Transméta

Transmeta Corporation était une société américaine de semi-conducteurs basée à Santa Clara, en Californie . Elle développait des microprocesseurs basse consommation compatibles x86 basés sur un cœur VLIW et une couche logicielle appelée Code Morphing Software .

Le logiciel de morphing de code (CMS) se composait d'un interpréteur , d'un système d'exécution et d'un traducteur binaire dynamique . Les instructions x86 étaient d'abord interprétées une instruction à la fois et profilées, puis, en fonction de la fréquence d'exécution d'un bloc de code, le CMS générait progressivement des traductions plus optimisées.

Le noyau VLIW a implémenté des fonctionnalités spécialement conçues pour accélérer le CMS et les traductions. Parmi les fonctionnalités, on trouve la prise en charge de la spéculation générale, la détection des alias de mémoire et la détection du code x86 auto-modifiable.

La combinaison du CMS et du cœur VLIW a permis d'obtenir une compatibilité x86 complète tout en maintenant les performances et en réduisant la consommation d'énergie.

Transmeta a été fondée en 1995 par Bob Cmelik, Dave Ditzel, Colin Hunter, Ed Kelly, Doug Laird, Malcolm Wing et Greg Zyner.

Son premier produit, le processeur Crusoe, a été lancé le 19 janvier 2000. Transmeta est entrée en bourse le 7 novembre 2000. Le 14 octobre 2003, elle a lancé son deuxième produit majeur, le processeur Efficeon. En 2005, Transmeta a mis l'accent sur l'octroi de licences pour son portefeuille de technologies de microprocesseurs et de semi-conducteurs. Après des licenciements en 2007, Transmeta a complètement abandonné la production de semi-conducteurs pour se consacrer à l'octroi de licences de propriété intellectuelle. En janvier 2009, la société a été acquise par Novafora et le portefeuille de brevets a été vendu à Intellectual Ventures . Novafora a cessé ses activités en août 2009. Intellectual Ventures accorde des licences de propriété intellectuelle à d'autres sociétés sur une base non exclusive.

Transmeta a produit deux architectures de processeurs compatibles x86 : Crusoe et Efficeon – les noms de code internes étaient « Fred » et « Astro ». Ces processeurs sont apparus dans des ordinateurs portables , des notebooks , des ordinateurs de bureau , des serveurs lames , des tablettes PC , des ordinateurs personnels en grappe et des ordinateurs de bureau silencieux, où une faible consommation d'énergie et une faible dissipation de chaleur sont d'une importance primordiale.

Avant l'acquisition de 2009 par Novafora, Transmeta avait connu un succès modéré dans l'octroi de licences pour sa propriété intellectuelle. Les concédants de licence de la technologie Transmeta sont Intel (avec une licence perpétuelle et non exclusive sur tous les brevets et demandes de brevets de Transmeta, y compris ceux que Transmeta pourrait acquérir avant le 31 décembre 2017), Nvidia (avec une licence non exclusive sur les technologies LongRun et LongRun2 de Transmeta et d'autres propriétés intellectuelles), Sony (titulaire de licence LongRun2), Fujitsu (titulaire de licence LongRun2) et NEC (titulaire de licence LongRun2).

Fondée en 1995, Transmeta a commencé comme une start-up clandestine . L'entreprise a largement réussi à cacher ses ambitions jusqu'à son lancement officiel le 19 janvier 2000. Plus de 2000 accords de confidentialité (NDA) ont été signés pendant la période de discrétion. Au cours des premières années de Transmeta, on ne savait pas exactement ce qu'elle allait offrir. Son site Web a été mis en ligne à la mi-1997 et pendant environ deux ans et demi, il n'a affiché que le texte suivant : « Cette page Web n'est pas encore là. »

Le 12 novembre 1999, un commentaire cryptique est apparu dans le HTML :

