processore Exynos dell’epoca, quando era alla ARM.

Hai avuto iPhone dal periodo iPhone 5S (2013) a XR (2018)? La CPU: era ancora lui.

Ti sei comprato un MacBook con un chip M1? Anche in questo caso la CPU venne siglata con un nome: Gerard Williams III.

Un suffisso che non gli piace particolarmente poiché” questo a volte causa problemi negli aeroporti“, spiega il cinquantenne, ora responsabile dello sviluppo CPU presso Qualcomm. Un uomo che è una delle “armi letali” del gruppo.

La domanda essenziale

Dopo aver lasciato Apple per fondare Nuvia – non senza lasciare un grande track record di CPU per Apple – l’uomo discreto, ma sicuro delle sue parole, ha visto l’azienda da lui cofondata essere acquistata dal colosso dei chip mobili Qualcomm. Quest’ultimo ha visto in se stesso e nella tecnologia di Nuvia il Graal per riuscire (finalmente!) nella sua scommessa nel mondo dei chip per PC.

Abbiamo avuto la possibilità di incontrare quest’uomo durante lo Snapdragon Summit, la grande conferenza annuale di Qualcomm.

Una conferenza durante la quale l’azienda ha presentato la versione 2 del suo core CPU Oryon. Un cuore che mostra progressi sorprendenti rispetto alla prima generazione.

Quindi abbiamo iniziato chiedendoglielo la domanda essenziale : come sono riusciti lui e il suo team a ottenere più del 40% di prestazioni in più da un core della CPU già rinomato per la sua potenza ed efficienza?

« Quando sviluppi un processore, fai una lunga lista di cose da fare e migliorare e realizzi ciò che puoi nel tempo a disposizione. Non si può mai ottenere tutto, bisogna fare delle scelte. Per Oryon, avevamo ancora molto sulla lista“, spiega Gerard Williams, riferendosi al primo core Oryon presente nei chip per PC di Qualcomm, Snapdragon X Elite e Snapdragon X Plus.

« Per questa nuova versione del core Oryon, abbiamo beneficiato anche del feedback della prima versione. E abbiamo migliorato non solo la microarchitettura, l’aumento della frequenza, ma anche il consumo energetico. Questo era anche il punto importante di questa nuova versione », dice l’ingegnere capo.

Poiché questo core doveva essere integrato nel SoC di uno smartphone, “lIl core della CPU è stato ulteriormente ottimizzato per offrire il miglior rapporto prestazioni/watt che potessimo produrre ».

Un divoratore di articoli scientifici

Nel segreto dei suoi laboratori, Gerard Williams è accompagnato da una squadra. Una squadra che è in parte all’origine della sua efficacia: “ Ci conosciamo tutti molto bene e da molto tempo », descrive.

« Sappiamo quali sono i nostri punti di forza e di debolezza. E soprattutto siamo volutamente pochi. Ho lavorato in altre aziende con team numerosi e ho visto le insidie ​​che questo può comportare. »

Sorprendentemente, lungi dal limitarsi al puro design, il suo team si sporca le mani. “Fin dalle prime fasi di simulazione, il team dedica molto tempo alla misurazione delle prestazioni con dei benchmark per capire come si comporterà il software », ha detto Gerard Williams.

Oltre a questo sostegno su cui può contare, Gerard Williams è vorace di pubblicazioni scientifiche. “ Leggo tutto quello che posso per essere all’avanguardia in tutto. Non basta essere bravi nella progettazione della CPU, bisogna conoscere perfettamente la natura dei transistor e ovviamente padroneggiare la microarchitettura. Ma bisogna anche capire i processi di fabbricazione, i fenomeni elettromagnetici, capire il software, cioè come circola il codice nel chip, come funziona un compilatore, ecc.. »

Aggiungendolo “tutti i team di progettazione giocano con le stesse fab (fabbriche di produzione, ndr) e con gli stessi vincoli. Che si tratti del numero finito di strati metallici dei chip, delle stesse celle da 60 bit, delle stesse librerie. Il gioco consiste nel comprendere tutti gli aspetti che ti ho menzionato per progettare unità che funzioneranno con un alto livello di parallelismo consumando la minor energia possibile. », racconta il maestro dei transistor.

Il peso dell’esperienza

Sebbene abbia lavorato per ARM e Apple, Gerard Williams si è evoluto anche e soprattutto in un ambiente di massima ottimizzazione, alla ricerca del miglior rapporto prestazioni per watt in chip molto piccoli.

