Conocimos al ingeniero que hace tambalear a Intel, AMD y Apple

Es un genio que probablemente no conozcas. Y, sin embargo, seguramente has aprovechado los frutos de su trabajo.

Si tenías un Samsung Galaxy S4 (2013), él fue quien desarrolló la arquitectura CPU (Cortex-15) del procesador Exynos de la época, cuando estaba en ARM.

¿Ha tenido iPhones desde el período iPhone 5S (2013) hasta XR (2018)? La CPU: era él otra vez.

¿Te has comprado una Macbook con chip M1? Nuevamente, la CPU fue firmada con un nombre: Gerard Williams III.

Un sufijo que no le gusta especialmente ya que ” Esto a veces causa problemas en los aeropuertos.“, explica este hombre de cincuenta años, ahora responsable del desarrollo de CPU en Qualcomm. Un hombre que es una de las “armas letales” del grupo.

La pregunta esencial

Después de dejar Apple para fundar Nuvia –no sin dejar una gran trayectoria en CPU para Apple–, el hombre discreto, pero seguro de sus palabras, vio cómo la empresa que cofundó era comprada por el gigante de los chips móviles Qualcomm. Este último vio en sí mismo y en la tecnología de Nuvia el Grial para (¡por fin!) triunfar en su apuesta en el mundo de los chips para PC.

Tuvimos la oportunidad de conocer al hombre durante la Snapdragon Summit, la gran conferencia anual de Qualcomm.

Una conferencia durante la cual la compañía presentó la versión 2 de su núcleo CPU Oryon. Un corazón que muestra un progreso sorprendente respecto a la primera generación.

Así que empezamos preguntándole la pregunta esencial : ¿Cómo lograron él y su equipo extraer más de un 40% más de rendimiento de un núcleo de CPU ya reconocido por su potencia y eficiencia?

« Cuando desarrollas un procesador, haces una larga lista de cosas por hacer y mejorar y logras lo que puedes en el tiempo disponible. Nunca se puede lograr todo, hay que tomar decisiones. A Oryon nos quedaba mucho en la lista.“, explica Gerard Williams, refiriéndose al primer núcleo Oryon que se encuentra en los chips para PC de Qualcomm, el Snapdragon X Elite y el Snapdragon X Plus.

« Para esta nueva versión del núcleo Oryon, también nos beneficiamos de los comentarios de la primera versión. Y hemos mejorado no sólo la microarquitectura, el aumento de frecuencia, sino también el consumo de energía. Este fue también el punto importante de esta nueva versión. », dice el ingeniero jefe.

Como este núcleo tenía que integrarse en el SoC de un teléfono inteligente, “lEl núcleo de la CPU se ha optimizado aún más para ofrecer la mejor relación rendimiento/vatios que pudimos producir. ».

Un devorador de artículos científicos

En el secreto de sus laboratorios, Gerard Williams está acompañado de un equipo. Un equipo que está en parte en el origen de su eficacia: “ Todos nos conocemos muy bien y desde hace mucho tiempo. », describe.

« Sabemos cuáles son nuestras fortalezas y debilidades. Y, sobre todo, somos intencionadamente pocos. He trabajado en otras empresas con equipos grandes y he visto los escollos que esto puede tener. »

Sorprendentemente, lejos de limitarse a puros diseños, su equipo se ensucia las manos. “Desde las primeras etapas de la simulación, el equipo dedica mucho tiempo a medir el rendimiento con puntos de referencia para comprender cómo se comportará el software. », dijo Gerard Williams.

Además de este apoyo con el que puede contar, Gerard Williams es un voraz de publicaciones científicas. “ Leo todo lo que puedo para estar a la vanguardia en todo. No basta con ser bueno en el diseño de CPU, es necesario conocer perfectamente la naturaleza de los transistores y, obviamente, dominar la microarquitectura. Pero también hay que entender los procesos de fabricación, los fenómenos electromagnéticos, entender el software, es decir cómo circula el código en el chip, cómo funciona un compilador, etc.. »

Agregando eso “Todos los equipos de diseño juegan con las mismas fábricas (fábricas de producción, nota del editor) y las mismas limitaciones. Ya sea el número finito de capas metálicas de los chips, las mismas celdas de 60 bits, las mismas bibliotecas. El juego consiste en comprender todos los aspectos que te mencioné para diseñar unidades que operarán con un alto nivel de paralelismo y consumirán la menor energía posible. », relata el maestro de los transistores.

El peso de la experiencia.

Aunque trabajó para ARM y Apple, Gerard Williams también y sobre todo evolucionó en un entorno de máxima optimización, en busca de la mejor relación rendimiento por vatio en chips muy pequeños.

