Couverture ElectroniqueS n°127

Quelque peu mis sous l'éteignoir par les tablettes l'an dernier, les smartphones ont fait un retour en force remarqué lors de l'édition 2012 du Mobile World Congress. Surpuissants et multimédia en diable, ils n'hésitent désormais plus à embarquer des processeurs d'applications à quatre cœurs. une fréquentation record l'édition 2012 du Mobile World congress qui s'est tenue à Barcelone du 27 mars au 1 er avril a attiré plus de 67000 visiteurs, dont quelque 3500 ceo, venus de 205 pays. ce qui constitue un nouveau record de fréquentation (pour mémoire, la cuvée 2011 avait réuni un peu plus de 60000 personnes). par rapport à l'an dernier, le nombre d'exposants, soit environ 1500, était également en hausse. selon l'association GsMa, outre les traditionnels protagonistes présents sur le marché de la téléphonie mobile, cette année la manifestation a accueilli beaucoup plus d'acteurs issus de secteurs verticaux comme l'automobile ou la santé. pour preuve de cette ouverture, la «maison connectée» du GsMa illustrant notre futur mode de vie dans lequel toutes les personnes et objets profiteront d'une connectivité sans fil, intelligente. parmi les thèmes les plus en vue abordés lors des conférences, des débats ou des discussions: les problèmes de congestion des réseaux pour faire face à l'explosion des volumes de données transmis, le développement du paiement sur mobile, l'informatique en nuage (cloud computing)… en raison de son succès, le prochain Mobile World congress se tiendra à Barcelone, du 25 au 28 février 2013, non plus au fira Montjuïc mais dans le plus spacieux fira Gran via. D otés d'écrans de grande taille et de capteurs d'images de très haute définition (41 Mpixels avec optique Carl Zeiss pour le Nokia 808 PureView !), pourvus d'une connectivité NFC pour certains, prêts pour la 4G pour d'autres… les smartphones s'étaient parés de leurs plus beaux atours pour s'afficher au Mobile World Congress. Les performances multimédia haut de gamme de rigueur mettent dès lors fortement à contribution les concepteurs et les fabricants de puces chargées de digérer et de traiter rapidement de volumineux flux de données, sans soutirer une énergie excessive à la batterie. Si l'an dernier avait vu poindre les premiers smartphones dotés de processeurs d'applications à deux cœurs (le cabinet d'études Berg Insight estime à 60 millions le nombre de smartphones ainsi pourvus vendus en 2011), cette édition aura été marquée par la présentation d'une première vague de produits exploitant des circuits à quatre cœurs. Ainsi en est-il de l'Optimus 4X HD sous Android 4.0 (alias ICS, Ice Cream Sandwich) du sud-coréen LG, premier smartphone officiellement annoncé intégrant le Tegra 3 à quatre cœurs Arm Cortex-A9 de Nvidia. Gravé en 40 nm, ce circuit met en œuvre une technologie originale dite vSMP (variable Symmetric Multi-Processing) consistant à exploiter un cinquième cœur CPU à basse consommation. Tournant à fréquence réduite (500MHz max. au lieu de 1,5GHz) afin de soulager la batterie, ce cœur compagnon est mis à contribution lorsque les tâches demandées sont peu exigeantes en termes de puissance de traitement. Les cœurs principaux sont, quant à eux, individuellement et automatiquement activés en fonction de la charge de travail. lors du salon ont été exposés quelques smartphones dotés de processeurs à quatre cœurs. c'est notamment le cas de l'ascend D de Huawei. celui-ci embarque la puce propriétaire K3v2, que l'on trouve par ailleurs dans une tablette de la même société. Du côté des performances graphiques, le Tegra 3 n'est pas en reste. Avec son GPU GeForce à 12 cœurs, il est en effet trois fois plus performant que le Tegra 2. Outre LG, d'autres sociétés ont dévoilé des smartphones à base de Tegra 3 : le taïwanais HTC (avec son One X), le chinois ZTE (avec Era) ou encore Fujitsu (Ulta High Spec). Mais le plus surprenant aura sans doute été le lancement par Huawei de l'Ascend D, modestement qualifié de smartphone le