Extrait de l'émission CPU release Ex0232 : FPGA, première partie.
Bonjour à toi, Enfant du Futur Immédiat, toi qui as un peu trop vite pensé au microcode quand t'as su que l'émission du jour parlait de reprogrammer une puce.
La puce, le CPU, le GPU, le contrôleur RAM, le DSP, tout ça, tu en as déjà vu une quand tu as ouvert par inadvertance ton premier ordinateur. Mais si ! La fois où tu l'a laissé tombé dans l'escalier depuis le troisième étage…
Puisque tu nous écoutes parfois, tu sais qu'un CPU interprète une suite d'opérations stockées à des adresses mémoire. Rien que dire ça, c'est se rendre compte qu'on est parti de super loin il y a un siècle. Et écrire un programme logiciel est infiniment plus simple que créer un processeur.
Quand est arrivé le circuit intégré,… je ne sais pas si tu saisis la révolution… Pour construire un appareil électronique, on n'avait plus à manipuler des centaines de condensateurs, diodes, triodes, résistances et autres pour les assembler sur un circuit imprimé : un petit parallélépipède, une coque en bakélite ou en céramique, hérissé de petites pattes métalliques, faisait l'affaire. Et comme on reproduit en général à peu près les mêmes fonctionnalités avec les mêmes composants de base, on simplifie incroyablement les circuits. Remplacer 4 diodes par un pont de diode assemblé en un seul composant est déjà un gain pas négligeable, et en plus réutilisable.
C'était bien moins coûteux puisque même un enfant de Shenzhen ou de Tijuana pouvait assembler un petit circuit électronique sans trop faire d'erreurs.
Oui, crois-moi, Enfant du futur Immédiat, les augures sont formels : il va falloir que tu trimes très très vite pour acquérir tes points retraite. Alors choisis bien ton stage de 3ème pour être opérationnel sur la chaîne d'assemblage dès l'année suivante ! Si les chinois le font, tu le peux !
(Et ceux qui me huent dans le fond n'auront pas une bonne note pour ce trimestre)
On a déjà abordé le niveau juste au-dessus, avec l'Occitel, la console de jeu assemblée à Toulouse qui s'était vendue par centaines de milliers à la fin des années 1970s. Le business d'acheter en gros un circuit intégré en logique discrète qui sert à motoriser un appareil précis. Tu pouvais devenir constructeur d'une console de jeu dès que tu avais acheté quelques milliers de ces puces, et que tu suivais les recommandations du fabricant pour assembler l'appareil autour et l'intégrer dans un boîtier à ta marque.
Quand en 1971 est arrivé le 4004, le premier microprocesseur par Intel, alors là, c'était la folie : on avait une application complète intégrée avec une logique programmable. C'est-à-dire que tu pouvais facilement redéfinir à quoi il servait au-delà de la mission imaginée pour sa commercialisation. Pour ce premier microprocesseur, les concepteurs répondaient à une demande d'un client : une puce pour piloter une calculatrice 4 opérations.
Sauf qu'à la différence des circuits à logique discrète, c'est programmable, ces microprocesseurs. Tu peux envoyer un logiciel et les données, donc tu peux créer d'autres applications logicielles avec ton matériel. Suffit juste de graver un programme légèrement différent dans la ROM que tu mets à côté de ce CPU. Voire de le charger en RAM, et c'est à toi d'expliquer comment qu'on fait aux clients finaux.
Je te préviens, je ne fais pas le support niveau 1.
En fait, très très vite, les applications pour le 4004 sont allées bien au-delà de la calculatrice 4 opérations.
Et un vrai proc, c'est cher.
Sauf que…
Sauf que tu es un peu limité dans ce business d'assemblage de composants électroniques. Si tu as besoin d'un circuit intégré qui fait un travail bien précis, il faut que tu le prototypes en grand. Ou commander une dizaine de milliers de pièces à partir d'un schéma que tu as conçu, sans être sûr qu'il fonctionne comme tu le souhaites du premier coup.
Bref, si t'as besoin de créer une puce spécifique, la concevoir va coûter très cher, demander énormément de temps et requérir des équipes spécialisées.
En 1984, arrive une révolution dans l'industrie de l'électronique et de la conception informatique : le Field-Programmable Gate Array, FPGA. Le microprocesseur dont tu peux reprogrammer l'ISA, le jeu d'instruction, et ce que fait quasiment chaque pin, chaque patte de la puce. Avec son premier FPGA, le Xilinx XC2064, l'ingénieur Ross Freeman va créer un des outils indispensables de la conception électronique moderne.
Le FPGA est la cellule souche d'un microprocesseur.
Tu veux construire une calculatrice 4 opérations mais qui, chaque fois que le résultat fait 42 fait sonner un petit beeper ? Tu peux. Et même qu'elle soit exactement compatible pour tout le reste avec la Intel 4004, brochage compris.
Tu veux transformer ton réveil en compte à rebours qui, arrivé à 7 secondes avant la fin du décompte, balance joyeusement le thème de James Bond. Ben oui, tu peux, et en essayant de modifier le moins possible sa carte électronique, sinon en changeant sa puce applicative.
Et attention, non seulement tu le peux, mais tu le peux en n’ayant qu'un seul prototype. Tu programmes ton FPGA depuis un ordinateur, et une demi-heure plus tard, tu peux voir ce que fait vraiment ton FPGA programmé une fois embrochée dans ton circuit électronique. Et si tu te foires, pas de souci, on reset complètement la puce FPGA, et on reprend le cycle depuis la programmation préalable.
Un FPGA c'est ça : la puce prototype par excellence. Celle dont tu veux qu'elle intègre partiellement le comportement de deux autres puces, celle dont tu veux qu’elle serve de relais ou de retard de ligne,... Si tu es électronicien, tu peux faire des trucs assez magiques en FPGA qui feront le bonheur du programmeur à côté de toi qui ne jure que par son IDE.
Après, sur une plus grande série, ça devient plus intéressant de louer un ingénieur électronicien, qui va te construire la logique, et utiliser la photocopieuse de l'étage pour en réduire le circuit en tout petit petit.
Non, je déconne, ça c'était les années 1970s, Maintenant, tu vas voir TSMC, et tu pries que le premier batch de circuits que t'as commandé arrivent dans ton labo avant que la Chine communiste mate la rébellion des méchants capitalistes de Taïwan.
Enfant du Futur Immédiat, tu vas vite découvrir en quoi c'est intéressant au niveau informatique de s'intéresser aux puces sur lesquelles est construit ton ordinateur. Et on va même te montrer des applications qui permettraient de résoudre plus facilement et plus économiquement des soucis informatiques actuels.
Textes : Da Scritch
Enregistré au Fablab Artilect.
Photo : DE0-Nano FPGA Development and Education Kit, pack-shot promotionnel d'un kit de développement Cyclone IV par Terasic. D.R.