CCC : Projet F-CPU ( Free CPU )

Il n'y a pas que dans le domaine du logiciel que le libre prend de l'ampleur, on le trouve aussi dans le hardware. Tel est le cas du projet F-CPU.
Petite interview d'un des leaders de ce projet réalisée à l'occasion du 17C3 à Berlin. ( YG fait un peu dans la provoc mais faut pas le prendre au premier degré ). Bonne lecture.

Note du modérateur: pour le reste il faut suivre l'icone ou les commentaires.
Q Bonjour, pourrais-tu te presenter pour nos lecteurs,

A Bonjour, je m'appelle Yann Guidon, j'ai 23 ans tassés,
je viens de terminer une maitrise en
Micro-Informatique-MicroElectronique à Paris 8 - Saint Denis
et je travaille depuis deux mois à Meta Systems, une division
de Mentor Graphics.
Mais pour aujourd'hui, le plus important est que je suis un
membre actif de l'équipe F-CPU depuis plus d'un an et demi.

Je suis parfois à tort assimilé au rôle de "leader" à cause
de mon engagement et des responsabilités que personne d'autre
ne pouvait assumer (ou que j'ai pris en premier). De fil en
aiguille, je me suis retrouvé avec une charge importante.
J'essaie de ne décevoir personne mais je
ne suis pas un être social par nature. Un nerd ou un geek
(ou un "carver mead" comme moi)
n'a pas forcément un diplome de management à Harvard.
Tout cela m'a amené à présenter le projet aujourd'hui au 17C3,
mais je ne peux pas parler au nom des autres. Donc excusez-moi
si je dis tout le temps "je" :-)

Q Pourrais-tu nous donner un très bref historique de ton projet:

A L'idée a été lancée en août 1998 par des contributeurs du
noyau Linux. Ils étaient fatigués par la chasse aux bugs cachés
et le projet "Freedom" est né d'un rêve éveillé.

Malheureusement, les fondateurs ont disparu trois mois après
et ils ont laissé la mailing list en "pilote automatique".
Je suis arrivé en décembre 1999 alors qu'une autre architecture
était étudiée. Idem : le responsable s'en va et nous laisse
avec un design incompréhensible.

Depuis, une architecture RISC est étudiée depuis environ avril 1999
et au fur et à mesure de mes contributions, je suis devenu
très impliqué dans le développement du projet. Maintenant que
je travaille et que je n'ai plus beaucoup de temps, j'essaie de
ne faire que le plus important (design du FC0) et je suis satisfait
que d'autres personnes aient pris la responsabilité de sous-projets
comme le manuel.

Q Quels sont les principaux points de l'architecture du F-CPU ?

A Il y en a beaucoup, en fait, et c'est très dur à résumer.
Le manuel a été écrit pour répondre à ces questions.

On peut dire que c'est une architecture RISC pure
mais qui contient de nombreuses innovations "déguisées" pour que
sa programmation soit la plus facile possible.

Tout d'abord c'est un CPU superpipeline SIMD. Nous travaillons sur
la version 64 bits mais il n'y a pas de limite théorique pour la
taille
des registres. Ainsi, contrairement au MMX ou SSE, SIMD n'est pas
une simple addition mais c'est une garantie de performance dans le
futur : un programme fonctionnera d'autant plus vite que les registres
sont larges, sans changer le logiciel.

Le jeu d'instruction n'est pas encore figé pour de bon afin de le
modifier progressivement. Il y a environ 100 instructions de base,
très orthogonales, avec seulement 4 formats d'instruction, pour favoriser
au maximum la simplicité du décodeur.

Le jeu d'instruction ressemble furieusement au premier abord à
un RISC classique mais il est modifié afin de réduire tout problème
de détection de faute dans le pipeline. Ainsi, les accès à la mémoire
sont simplifiés et on peut faire un "branch" sans délai (si la donnée
est dans la cache) ce qui nous affranchit d'un prédicteur de
branchements.
Pas mal pour un superpipeline :-)

Q C'est donc un assez gros projet avec, vraissemblablement non
seulement des problèmes techniques mais aussi des problèmes juridques.
Que peut tu nous dire sur cet aspect ?