plus véloce du marché. Celui-ci embarque le K3V2, un processeur d'applications propriétaire (on le trouve également dans une tablette du chinois). Cette puce fabriquée par TSMC selon un procédé 40nm a été développée par HiSilicon Technologies, une société créée en 2004 sur les fondations du centre de conception d'Asic de Huawei. Comme le Tegra 3, le K3V2 tire profit de quatre Cortex-A9 (à 1,2 GHz ou 1,5GHz), auxquels s'ajoutent un GPU à 16 cœurs et divers accélérateurs. L'un des facteurs différenciateurs concerne le doublement de la largeur du bus mémoire, soit 64 bits au lieu de 32 bits. Si Qualcomm a aussi dans ses valises un processeur quadricœur de la famille Snapdragon S4 (APQ8064 en 28nm) dévoilé lors de l'édition 2011 du MWC. Les premiers terminaux en tirant profit ne sont cependant pas prévus avant la fin de l'année. Pour l'heure, smartphones et tablettes se satisfont de modèles Snapdragon à deux cœurs comme le MSM8960. A cet égard, l'américain a annoncé une version boostée de ce dernier. Qualifié de Snapdragon S4 « Pro », le nouveau venu embarque, à l'instar de son prédécesseur, un double CPU d'architecture Krait, un modem multimode 3G/4G universel affublé de DSP Hexagon et une unité de traitement graphique avec accélérateurs audio/vidéo matériels. Pour ce qui est de cette dernière entité, le GPU programmable Adreno 225 laisse désormais sa place à un Adreno 320 pour des performances globalement multipliées par quatre. Selon Qualcomm, plus de 120 projets exploitant des Snapdragon S4 sont en développement chez les OEM. Bénéficiant d'un haut niveau d'intégration, le processeur de communication Mp5232 à double cœur cortex-a9 de renesas Mobile entend abaisser fortement le prix d'un smartphone 3G/4G. des cortex mis à toutes les sauces Texas Instruments mettait de son côté en lumière sa plate-forme OMAP 5, dont les premiers éléments avaient été annoncés l'an dernier. Pour les smartphones et tablettes, le cheval de bataille de l'américain est constitué par le processeur OMAP5430 en 28nm. L'architecture fait ici appel à deux Cortex-A15 à 2GHz soutenus par deux Cortex-M4. Ces derniers sont assignés au traitement en temps réel des tâches multimédia (comme le codage/décodage vidéo) afin de soulager les processeurs généralistes principaux. La partie graphique est prise en charge par deux GPU PowerVR SGX544 d'Imagination Technologies et par un accélérateur 2D propriétaire. Une variante, estampillée OMAP5432, en boîtier de 17x17mm (au lieu de 14x14mm) supporte en sus la mémoire DDR3. Pour sa part, Renesas Mobile mise sur le MP5232, un circuit combinant notamment : un processeur à deux cœurs Arm Cor-tex-A9 cadencés à 1,5 GHz, une unité de traitement graphique 2D/3D (également un PowerVR SGX licencié auprès d'Imagination Technologies) et la partie modem triple mode Edge/DC-HSPA+/LTE (jusqu'à 150Mbit/s et 50Mbit/s en voies descendante et montante, respectivement). « Avec notre plate-forme mobile qui combine bande de base et processeur d'applications dans un circuit 28nm à fort niveau d'intégration, nous allons doter les smartphones situés dans une échelle de prix comprise entre 150 $ et 300 $ de performances haut de gamme », prophétise David McTernan, directeur marketing «stratégie et communication» chez Renesas Mobile. En partenariat avec Ericsson, la société a en outre fait la démonstration d'une liaison sans fil à 150 Mbit/s, en liaison descendante, avec un terminal LTE de catégorie 4 (selon la Release 8 des spécifications 3GPP). Celle-ci mettait en évidence les capacités du modem 2G/3G/4G SP2531 de Renesas Mobile. Une même politique d'intégration poussée a été adoptée par ST-Ericsson. La société a ainsi levé le voile sur sa plate-forme NovaThor L8540 pour smartphones et tablettes tactiles. Bâtie sur les fondations de la NovaThor L9540, celle-ci tire profit d'une puce 28nm associant un processeur d'applications à deux cœurs Arm Cortex-A9 cadencés à 1,85GHz, une unité de traitement graphique tournant à 500 MHz (sans surprise un