« Oltre alla lettura, ho anni di esperienza nel destreggiarmi tra i milliwatt. Quando abbiamo tali vincoli, siamo obbligati ad avere un approccio globale per progettare i cuori migliori. »

E va anche oltre: “Sto ovviamente parlando degli elementi di design del chip, come il componente fisico. Ma anche il suo ambiente hardware da un lato: devo pensare alla DRAM, all’interconnessione (i circuiti attraverso i quali i componenti si scambiano dati, ndr), aux PMIC (componenti che regolano la corrente elettrica di altri chip, ndr)ecc. Insomma a tutti gli altri componenti che interagiscono con il processore. D’altro canto devo pensare anche agli usi. Vale a dire le esigenze del software di destinazione, il modo in cui è compilato e utilizzerà il nostro chip ».

Questo approccio globale, la cui complessità è tale da dare le vertigini, ha permesso a Qualcomm di fornire una seconda generazione di CPU Oryon.

Un core CPU ultra-promettente che Qualcomm dichiara garantirà il dominio non solo dei core mobili, ma anche dei PC… e dei core automobilistici. Un destino incredibile per un core della CPU che ha iniziato ad alimentare i PC!

Oryon 2, il cuore per fare tutto

“In effetti, è davvero fantastico aver progettato un core della CPU integrato in tre linee di prodotti », dà il benvenuto a Gerard Williams.

Dopo un Oryon di prima generazione limitato ai PC laptop, la revisione 2 di questi core (Prime e Performance) non alimenterà solo Snapdragon 8 Elite e Snapdragon Ride Elite e Cockpit Elite. Prima di essere integrato nel successore dello Snapdragon X Elite che dovrebbe essere annunciato il prossimo anno.

Questa versatilità del core della CPU ha una storia. “ Fin dai primi giorni o settimane in cui sono arrivato a Qualcomm (inizio 2021, ndr)ho detto subito »Lo adatteremo al mobile”. Dato che tutto stava andando molto bene, la direzione ci ha detto che dovevamo integrare questi core anche in un chip automobilistico “, ricorda Gerard Williams.

« ho detto »Ehi, calmiamoci! ”, ma la dinamica era in corso! E quasi istantaneamente, il team si è ritrovato a dover digerire informazioni sui chip automobilistici da un giorno all’altro », relate-t-il. « È stata letteralmente una gara! Abbiamo preso i dati dai team automobilistici di Qualcomm e abbiamo integrato tali informazioni nel giro di poche settimane », spiega l’ingegnere.

Lo stesso design, ma tutto è diverso

« Di per sé, il funzionamento del core della CPU non cambia se si trova su uno smartphone o su un’auto. Alcuni elementi potranno variare, in relazione ai calcoli da effettuare, ma nulla di eccezionale dal punto di vista del disegno fondamentale. È il resto del lavoro ad essere titanico: diversi sono i nodi del processo, diverse sono le proprietà fisiche dei target, nonché la coerenza della memoria », aggiunge.

Infatti, mentre il chip dello smartphone deve funzionare in condizioni di temperatura standard e i possibili crash dell’applicazione non sono la fine del mondo, nel mondo automobilistico funziona diversamente.

La vera sfida automobilistica: la certificazione

I nodi produttivi – cioè i processi di incisione – devono produrre chip in grado di funzionare sia a -30°C che a 50°C al sole. E il minimo disturbo – per non parlare di un incidente – di un’applicazione di guida è semplicemente fuori questione.

Progettare un core della CPU e la sua organizzazione (senza nemmeno parlare del resto del SoC!) è quindi tutt’altro che semplice. E anche quando questo lavoro sarà finito… c’è ancora del lavoro!

« Alla fine, la parte più critica e dispendiosa in termini di tempo della progettazione della versione automobilistica della CPU è stata la certificazione. Era necessario verificare e documentare la microarchitettura, la qualità dei core, il design fisico, ecc. Abbiamo consegnato un enorme rapporto a un team di certificazione. »

Oryon 3, gol altrettanto pazzeschi!

Quando viene annunciato un chip, i team responsabili dei diversi strati dell’architettura rispondono ovviamente alle nostre domande sul prodotto presentato. Ma le loro menti sono già rivolte a ciò che verrà dopo.

Quale seguito a due generazioni di core CPU già straordinari? La squadra riuscirà ancora a garantire guadagni dal 30 al 40% per molto tempo?

« Non posso dirvi che questo sia ciò che riusciremo a fare, ma sì, questo è l’obiettivo », assicura l’ingegnere dallo sguardo dispettoso. Tali obiettivi sono realizzabili quando la Legge di Moore è presumibilmente morta?

« Il mondo delle CPU è molto duro, perché è un campo maturo. È molto difficile guadagnare decine di per cento. Il mio approccio complessivo non si basa solo sul miglioramento della microarchitettura, ma su una serie di elementi. Tuttavia, si registrano progressi in tutti i settori, che si tratti della produzione, dei materiali, della memoria, ecc. E ci sono ancora idee che avevo tanto tempo fa alle quali non ho trovato una soluzione. Ma a volte basta leggere l’articolo giusto perché la situazione si risolva da sola ».

E attenzione alla concorrenza quando Gerard Williams trova l’idea giusta…