A Je peux dire que pour l'instant on n'a pas de problème de licence
ni de brevets mais on n'est jamais à l'abris ! j'essaie donc de
prévenir
tout risque de pépin qui viendrait gâcher notre boulot.

En exemple : je possède 3 noms de domaine (f-cpu.com, .net et .org)
et Sven Klose (du CCC) possède f-cpu.de pour éviter toute dérive
ou netsquatting. Nous sommes encore en train de créer une assoce 1901
mais franchement, on préfèrerait coder... je déteste la paperasse.

Pour les brevets, pas encore de problème car rien n'est implémenté
dans le silicium. Sinon, la solution est assez simple : il faut
publier, publier et publier,
pour pouvoir prouver l'antériorité du design. on cherche des contacts
dans la presse spécialisée dans l'architecture ou la recherche en
électronique, prête à accepter un petit pavé (3 pages
ne suffiront pas) afin d'avoir un ISBN de référence. Le manuel
fait 170 pages, il reste donc beaucoup de boulot, à la fois pour le
publier des résumés et le mettre à jour....

Q Depuis ta première présentation du projet lors du 16C3,
quel en est l'avancement ?

A On est encore loin de la première puce ;-) mais on travaille
tous les jours pour que cette utopie devienne réalité. Il faut
commencer par le début : trouver des bons outils, et ce n'est que
récemment en octobre que la situation s'est débloquée. On a trouvé
un petit programme, malheureusement pas GNU, qui permet à n'importe
qui de participer sur à l'écriture des modules. Ainsi la première
unité a été publiée sur f-cpu.de fin octobre et nous avons 3 autres
unités d'exécution depuis. Les Allemands nous aident beaucoup,
en particulier Michael Riepe qui a magnifiquement écrit l'unité la
plus complexe : le multiplieur SIMD. Curieusement, pas beaucoup
d'américains contribuent activement au projet...

Il faut aussi mettre à jour régulièrement le manuel et je vais y
travailler ces prochains jours, où je reste à Berlin pour le
feu d'artifice du nouvel an :-)

Enfin, les choses suivent leur cours : un groupe de français
étudie l'interconnexion en réseau SMP de plusieurs CPU.

L'architecture n'a pas changé depuis l'année dernière, elle
est en cours de raffinement, nous avons essayer de consolider
le projet pour pouvoir travailler tranquillement. Le résultat est
là, ce qui prouve que nous sommes bien vivants.

Q Comment vois tu le duel AMD vs Intel ?
A Sans moi :-P

Pour dire la vérité, j'ai fait tellement d'assembleur MMX,
avec comme summum mon mémoire de maitrise
(http://www.mime.up8.edu/~whygee/memoire/) que j'ai juré de ne
plus en faire. Pour faire un programme rapide, il faut oublier
la simplicité, et je n'aime plus faire Paris-Bordeaux via Tokyo.

Comme on dit, ils en tiennent une couche et celle de la compatibilité
n'a que trop duré. Je ne m'investis plus que dans le F-CPU car je
n'ai plus le temps pour me prendre la tête. Et que le plus nul
gagne...

Q Dans la famille des RISC ; où en sont , selon toi,
L'ultra SPARC III, l'Alpha, Le PowerPC et le MIPS ?

Ils sont paumés dans la course du meilleur score SPEC.
Ainsi, ce sont plus les technologies que l'on juge, plus
que l'équilibre ou la vraie efficacité. On pourrait les appeler
des "SPEC CPU", car ils sont conçus pour leur score SPEC.
Ainsi, le petit dernier SPARC n'a pas été vraiment refondu,
mais adapté à certains benches SPEC (autant que je sache, car je peux
me tromper). Mais on oublie aussi que ce qui entoure le CPU
a un effet capital... Donc, les "SPEC CPU" sont utilisés par
les grosses entreprises, SUN, HP, IBM, Compaq, SGI etc...
Mais il ne sont pas faits pour être programmés, juste avaler du code compilé.
Le marché des CPU haut de gamme manque de "caractère" et de réelle
innovation. Peut-être que les prochains CPU SMT (qui multiplexent
les tâches en interne) vont changer les choses, mais il n'y a plus
de manière de programmer efficacement sans se prendre la tête.