PowerVR SGX544) et un modem multimode LTE/HSPA+/TDSCDMA. Les performances multimédia sont à la hauteur des éléments embarqués: codage vidéo 1 080 p et lecture de flux vidéo jusqu'à 60 images par seconde, support d'une grande variété de codecs (H264 HP, VC-1, Mpeg4), fonction caméscope 3D 1 080 p, prise en charge des écrans WUXGA (1 920 x 1200 pixels), compatibilité avec les imageurs de 20 Mégapixels… Globalement, la plate-forme accepte jusqu'à 8 bandes 2G/3G/4G et dispose des modes de connexion pour la prise en charge de Bluetooth, du Wi-Fi, du GPS, de la radio FM et de NFC. baptisée airfast, la nouvelle famille de transistors de puissance de Freescale semiconductor comprend le premier ldmos 48v conçu pour les stations de base cellulaires exploitant la bande de fréquence 720MHz à 960MHz. Enfin, par l'intermédiaire de son Pdg Paul Otellini, Intel a dévoilé sa feuille de route concernant ses futurs systèmes sur puce Atom en 32nm. Notamment un processeur Z2580, avec modem 2G/3G/LTE, deux fois plus puissant que le Z2460 (alias Medfield). Il est prévu pour le premier semestre 2013. Il a aussi été question du Z2000, équipé d'un seul cœur à 1 GHz, destiné aux smartphones d'entrée de gamme. Son échantillonnage interviendra en milieu d'année. La gamme Atom évoluera l'an prochain vers une technologie 22 nm, sachant que la société est d'ores et déjà impliquée dans une phase de développement de puces en 14nm. La «station de base sur une puce» monte en puissance L'an dernier, Freescale Semiconductor et Texas Instruments avaient mis l'accent sur leurs politiques respectives en matière de « station de base sur une puce » (la partie bande de base). Les deux protagonistes ont désormais passé la vitesse supérieure. Ainsi, Freescale Semiconductor a ajouté un élément à sa famille QorIQ Qonverge. Rappelons que les SoC issus de cette gamme sont bâtis autour de trois unités principales: des processeurs d'architecture Power, des DSP StarCore et des accélérateurs Maple pour doper le traitement des algorithmes bande de base. la famille tritium duo de triQuint semiconductor est composée de doubles amplificateurs de puissance avec filtres duplexeurs. ceux-ci sont proposés dans des boîtiers de 6x4,5x1mm seulement. Alors que les circuits précédents visaient le marché des femtocellules (8 à 16 utilisateurs) et des picocellules (32 à 100 utilisateurs), le B4860 s'adresse quant à lui aux stations de base macrocellulaires W-CDMA et LTE (FDD et TDD). «Notre produit dispose par ailleurs de capacités suffisantes pour supporter le LTE-Advanced, même si, aujourd'hui, il n'y pas encore de services déployés par les opérateurs», précise Frédéric Haine, directeur général Europe, pour le groupe Réseaux et Multimédia de Freescale. Réalisé en technologie 28nm, ce processeur bande de base intègre quatre cœurs Power 64 bits de type e6500 à 1,8GHz. L'adoption d'une version améliorée de l'unité de traitement vectoriel AltiVec (pourvue d'un jeu d'instructions SIMD) se traduit ici par un déroulement accéléré des algorithmes de la couche 2. Beaucoup plus puissants que leurs aînés e500 (les benchmarks réalisés font état d'une amélioration d'un facteur 2,4 des performances), les e6500 sont aptes à exécuter deux tâches (thread) en parallèle. Ils sont épaulés par pas moins de six cœurs de DSP StarCore SC3900 (dits FVP, Flexible vector processor) cadencés à 1,2GHz. Prévu pour un échantillonnage au second trimestre 2012, le B4860 va fortement simplifier la conception des cartes. « Par rapport aux solutions actuellement déployées dans l'industrie, notre B4860 va permettre une réduction des coûts d'un facteur quatre et de la consommation d'un facteur trois », estime Frédéric Haine. De son côté, Texas Instruments a annoncé le TMS320TCI6636, son premier SoC exploitant l'architecture multicœur KeyStone II à accès non bloquants. Par rapport à KeyStone I, les améliorations sont d'importance. Ainsi, le nombre de cœurs de DSP C66x est passé de quatre à huit afin de booster le traitement de