Avec l'arrivée prochaine de la PlayStation 5 et de la Xbox Series X, beaucoup d'entre vous cherchent probablement à effectuer une mise à niveau importante. Les capacités massivement améliorées des deux consoles, en termes de capacités CPU et GPU, sont en grande partie dues au matériel qu'elles exploitent. Les deux consoles sont construites autour de SoC AMD semi-personnalisés, combinant des cœurs de processeur Zen 2 et des GPU RDNA2 pour un véritable saut générationnel. Mais comment ce silicium est-il fabriqué exactement ? Les SoC ne sont pas seulement un composant qui est inséré dans votre PlayStation ou Xbox sur la chaîne de montage. Il y a une quantité considérable de réflexion, d'efforts et de travail dans la construction de chaque puce. Plongeons en profondeur et explorons comment le silicium de la console est fabriqué.
Qui fabrique réellement le silicium de la console ? Ce n'est pas aussi simple qu'on pourrait le penser
Avant d'aborder le comment de la fabrication, commençons par le qui. Qui fabrique les SoC au cœur de chaque PlayStation 5 et Xbox Series X et Series S qui sortent de la chaîne de fabrication ? Les fabricants de consoles ne sont pas responsables. Ni Sony ni Microsoft ne sont dans le secteur de la fabrication de semi-conducteurs. Ces deux pièces sont des pièces AMD, vous supposeriez donc logiquement qu'AMD fabrique les puces. Mais ce n'est pas tout à fait vrai non plus. AMD avait sa propre fonderie de silicium jusqu'à il y a environ 8 ans, lorsqu'elle s'est complètement séparée de GlobalFoundries. AMD est ce qu'on appelle un fabricant de silicium « sans usine ». Non, ce n'est pas fabuleux avec quelques fautes de frappe. Les fabricants Fabless ne fabriquent rien eux-mêmes. Les fabricants Fabless comme AMD, Qualcomm, NVIDIA et Apple conçoivent des chipsets.
Ils font le travail d'ingénierie pour construire des puces qui atteignent les objectifs de performances, de prix et d'efficacité. Ils sous-traitent ensuite les responsabilités de fabrication à une fonderie de silicium. TSMC est la fonderie de choix d'AMD et, comme son nom l'indique (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), son siège social est à Taiwan avec des fonderies à travers le monde. TSMC est la troisième plus grande fonderie au monde. Les deux plus grands, Intel et Samsung, ont des chaînes d'approvisionnement entièrement intégrées. Samsung, en particulier, fait tout, de la construction de silicium à son intégration dans ses propres téléphones.
Les puces de console semi-personnalisées d'AMD font partie des commandes les plus importantes que TSMC gère : plus de 150 millions d'unités PlayStation 4 et Xbox One ont été vendues au cours des 7 dernières années. Cela fait beaucoup de puces AMD fabriquées par TSMC. Mais avant que TSMC puisse se lancer dans la construction d'un SoC PlayStation 5 ou Xbox Series X, le processus de conception doit être pris en charge par, vous l'avez deviné, AMD.
Conceptions de puces semi-personnalisées : utiliser l'ancien de manière nouvelle
Les APU alimentant à la fois la PlayStation 5 et la Xbox Series X sont des puces semi-personnalisées. Les deux fabricants ont l'habitude de faire circuler ce mot. Mais qu'est-ce que ça veut dire exactement?
Concevoir un SoC entièrement personnalisé est une immense entreprise. Cela peut coûter des centaines de millions de dollars ou même plus. Vous parlez de concevoir un nouveau cœur de CPU, un nouveau GPU, une connectivité E/S et même le substrat qui maintient tout ensemble. En conséquence, peu de fabricants de SoC conçoivent réellement des puces entièrement personnalisées, de bout en bout. Apple le fait et l'obscur Tegra X1 Denver de NVIDIA en est un autre exemple, mais les SoC entièrement personnalisés sont l'exception, pas la règle.
Les SoC semi-personnalisés prennent des conceptions de puces existantes et les intègrent de nouvelles façons. C'est ce que nous voyons avec le SoC sur la PlayStation 5 et la Xbox Series X. Ces deux parties tirent parti de la conception du processeur Zen 2 d'AMD et de son GPU RDNA2. Zen 2 a déjà été utilisé dans l'expédition de produits, à savoir les processeurs grand public de la série Ryzen 3000 d'AMD et leur gamme de serveurs EPYC Rome. RDNA2, à proprement parler, n'a pas encore atteint un produit d'expédition. Mais le GPU RX 6000 "Big Navi" d'AMD, qui est prévu pour une révélation en octobre 2020, pourrait faire de la PlayStation 5 et de la Xbox Series X la première pièce RDNA2 expédiée.
Contrairement aux CPU et aux GPU, un SoC est un système autonome sur une puce, avec tout intégré ensemble sur une seule matrice : le GPU, le CPU, le substrat, les E/S et la mémoire sont tous regroupés. Parce qu'il y a moins de pièces mobiles, il est souvent plus rentable de demander à TSMC de construire un SoC pour vous, plutôt qu'un CPU et un GPU séparés.
Les fabricants de consoles jouent un rôle important à ce stade dans le choix du type de SoC qu'ils souhaitent construire. Un certain nombre de facteurs entrent en jeu ici. La taille de la matrice - la taille de chaque puce SoC - est directement corrélée au coût unitaire. Les matrices plus grandes peuvent accueillir des conceptions de CPU et de GPU plus grandes, ce qui signifie plus de puissance. Cependant, cela se traduit également par des thermiques plus élevés et une plus grande consommation d'énergie. L'équipe de conception d'AMD travaille en tenant compte des exigences des fabricants de consoles pour proposer des conceptions de SoC de console semi-personnalisées qui correspondent aux attentes du fabricant de consoles en termes de performances, de coût, de taille de puce et d'alimentation.
La fonderie fabrique les puces : comme l'impression de documents, sauf en beaucoup plus complexe
Une fois la conception verrouillée, le fabricant sans usine travaille avec la fonderie (TSMC dans ce cas) pour faire fabriquer les puces. La fabrication de SoC ressemble beaucoup à l'impression, sauf qu'elle est infiniment plus complexe. AMD partage sa conception de circuit pour le SoC avec TSMC. Et, ensuite, en utilisant un processus appelé photolithographie, la fonderie grave cette conception, avec des milliards de transistors sur une plaquette de silicium. Le dopage, un processus par lequel les impuretés qui modifient la conductivité du silicium, est utilisé pour créer des zones microscopiques d'unipolarité, qui s'intègrent dans les portes logiques, puis dans les transistors. La fonderie prend une conception de circuit incroyablement intégrée, jusqu'à des transistors de quelques nanomètres de diamètre, et l'imprime sur le silicium par lithographie. Le développement des techniques lithographiques coûte très cher. De plus, les rendements ne sont pas de 100 % – toutes les matrices ne fonctionnent pas avec tous les composants pleinement fonctionnels. Ensemble, ces facteurs et d'autres influencent le coût de chaque SoC PlayStation 5 ou Xbox Series X.
Conclusion : Mettre la puce dans la console
Le SoC, le cœur battant de la console qui fait tout le travail, est fabriqué par TSMC. Microsoft et Sony collent les puces SoC dans le châssis de la console et assemblent les autres composants, y compris le stockage et la solution de refroidissement. Mettez tout cela ensemble et vous obtenez une console de neuvième génération.
