Le processeur Cell utilisé par Sony dans PlayStation 3 est une petite merveille de technologie qui étonne encore aujourd’hui par sa puissance

Le pouls de Ken Kutaragi ne tremblait pas quand il devait prendre décisions peu orthodoxes. Cet ingénieur électronique était principalement responsable de la conception des trois premières consoles de bureau de la famille PlayStation, ainsi que de la PSP, la première console portable de Sony.

Bien qu’à la fin de 2006, il ait été remplacé à la tête de Sony Computer Entertainment par Kaz Hirai, Kutaragi est entré à juste titre dans l’histoire en tant que père des consoles PlayStation. Mais on ne se souvient pas de lui pour cela seul; aussi pour l’originalité et l’ambition de ses créations.

Il est intéressant de noter que son projet le plus ambitieux, et aussi le plus risqué, a été celui qui a compromis la position confortable qu’il avait obtenue chez Sony pendant la vie commerciale de PlayStation et PlayStation 2. L’une des décisions les plus controversées qu’il a prises a eu un impact direct sur le prix. PlayStation 3, qui a frappé les magasins européens en mars 2007 au prix de 599 euros.

Kutaragi a choisi d’inclure des puces PS2 essentielles dans la conception originale de cette console, ce qui a permis aux premières PS3 de jouer nativement aux jeux de son prédécesseur.

Kutaragi a choisi d’inclure des puces PS2 essentielles dans la conception originale de cette console. Cette stratégie a permis à la première PS3 de reproduire les jeux de son prédécesseur. nativement et sans recourir à l’émulation, mais cela a rendu sa production nettement plus chère et l’a amenée à atteindre les magasins à un prix très élevé.

Les ventes initiales de la PS3 ont été nettement inférieures aux attentes, de sorte que Sony a rapidement lancé une version moins chère qui, entre autres, se passait du matériel PS2. Fait intéressant, ce n’était pas le seul pari de Kutaragi lors de la mise au point de la PS3. Au cœur de cette console, la puce CellDes fleuves d’encre ont été déversés non seulement à cause de sa puissance; aussi en raison de la difficulté à tirer le meilleur parti de son potentiel.

Ce sont les clés de l’architecture du microprocesseur Cell

Connaître en profondeur les détails et les particularités de cette puce nous obligerait à y consacrer une collection d’articles vaste et complexe. Heureusement, nous n’avons pas besoin de nous y plonger à ce niveau pour comprendre pourquoi il est encore souvent décrit aujourd’hui comme un processeur en avance sur son temps.

La puce Cell a été développée conjointement par IBM, Sony et Toshiba, qui prévoyaient de l’utiliser non seulement sur PlayStation 3, mais également sur des postes de travail, des serveurs et une large gamme d’appareils électroniques grand public. Ces scénarios d’utilisation variés ont été rendus possibles par grande évolutivité cela lui a permis de s’adapter facilement aux besoins des dispositifs dans lesquels il devait être intégré.

Le processeur Cell a neuf cœurs: un connu sous le nom de PPE («  PowerPC Processing Element  ») et huit sous le nom de SPE («  Synergistic Processing Elements  »)

Le processeur Cell est une puce multicœur quelque peu similaire aux processeurs multicœurs d’Intel et d’AMD, mais il se distingue de ce dernier sur deux fronts très puissants. Le plus évident est qu’il n’implémente pas l’architecture x86, et l’autre raison explique en grande partie sa complexité: ses cœurs ils ne sont pas homogènes.

La version de ce microprocesseur intégrée à la console Sony a neuf cœurs. L’un d’eux est connu sous le nom de PPE (Élément de traitement PowerPC), et les huit autres comme SPE (Éléments de traitement synergiques). Les ingénieurs IBM étaient en grande partie responsables de la conception de l’EPI, qui est essentiellement l’architecture d’un processeur polyvalent.

Sa fonction est d’exécuter les processus qui s’exécutent habituellement sur le CPU de nos ordinateurs, et il est soutenu par un cache de niveau 1 d’une capacité de 64 Ko et un cache de niveau 2 de 512 Ko. En outre, met en œuvre la technologie SMT (Multithreading simultané), vous permettant de traiter simultanément deux threads d’exécution (fils).