la couche 1. Rappelons que ces DSP cadencés à 1,2 GHz disposent de capacités de calcul en virgule fixe ou flottante. Le nombre d'accélérateurs pour le traitement des algorithmes FFT a également été multiplié par deux. Mais la grande nouveauté réside dans l'ajout de quatre cœurs Risc Cortex-A15 à 1,2 GHz qui ont pour effet de réduire singulièrement le coût système. Par ailleurs la bande passante et la capacité mémoire ont été accrues. Outre les mémoires cache de second niveau pour les cœurs Risc/DSP, le TCI6636 inclut 6Mo de Ram de troisième niveau partagée, portant la taille mémoire embarquée à 18Mo. Les autres améliorations sont en rapport avec un jeu de périphériques plus étoffé (contrôleur USB 2.0/3.0, interface USIM, contrôleur EMIF asynchrone pour l'accès aux mémoires flash Nand/Nor, commutateur Gigabit Ethernet à quatre ports), un bloc «Multicore Navigator» plus performant pour la gestion des paquets… Enfin, si les produits issus de la première génération KeyStone étaient gravés en 40 nm, le TCI6636 bénéficie d'un procédé 28nm. Texas Instruments affirme que son poulain est paré pour la venue du LTE-Advanced, avec la possibilité d'une largeur de bande accrue grâce à l'agrégation de porteuses. Toujours pour les infrastructures cellulaires, signalons également le processeur de communication AXM2500, membre de la famille Axxia de LSI. Cette puce 28nm à cœurs PowerPC 476FP et accélérateurs matériels réunit les fonctions de gestion de trafic, de sécurité et de traitement des paquets, de pont (comme un commutateur Ethernet), de transport et d'interconnexion. Le rendement des amplificateurs de puissance en question Maximiser la durée de vie de la batterie a toujours été l'un des principaux défis auxquels ont été confrontés les concepteurs de téléphones cellulaires. Avec l'arrivée du 4G, le problème est exacerbé par des puissances de traitement à l'avenant, des débits de données en hausse, la nécessité de supporter de nombreuses bandes de fréquences pour une itinérance globale, etc. Selon l'anglais Nujira, devoir recharger deux ou trois fois par jour son mobile 4G ne va guère inciter l'utilisateur à opter pour un tel choix. A cet égard, l'amplificateur de puissance s'avère être l'une des entités les plus voraces en énergie. Son rendement limité a non seulement un impact sur la durée de vie de la batterie, mais soulève également le délicat problème de l'élévation de la température dans l'appareil qui en résulte. Pour y remédier, Nujira a introduit le premier produit de la famille Coolteq.L pour smartphones 4G. Référencé NCT-L1100, ce circuit en boîtier WLCSP vise à remplacer le traditionnel convertisseur DC-DC à découpage. Une technique de suivi de d'enveloppe du signal RF est ici mise en œuvre. Cette dernière consiste à moduler de façon dynamique la tension d'alimentation de l'étage de puissance en fonction de l'enveloppe RF. « Nous utilisons déjà cette méthode de tracking dans nos modules pour les têtes radio déportées et les stations de base WiMAX/LTE. Mais c'est la première fois qu'elle est implantée dans un composant destiné au marché des téléphones mobiles », précise James McGonigal, directeur marketing produit chez Nujira. Coolteq.L fait appel à une seconde technique, dite Isogain, dont la mission est de linéariser le PA, alors maintenu dans un régime de compression, sans faire appel à un système de prédistorsion numérique complexe. Un bénéfice maximal est tiré lorsque les signaux affichent un facteur de crête élevé, ce qui est précisément le cas pour HSUPA et LTE. Nujira avance des rendements supérieurs à 80 %, alors que la bande passante de canal de 20MHz max. du LTE est aussi supportée par le NCT-L1100. La technologie a déjà été validée en vue d'une intégration système dans les plates-formes de deux vendeurs de chipsets de premier ordre. Pour les smartphones 3G/4G de prochaine génération, TriQuint Semiconductor mettait en exergue la famille Tritium Duo, composée de doubles amplificateurs de puissance avec filtres