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Chip, dall’integrazione alla produzione: il ritorno alle architetture verticali

La crescita dell’integrazione tra il software del sistema operativo e il funzionamento del System on a Chip può contribuire ad ottimizzare l’efficienza complessiva di un apparecchio. Non è improbabile che nei prossimi anni si assisterà a un ritorno alla realizzazione di chip proprietari. Ecco gli scenari

27 Mag 2022
Antonio Cisternino

Università di Pisa

chip stm

La natura della piattaforma ARM sta continuamente rivoluzionando il mondo dei chip contribuendo a rivoluzionare il mondo del personal computing e a mettere in discussione la struttura della produzione di apparecchiature di consumo basato su produttori di chip e integratori di dispositivi. La piattaforma ARM, contrariamente a quella x86 di Intel, è sempre stata basata su un insieme di istruzioni dei processori che vengono concesse in licenza a produttori di chip.

Il mercato dei dispositivi mobili, cellulari e tablet, ha spinto lo sviluppo di questa piattaforma negli ultimi quattordici anni grazie alla migliore efficienza energetica della piattaforma consentendo la maturazione del sistema operativo Linux anche per questa architettura.

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La conseguenza della possibilità di acquisire i diritti d’uso delle istruzioni per realizzare chip in autonomia ha consentito a integratori di chip come Apple di cominciare a sviluppare propri design, a partire da iPhone 4 con A4, per ottimizzare l’architettura dei propri dispositivi e ridurre i costi. Apple non è l’unico dei grandi brand ad aver intrapreso questa strada:

  • Amazon Web Services (AWS) ha introdotto nel 2019 la seconda generazione di chip ARM chiamati Graviton2 per supportare istanze cloud a 64 bit più economiche lato server per workload che non richiedono troppa potenza computazionale
  • Microsoft: nel 2019 con l’introduzione di Surface X ha introdotto la prima piattaforma Windows basata sul processore ARM Q1 che è stato successivamente aggiornato nella versione Q2

Nonostante la dimensione di questi colossi dell’ICT, l’avventura nel mondo dei chip è stata sempre intrapresa acquisendo il design dei core da Qualcomm per poi modificarli e integrarli nel proprio design.

Una maggiore integrazione tra software e hardware

I processori oggi sono anche riferiti come SoC, ovverosia System on a Chip, poiché nel continuo processo di integrazione si sono gradualmente concentrate nella CPU funzioni che originariamente erano svolte da componenti esterni con il vantaggio di poter operare all’interno del ciclo di clock di un solo processore e senza quindi dover comunicare in modo meno efficiente mediante il clock della motherboard. I SoC hanno contribuito ad abbattere i consumi energetici partendo dal design di core meno complessi di quelli della tradizione x86 e quindi più facili da integrare contribuendo a ridurre i consumi energetici, fattore essenziale per i dispositivi alimentati da batterie.

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La crescita dell’integrazione tra il software del sistema operativo e il funzionamento del SoC può contribuire ad ottimizzare ulteriormente l’efficienza complessiva di un apparecchio e non a caso questi vendor hanno sviluppato i propri design avendo controllo del sistema operativo (quantomeno per Apple e Microsoft) e ottimizzando l’interazione tra il kernel e la CPU.

Oltre la CPU: disegnare altre componenti

Un elemento importante dei moderni dispositivi mobili è il chip del modem 5G, si tratta di un componente sempre più critico visto il ruolo essenziale che la rete svolge nei confronti dei dispositivi moderni, non è quindi una sorpresa che una serie di indizi lascino pensare che Apple si stia preparando ad una mossa realizzata con successo nel 2010 con l’introduzione del chip A4 che si è poi evoluto fino a raggiungere la sua versione corrente l’A15.

Una recente analisi sui costi della realizzazione dell’iPhone SE ha evidenziato come il costo del modem 5G prodotto da Qualcomm superi il costo della CPU disegnata da Apple e dei chip di memoria. Il design di un proprio modem potrebbe quindi costituire un risparmio economico e non solo, esistono lavori di ricerca che evidenzino come una serie di funzioni radio possano essere svolte da chip digitali evitando di usare elettronica analogica più ingombrante e meno efficiente. La possibilità di integrare il modem nei SoC di Apple potrebbe aprire nuovi scenari e contribuire all’efficientamento energetico dei dispositivi mobili allungando ulteriormente la vita della batteria.

Non è un caso che Apple abbia assorbito la divisione modem di Intel nel 2019 acquisendo 2.200 impiegati per acquisire le competenze necessarie. Inoltre, osservando gli avvisi di ricerca di ingegneri di Apple si osserva un potenziamento delle competenze del settore, non stupisce perciò la previsione di Qualcomm di fornire nel 2023 il 20% dei modem usati da Apple rispetto al 100% odierno.

Gli indizi sembrano quindi indicare un ingresso del gigante anche nel mondo dei modem, aprendo nuovi scenari tutti da verificare: la realizzazione di propri protocolli di comunicazione, seppur standard, dovrà rispettare un livello qualitativo che non possa far pensare che i dispositivi siano meno affidabili di quelli basati su chip modem più tradizionali basati su stack software più validati.

Il calo previsto da Qualcomm negli acquisti di modem da parte di Apple potrebbe essere anche giustificato dal ricorso ad un altro fornitore, ma molti analisti individuano nel 2023 l’anno di rilascio di un modem targato Apple.

La fine di un’era

Gli standard hanno consentito la realizzazione di piattaforme interscambiabili che hanno contribuito il superamento dell’era del mainframe, portando gli integratori di chip a competere su design e costi di produzione producendo sistemi che erano confrontabili.

Il ritorno alla realizzazione di chip proprietari, seppur basati su standard come i protocolli di comunicazioni e il set di istruzioni delle CPU, introduce l’opportunità di realizzare elementi non funzionali di queste architetture, come ad esempio gli elementi di sicurezza, in modo diverso contribuendo a realizzare sistemi meno “equivalenti” rispetto alla competizione.

Se l’implementazione del modem di Apple sarà più sicura, pur nel rispetto degli standard, oppure più efficiente sarà sempre vero che un telefono sarà equivalente ad un altro? Avrà ancora senso mettere in competizione vendor differenti mediante il meccanismo della gara o aspetti come il consumo energetico e la sicurezza saranno tali da alterare gli equilibri in gioco?

Per ora si tratta di speculazioni, ma osservando il percorso fatto nelle CPU in dodici anni è lecito chiedersi se stiamo assistendo all’inizio di un percorso che nuovamente contribuirà a ridefinire un mercato e un’industria in continua evoluzione.

Restiamo in ascolto di notizie consapevoli che il design di un proprio modem potrebbe contribuire ad aprire a nuovi design dei dispositivi che ormai condizionano la vita di tutti i giorni, ma in fondo si tratta di aspettare un anno o poco più per il prossimo capitolo di questa interessante storia.

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