L’architecture RISC du PPE était un peu plus simple que celle des processeurs x86 de l’époque, mais elle avait un avantage non négligeable en sa faveur: elle pouvait fonctionner, comme les autres blocs fonctionnels critiques de la puce Cell, à 3,2 GHz, une fréquence d’horloge inhabituellement élevée au moment de sa conception.

Le but du SPE était de mettre entre les mains des programmeurs les ressources dont ils avaient besoin pour résoudre la physique et l’intelligence artificielle des jeux de la manière la plus efficace possible.

Fait intéressant, la majeure partie de la surface de la puce Cell est occupée par les huit autres cœurs SPE dont j’ai mentionné quelques lignes ci-dessus. Chacun de ces cœurs est également un processeur à usage général, mais ils sont plus simples que les PPE et ont une portée plus limitée. Ils fonctionnent, comme les PPE, à 3,2 GHz, et chacun d’eux a associé une mémoire locale d’une capacité de 256 Ko.

Une autre caractéristique intéressante de ces huit cœurs est que chacun d’eux incorpore sept unités d’exécution et peut effectuer à la fois des opérations entières et en virgule flottante. Cependant, chaque SPE peut gérer autant deux instructions par cycle d’horloge, qui, à l’époque, plaçaient déjà ces cœurs en arrière dans ce domaine des processeurs à usage général d’Intel et d’AMD.

Les cœurs SPE du processeur Cell ont été conçus pour être simples et efficaces dans le but de pouvoir être utilisés par les programmeurs pour résoudre tâches hautement parallélisables. En fait, bien que le processeur PS3 soit pris en charge par le processeur graphique RSX (Synthétiseur de réalité) conçues pour Sony par NVIDIA à partir d’un GPU GeForce 7800 GTX comme point de départ, les unités SPE pourraient gérer elles-mêmes une grande partie de la charge de travail imposée par la génération graphique.

Cependant, sa fonction principale au sein du processeur Cell n’était pas cela; était de mettre entre les mains des programmeurs les ressources dont ils avaient besoin pour résoudre de la manière la plus efficace possible physique et intelligence artificielle des jeux. Cependant, en pratique, en tirer le meilleur parti était très difficile en raison de la difficulté de la programmation.

Lors de la conception du microprocesseur Cell, Microsoft a contacté IBM pour demander à cette dernière société de concevoir le processeur pour sa prochaine console, Xbox 360, et IBM a accepté. Apparemment, le processeur Xenon de la Xbox 360 a bénéficié de certaines des innovations introduites par IBM, Sony et Toshiba dans la puce Cell. C’est du moins ce que défend David Shippy, l’ingénieur IBM responsable de la conception du cœur de ce processeur, dans «  The race for a new game machine  », un livre passionnant dans lequel il explique de l’intérieur comment IBM conçu en parallèle le processeur de PlayStation 3 et Xbox 360.

Un vrai cauchemar pour les programmeurs

La difficulté liée à la programmation du processeur PS3 Cell a alors suscité un vif débat. Gabe NewellCo-fondateur et PDG de Valve, ce CPU a condamné fin 2007: «PlayStation 3 est une perte de temps. S’efforcer de maîtriser le processeur Cell et SPE ne vous apporte pas d’avantages à long terme. Il n’y a rien sur ce processeur dans un but précis. La seule chose que vous allez réussir en travaillant avec elle est de la détester.

Même Kazunori Yamauchi, PDG de Polyphony Digital, un studio intégré au framework Sony, a décrit le développement de «Gran Turismo 5» pour PlayStation 3 de cette façon: «Pour nous, travailler avec la PS3 a été un véritable cauchemar. En fait, ce simulateur de conduite est arrivé en magasin bien plus tard que ce que Sony avait initialement annoncé, et tout semble indiquer que la difficulté de programmation sur la puce Cell était en grande partie responsable de ce retard.

Il y a beaucoup plus de témoignages de programmeurs qui ont eu du mal à travailler avec PlayStation 3, mais la vérité est que certaines études ont réussi à obtenir correspond bien à la puce Cellen particulier pendant la dernière partie de la vie commerciale de la console. Un programmeur de Naughty Dog a déclaré que «’Uncharted’ utilise 30% de son potentiel; ‘Uncharted 2’ utilise déjà 100%, mais avec ‘Uncharted 3’ et ‘The last of us’, nous avons finalement réussi à obtenir la moindre goutte de jus du matériel PlayStation 3.

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