N'empêche, quand j'aurai l'argent, je me chercherai une petite
Alpha Station, avec 4 ou 8 CPU et qqs gigas de RAM, pour commencer
à m'amuser. J'aurais bien craqué pour un Convex mais ça consomme
trop de courant et de place ;-) enfin, n'oublions pas CRAY, mais là,
franchement... je n'ai pas envie de payer l'électricité ;-)
Ah ! Un bon petit T3E... <rêve éveillé au petit papa noël>

Q Beaucoup de gens s'extasient à tort ou a raison sur les CPU de
conception transmeta, l'attitude des fabricants est très variée avec
par exemple le revirement d'IBM, quelle est ton analyse ?

A : Encore une fois, c'est pas pour moi. Ils ont voulu attaquer
Intel à revers, ce n'est pas mon problème. Ils ont une architecture
qui aurai pu faire des trucs marrants mais ils ne laissent personne
l'utiliser à donf. Or c'est ça qui m'intéresse : acheter un CPU
à 100 MHZ pouvant faire n instructions par cycles et obtenir x00
millions
d'opérations par seconde. Or aujourd'hui, je ne connais pas de CPU
capable de
garantir ça... Il en va pourtant de l'expoitation du matériel acheté.
A quoi sert un PC à 1GHz si on ne peut pas soutenir la performance
crête ? Je reconnais que quand j'y vais, j'y vais fort, mais ceux
qui font du son, du raytracing ou du calcul scientifique se
reconnaitront. C'est pas avec un Crusoé qu'ils auront la meilleure
performance au moindre effort.

Q Un CPU c'est bien beau, mais il faut pouvoir le réaliser et
faire tourner un OS et des applis, où en est le projet ?

A Tout d'abord le but est de concevoir le coeur, et c'est ce que nous
faisons. Ensuite, pour le mettre dans le silicium, nous ne pouvons pas
le faire tout seul. Vous imaginez une salle blanche dans votre chambre
? :-)

Une des solutions les plus réalistes consiste à collaborer (prudemment
bien sûr) avec les fondeurs. Par exemple, OpenCores.org
s'est vu offrir une tranche 0.25u par TSMC. Il y a aussi la
possibilité
de participer à des concours de design, dont les premiers prix sont souvent
la fabrication des protos. Enfin, les FPGA grossissent suffisamment
pour que des processeurs tiennent dedans : le projet LEON (clone
SPARC) a commencé comme ça et il exite déjà 3 implémentations en dur.

Je ne veux pas faire de pub pour ma boite, mais elle fabrique aussi
ses propres puces pour émuler de très gros designs, il est probable
qu'on utilisera cette technologie pour la mise au point. Autant en profiter.

Quant à l'OS, le plus important est le kernel et les outils de
programmation. Le kernel dépend de la plateforme, c'est à dire de
la carte mère, et elle n'est pas conçue. L'équipe française
planche dessus. Quant aux outils, un hack de GCC existe mais il
n'est pas du tout adapté aux CPU modernes. Des voies alternatives
sont explorées : GNL (is Not a Langage) ou un outil basé sur des
éditeurs XML sont à l'étude. GCC permettra de porter tout programme
Linux, mais ne vous attendez pas à des miracles de vitesse... Déjà
que le C est un langage affreux... enfin, je me comprends... C'est
juste
pour dire que le f-cpu n'est pas conçu autour du langage, mais autour
de la fonction qu'il a à réaliser. Il est facile de faire
des programmes inefficaces et ça ne m'intéresse pas.

Q Les cartes à puces deviennent omniprésentes avec des OS très
propriétaires et les conséquences que celà implique, L'on a beaucoup
parlé hier de GCOS ( GNU Card Operating System ), selon toi, est-ce le
une percée significative du mouvement Free ? et comment vois-tu
l'avenir du Free dans l'embarqué ?

D'abord, je ne connais pas GCOS. Je sais juste qu'une conférence a
eu lieu et cela montre la grande ouverture du CCC. Par contre je ne peux pas
dire grand-chose d'intéressant.

