Pour le père de la division automobile de Qualcomm Nakul Duggal, le nombre de puces dans les voitures et leur puissance va décupler dans la prochaine décennie. Une montée en puissance nécessaire à la complexité grandissante des tâches de calcul que les véhicules du futur vont devoir résoudre.
La quête de la conduite autonome porte en elle un énorme défi : celui de transformer nos véhicules en véritables petits supercalculateurs. Cette transformation de la voiture « idiote » vers la voiture « intelligente » aiguise l’appétit des champions du monde des semi-conducteurs, prêts à vendre leurs puces à un marché dont la demande en puissance de calcul est en pleine explosion. Parmi les entreprises qui entendent se tailler la part du lion, il y a l’Américain Qualcomm. Connu pour sa place de numéro 1 mondial des processeurs mobiles et autres modems, l’Américain a étendu ses ambitions à la voiture connectée et autonome. Grâce à ses savoir-faire en matière de télécoms d’une part, et en conception de puces de smartphones, d’autre part.
« D’ici à dix ans, les modèles les plus hauts de gamme de voitures disposeront d’une puissance de calcul combinée de leurs puces allant de x7 à x10 par rapport aux meilleurs véhicules actuels », prédit Nakul Duggal, vice-président et responsable de la division automobile de Qualcomm. Un gain de puissance nécessaire avec l’évolution des usages. « Par le passé, il y avait une caméra de recul dans votre voiture. Et son seul usage était d’être appelée par une application de projection du flux vidéo sur l’écran central. Mais désormais, ce sont plusieurs caméras, parfois différentes, qui sont pilotées. En plus du simple affichage, les caméras sont aussi utilisées dans des usages de pilotage, de détection et de sécurité », poursuit M. Duggal. « Le besoin de puissance de traitement est d’une tout autre magnitude ! »
Le nombre de capteurs, caméras et autres, étant en pleine explosion dans nos véhicules – l’électronique devrait représenter 20% du coût des voitures d’ici à 2030 – et les usages étant de plus en plus complexes, il faut donc concevoir des processeurs toujours plus puissants et perfectionnés. Mais contrairement au monde des smartphones où chaque année qui passe voit arriver de nouvelles puces à intervalle parfaitement régulier, la conception des puces de nos voitures est une tout autre affaire.
Des puces extrêmement difficiles à concevoir
Si la « loi » de Moore prédit un doublement des performances des puces informatiques tous les dix-huit mois, celle des puces automobiles dans la prochaine décennie ne saurait être aussi rapide. Elle ralentit d’un côté à cause de la difficulté de plus en plus grande à réduire la taille des circuits. Un mal qui va frapper l’ensemble des puces de pointe. Mais c’est aussi la nature même des plates-formes automobiles, où la sécurité (comprendre ici la stabilité de la plate-forme) compte plus que tout, qui limite la montée en puissance brute. Elle implique également des développements adaptés… et donc plus lents.
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« Concevoir une puce pour voiture est extrêmement plus dur que pour un téléphone », assure Nakul Duggal. Ce vétéran de l’industrie – il a rejoint Qualcomm en 1995 ! – explique que « les calculs simultanés sont non seulement plus nombreux, mais en plus les scénarios d’usage sont aussi plus variés, car il y a tellement de paramètres à prendre en compte et à calculer. ». S’ajoute à cela le fait que les processeurs auto ont une vie autrement plus rock & roll que nos puces de téléphones. « Le besoin naturel de puissance de l’automobile fait que les puces fonctionnent à plus haute fréquence que dans votre smartphone ou votre PC par exemple », explique Nakul Duggal. « Entre le calcul et la chaleur extérieure, elles peuvent parfois fonctionner à plus de 105°C », continue-t-il. « Il faut que les processeurs fonctionnent en tout temps, sans la moindre interruption, ni panne. ». Les puces se doivent donc d’être hyper résistantes et avec zéro défaut. Et c’est notamment là qu’un savoir-faire industriel aide.