duplexeurs. Affichant des dimensions de 6x4,5 x1mm, ces modules PAD (Power Amplifier & Duplexer) sont caractérisés par une grande compacité. Pour ce faire, ils mettent à profit une technologie propriétaire, dite CuFlip (Copper Flip), déjà bien éprouvée. Celle-ci consiste à faire appel à une technique « flip chip » (puce retournée) et à remplacer les traditionnels fils d'interconnexion par des bumps en cuivre. Chaque module se substitue jusqu'à une douzaine de composants discrets. Dans l'optique d'une solution quadribande, avec deux Tritium Duo, la surface occupée sur la carte se résume alors à 50mm 2 .Soit moitié moins qu'une approche discrète comparable. stMicroelectronics a fait la démonstration qu'avec un smartphone il était possible d'obtenir des informations de géolocalisation de grande précision en intérieur. et ce en associant la technologie sirFusion de csr et une centrale inertielle à Mems. La série se décline en trois éléments (les TQM6M6214/18/25) se différenciant selon les bandes de fréquences couvertes en fonction des zones géographiques. Les amplificateurs de puissance introduits par Anadigics concourent dans la même catégorie que ceux de TriQuint. Il s'agit là en effet de modèles bibandes avec duplexeurs destinés aux mobiles W-CDMA et LTE. Présentés dans des boîtiers de 6x4,5x1mm, ces modules PAD font appel à la technologie HELP (High Efficiency at Low Power) de troisième génération de l'américain. Celle-ci entend faire chuter la consommation sans faire appel à un régulateur de tension externe. Les nouveaux venus disposent ainsi de trois modes de polarisation afin de bénéficier d'un bon rendement, quel que soit le niveau de la puissance de sortie. Le courant de repos, 4 mA, est qualifié d'exceptionnellement bas par la société. Les trois membres de la famille sont les AWT6641 (bandes UMTS 1 et 5), AWT6645 (bandes UMTS 2 et 5) et AWT6648 (bandes UMTS 1 et 8). Enfin, RF Micro Devices et Skyworks Solutions ont tous deux largement étoffé leur offre en matière d'amplificateurs de puissance. Le premier avec six PA de seconde génération pour applications LTE. De telle sorte que la gamme de l'américain est désormais à même de couvrir une grande diversité de bandes de fréquences W-CDMA (bandes 1, 2, 3, 4, 5, 8) et LTE (bandes 4, 7, 11, 13, 17,18, 20 et 21). Le second a quant à lui annoncé des frontaux 3G/4G à fort rendement. Réunis sous la bannière SkyHi, ces modules sont destinés aux smartphones, aux tablettes et aux cartes de données. Le transistor Ldmos a encore de beaux jours devant lui Côté stations de base LTE ou multistandard, Freescale Semiconductor a levé le voile sur une nouvelle famille de transistors de puissance RF baptisée Airfast. D'un côté, le modèle AFT09VP350N est le premier LDmos 48 V spécifiquement conçu pour les applications cellulaires exploitant la bande de fréquence 720MHz à 960MHz. Dans une configuration classique de type Doherty, la puissance crête délivrée est ici de + 57 dBm (500 W). Ce qui, par rapport à l'existant, se traduit par une densité de puissance quasi doublée. Selon la société, ce transistor remplace les deux ou trois boîtiers aujour-d'hui requis pour obtenir une telle performance. Entre 920 MHz et 960MHz, à une puissance moyenne de 50W en Doherty, il affiche un rendement de 49% et un gain de 19dB. Le tout en se conformant aux exigences en matière de linéarité de la norme GSM àpor-teuses multiples. De l'autre, le modèle AFT26HW050GS est un LDmos 28 V pour les stations de base (micro/ metro) LTE. Incluant dans le même boîtier deux transistors adaptés, le nouveau venu couvre la bande 2,5 GHz à 2,7 GHz. Dans la partie haute de ce spectre et dans une structure Doherty, la puissance crête fournie est +47dBm (50W). A une puissance moyenne de 8 W, le gain est de 15,5 dB et le rendement de 48 %. Dans ces conditions, par rapport aux solutions LDmos antérieures de Freescale, une amélioration de 7 à 10 points du rendement est envisageable.

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