Je n'utilise pas de carte à puce, sauf pour téléphoner dans une
cabine publique ou retirer du fric, mais je n'ai pas de décodeur télé,
de téléphone portable, et ce n'est pas un domaine qui m'intéresse,
car "qui peut le plus peut le moins" :-) or, des 8 bits, j'en ai
dans mes tiroirs... Moi ce qui m'intéresse c'est regarder par la
fenêtre, voir les nuages et les effets du soleil dedans, et toujours
me demander "comment ça marche". Il faut combien de cartes à puces
en parallèle pour calculer ces images ? </absurde>

J'essaie de ne pas trop m'impliquer personnellement dans toutes
les histoires "CNIL" ou les bases de données sur les infos persos.
Je prends des précautions élémentaires et ça me suffit. Je préfère
me faire mon propre CPU au lieu de faire des achats en ligne ou de
téléphoner sur un portable. Nous sommes déjà tellement dépendants
des technologies comme ça.


Pour le Free dans l'embarqué, ça a été un grand coup pour les boites
mais la partie n'est pas gagnée : les salons et les initiatives ne
vont pas changer la situation actuelle où les design "propriétaires"
font la différence. Et puis, ça les énerve de devoir redistribuer les
sources. Le "Free" agit plutôt comme "lubrifiant" et facilite certains
trucs mais pas tout. On n'aura jamais de design "Libre" pour chaque
application et les entreprises vivent justement grâce à l'adaptation de
l'existant. Le libre leur facilite parfois la vie mais c'est tout.

Q Comment vois tu l'évolution du projet dans les 6 mois qui viennent ?
A Je ne peux pas dire exactement car dans ce projet, toute
planification échoue, par exemple à cause d'imprévus, d'idées nouvelles ou de
priorités changeantes. C'est simple : il faut laisser faire les choses
car toute tentative de prise de contrôle est mal vue.

Les priorités à court terme sont entre : mettre à
jour le manuel, vérifier et valider les sources existants pour avoir
un package propre (c'est capital), négocier les licences gratuites de
Cadence, mettre à jour les sites web... Quand ça sera fini, on verra
ce qui vient ensuite. J'ai déjà une todo list de 10 pages.

Bref, il y a beaucoup à faire
mais on n'est pas à l'usine : chacun fait ce qu'il peut quand il peut.
Et ça marche... enfin, la plupart du temps :-)

Q Quels sont les besoins matériels et humains actuellement pour ce
projet ?

A Le plus important à mon niveau est le temps. Depuis que je
travaille avec Meta Systems, j'ai moins de possibilités de contribuer.
Autrement, nous attendons un certain feedback des lurkers des
mailing
lists, on aimerait bien qu'ils s'impliquent plus. Si tu es une
électrocienne
blonde à forte poitrine, tu m'intéresse. Sinon, c'est pas une tare,
nous avons toujour besoin de conseils d'experts pour nous faire
descendre
de notre nuage et nous rappeler les réalités. Enfin nous allons
probablement
utiliser des outils Cadence (entre autre) et des gros serveurs seraient
bienvenus pour faire tourner ces avaleurs de temps CPU.
Nous recherchons évidemment à multiplier les contacts et les
collaborations
avec les entreprises, les hobbyistes et la recherche.
Tout le monde peut participer, le plus important est de trouver
sa place.

Q Si tu devais résumer la philosophie du projet en une phrase ...
A j'ai trouvé ça hier en préparant la conf :
" design and let design "...

mais il y a déjà plein de phrases choc comme
"il ne peut pas y avoir de logiciel libre sans plateforme libre".
avec l'histoire des DVD et maintenant des disques ATA, l'alternative
libre ne sera plus l'affaire de quelques hobbyistes farfelus.


Remarque personnelle de YG :

Merci à toutes les personnes qui ont fait partie du voyage à Berlin
ou que nous y avons rencontrées, et j'espère que nous serons encore
plus l'année prochaine. C'est vraiment
un endroit extraordinaire et je regrette que seulement 5 français
soient venus. En plus, les allemands sont vraiment cools :-)

Yann GUIDON : whygee@f-cpu.org

site web : http://www.f-cpu.org (liens vers les autres sites)
CCC : http://www.ccc.de/congress/