« Además de leer, tengo años de experiencia haciendo malabarismos con milivatios. Cuando tenemos tales limitaciones, estamos obligados a tener un enfoque global para diseñar los mejores corazones.. »

Y va aún más lejos: “Me refiero, por supuesto, a los elementos de diseño del chip, como el componente físico. Pero también, por un lado, su entorno de hardware: tengo que pensar en la DRAM, la interconexión (los circuitos mediante los cuales los componentes intercambian datos, nota del editor), PMIC auxiliar (componentes que regulan la corriente eléctrica de otros chips, nota del editor)etc. En definitiva, a todos los demás componentes que interactúan con el procesador. Por otro lado, también tengo que pensar en usos. Es decir las necesidades del software de destino, la forma en la que está compilado y utilizará nuestro chip. ».

Este enfoque global, cuya complejidad es suficiente para marear, ha permitido a Qualcomm presentar una segunda generación de CPU Oryon.

Un núcleo de CPU muy prometedor que Qualcomm afirma garantizará el dominio no sólo de los núcleos móviles, sino también de los de PC… y de automóviles. ¡Un destino increíble para un núcleo de CPU que comenzó a alimentar las PC!

Oryon 2, el corazón para hacerlo todo

“De hecho, es realmente fantástico haber diseñado un núcleo de CPU integrado en tres líneas de productos. », da la bienvenida a Gerard Williams.

Después de un Oryon de primera generación limitado a computadoras portátiles, la revisión 2 de estos núcleos (Prime y Performance) no solo alimentará el Snapdragon 8 Elite y el Snapdragon Ride Elite y Cockpit Elite. Antes de integrarse en el sucesor del Snapdragon X Elite que debería anunciarse el próximo año.

Esta versatilidad del núcleo de la CPU tiene una historia. “ Desde los primeros días o semanas llegué a Qualcomm (principios de 2021, nota del editor)inmediatamente dije »Lo vamos a adaptar al móvil”. Como todo iba muy bien, la dirección nos dijo que también teníamos que integrar estos núcleos en un chip de automoción. “, recuerda Gerard Williams.

« Yo dije »¡Oye, calmémonos! ”, ¡pero la dinámica estaba en marcha! Y casi instantáneamente, el equipo se vio obligado a digerir información sobre chips automotrices de un día para otro. », relatar-t-il. « ¡Fue literalmente una carrera! Tomamos datos de los equipos automotrices de Qualcomm e integramos esa información en cuestión de semanas. », explica el ingeniero.

El mismo diseño, pero todo es diferente.

« En sí mismo, el funcionamiento del núcleo de la CPU no cambia ya sea en un teléfono inteligente o en un automóvil. Algunos elementos pueden variar, en relación a los cálculos a realizar, pero nada excepcional desde el punto de vista del diseño fundamental. Es el resto del trabajo lo que es titánico: los nodos del proceso son diferentes, las propiedades físicas del objetivo también, así como la coherencia de la memoria. », añade.

De hecho, si bien el chip de su teléfono inteligente debe funcionar en condiciones de temperatura estándar y los posibles fallos de las aplicaciones no son el fin del mundo, el mundo del automóvil funciona de manera diferente.

El verdadero desafío del automóvil: la certificación

Los nodos de fabricación, es decir, los procesos de grabado, deben producir chips capaces de funcionar tanto a -30°C como a 50°C al sol. Y la más mínima perturbación (y mucho menos una colisión) de una aplicación de conducción está simplemente fuera de discusión.

Por lo tanto, diseñar un núcleo de CPU y su organización (¡sin siquiera hablar del resto del SoC!) no es nada fácil. E incluso cuando este trabajo esté hecho… ¡todavía hay trabajo!

« Al final, la parte más crítica y que requería más tiempo del diseño de la versión automotriz de la CPU fue la certificación. Fue necesario verificar y documentar la microarquitectura, la calidad de los núcleos, el diseño físico, etc. Entregamos un informe enorme a un equipo de certificación.. »

Oryon 3, ¡goles igualmente locos!

Cuando se anuncia un chip, los equipos encargados de las diferentes capas de la arquitectura obviamente responden a nuestras preguntas sobre el producto presentado. Pero sus mentes ya están pensando en lo que sigue.

¿Qué sucederá a dos generaciones de núcleos de CPU ya extraordinarios? ¿Podrá el equipo conseguir ganancias del 30 al 40% durante mucho tiempo?

« No puedo decirles que esto es lo que lograremos, pero sí, ese es el objetivo. », asegura el ingeniero de aspecto travieso. ¿Son alcanzables tales objetivos cuando la Ley de Moore supuestamente está muerta?

« El mundo de las CPU es muy duro porque es un campo maduro. Es muy difícil ganar decenas de por ciento. Mi enfoque general no se basa sólo en mejorar la microarquitectura, sino en una serie de elementos. Sin embargo, hay avances en todos los ámbitos, ya sea fabricación, materiales, memoria, etc. Y todavía hay ideas que tuve hace mucho tiempo a las que no he encontrado solución. Pero a veces basta con leer el artículo adecuado para que la situación se resuelva sola. ».

Y cuidado con la competencia cuando Gerard Williams encuentre la idea correcta…