L’apport des smartphones n’est pas celui que l’on croit
De prime abord, on pourrait croire que les puces automobiles profitent surtout d’une déclinaison des différentes technologies des smartphones – CPU, GPU, NPU, etc. Cette assertion est en partie erronée. « Nous ne récupérons pas les mêmes blocs technologiques que les smartphones », réfute M. Duggal. « En réalité, nous n’intégrons pas un GPU de téléphone dans les autres puces par exemple. Les différents blocs IP (CPU, GPU, NPU, ISP, etc.) sont désormais développés en tenant compte dès le début de leur conception des différentes déclinaisons dont nous allons avoir besoin. Par exemple, notre NPU Hexagon est, dès le départ, conçu pour être adapté à différents usages. Dans le mobile, sa puissance sera mise à profit pour la prédiction de texte ou l’amélioration des photos. Mais, dans l’automobile, il est utilisé par exemple pour la prédiction des déplacements des véhicules. Il faut prendre cela en compte dès le début afin que les fonctions soient les mieux adaptées aux usages ensuite. »
Ce développement commun des différents « morceaux » de la puce est donc transverse entre toutes les unités de développement des puces de Qualcomm (smartphones, routeurs, PC, voitures, etc.) et s’avère plus horizontal que ce que l’on peut lire çà et là. Pourtant, les puces de smartphones apportent bien un atout critique à leur sœur de l’automobile : « Qualcomm livre environ 100 millions de puces par trimestre, dont la majorité pour les smartphones, donc dans les nodes de production (la finesse de gravure, ndr) les plus récents. Grâce à ces énormes volumes, nous avons pu établir des modèles de production pour obtenir de bons rendements, détecter problèmes et erreurs, et qualifier les nodes les plus récents ». Une force industrielle qui permet à Qualcomm d’utiliser les gravures de pointe pour sa nouvelle plate-forme automobile Snapdragon Flex.
Finesse de gravure de pointe et conception béton
En plus de son coût de production, toute puce électronique doit trouver un équilibre entre trois facteurs physiques appelé PPA : puissance énergétique (Power), performances (P) et surface utilisée (Area). « Avec une puce gravée en 28 nm, il nous est impossible d’atteindre le même niveau de puissance qu’avec les puces actuelles en 5 nm », explique M. Duggal. « La puce serait trop grosse et chaufferait trop ». Il n’y a donc pas d’autre choix que de réduire la taille des puces. Mais la finesse des circuits n’est-elle pas une source de problème comme on le lit souvent ?
« Pas du tout. Comme je vous le disais, d’une part notre très haut volume de production de puces nous permet de parfaitement prédire la qualité finale. Mais en plus, tout dans les processeurs automobiles est conçu pour la résistance et la sécurité. De la manière dont sont agencés les éléments logiques (IP dans le jargon), en passant par la nature des cellules logiques jusqu’au procédés de fabrication, tout est validé et qualifié pour répondre spécifiquement aux contraintes automobiles ». Cette résistance tant physique que logique est d’ailleurs ce qui permet à Qualcomm de créer une puce tout-en-un avec Snapdragon Flex. Interrogé sur le risque de voir disparaître la redondance des multiples puces qui gèrent aujourd’hui l’aide à la conduite, l’ABS, le système de navigation, etc. il rétorque que « cela aussi est pris en compte. Du point de vue matériel comme du point de vue logiciel ».
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Cette confiance dans les performances et la robustesse de sa solution, M. Duggal la porte jusqu’au succès espéré de la plate-forme. Interrogé sur qui est le principal concurrent de Qualcomm dans le domaine des plates-formes automobiles complètes – Nvidia ? Intel ? – M. Duggal affirme que « nous n’en avons pas vraiment. Nous avons évidemment des bons concurrents dans certains domaines comme la très bonne solution de Mobileye que vous avez mentionné. Mais notre savoir-faire dans le domaine des réseaux couplé à notre capacité à rapidement concevoir des puces tout-en-un est un ADN difficile à répliquer. » L’avenir dira si Qualcomm séduira une industrie automobile qui est désormais condamnée à numériser tous les éléments de ses véhicules. Qui seront bientôt plus des ordinateurs qui roulent que des « voitures intelligentes ».