Oui, il y a un message secret, et le voici : la politique de Transmeta a été de garder le silence sur ses plans jusqu'à ce qu'elle ait quelque chose à démontrer au monde. Le 19 janvier 2000, Transmeta va annoncer et démontrer ce que les processeurs Crusoe peuvent faire. Simultanément, tous les détails seront affichés sur ce site Web pour que tout le monde puisse les voir sur Internet. Crusoe sera un matériel et un logiciel cool pour les applications mobiles. Crusoe sera non conventionnel, c'est pourquoi nous voulions vous informer à l'avance de venir consulter l'intégralité du site Web en janvier, afin que vous puissiez avoir toute l'histoire et avoir accès à tous les vrais détails dès qu'ils seront disponibles.

Transmeta a tenté de doter l'entreprise en secret, bien que les spéculations en ligne n'étaient pas rares. Des informations ont progressivement émergé de l'entreprise suggérant qu'elle travaillait sur une conception de mot d'instruction très long (VLIW) qui traduisait le code x86 en son propre code VLIW natif.

Le 19 janvier 2000, Transmeta a organisé un événement de lancement à la Villa Montalvo à Saratoga, en Californie et a annoncé au monde qu'elle travaillait sur un processeur de traduction binaire dynamique compatible x86 appelé Crusoe. Elle a également publié un livre blanc de 18 pages décrivant la technologie.

Transmeta a commercialisé sa technologie de microprocesseur comme étant extraordinairement innovante et révolutionnaire dans le segment de marché à faible consommation. Ils espéraient être à la fois leaders en termes de puissance et de performances dans l'espace x86, mais les premières critiques de Crusoe ont indiqué que les performances étaient nettement inférieures aux projections. De plus, pendant que Crusoe était en développement, Intel et AMD ont considérablement augmenté les vitesses et ont commencé à répondre aux préoccupations concernant la consommation d'énergie. Crusoe a donc été rapidement acculé dans un segment de marché à faible volume, à petit facteur de forme (SFF) et à faible consommation.

Le 7 novembre 2000 (jour des élections américaines), Transmeta a lancé son introduction en bourse au prix de 21 $ l’action. La valeur a atteint un sommet de 50,26 $ avant de retomber à 46 $ l’action le jour de l’ouverture. Transmeta est ainsi devenue la dernière des grandes introductions en bourse de haute technologie de la bulle Internet . Leur performance du jour de l’ouverture ne sera surpassée qu’avec l’introduction en bourse de Google en 2004.

L'entreprise a procédé à ses premiers licenciements en juillet 2002, réduisant ses effectifs de 40 %.

Le 14 octobre 2003, Transmeta a annoncé le lancement du processeur Efficeon, qui aurait deux fois plus de performances que le processeur Crusoe d'origine à la même fréquence. Cependant, les performances étaient encore faibles par rapport à la concurrence et la complexité de la puce avait considérablement augmenté. La taille et la consommation d'énergie plus importantes ont peut-être dilué un avantage commercial clé dont les puces de Transmeta bénéficiaient auparavant par rapport à la concurrence.

En janvier 2005, la société a annoncé sa première restructuration stratégique, quittant son statut de société de produits semi-conducteurs pour se concentrer sur la concession de licences de propriété intellectuelle. En mars 2005, Transmeta a annoncé qu'elle licenciait 68 personnes tout en conservant 208 employés. Sony était considéré comme un licencié clé de la technologie Transmeta et environ la moitié des employés restants devaient travailler sur la technologie d'optimisation de puissance LongRun2 pour Sony.

Le 31 mai 2005, Transmeta a annoncé la signature d'accords d'achat d'actifs et de licences avec Culture.com Technology Limited de Hong Kong. L'accord a échoué en raison de retards dans l'obtention de licences d'exportation de technologie auprès du ministère du Commerce des États-Unis et les parties ont annoncé la résiliation des accords le 9 février 2006.

Le 10 août 2005, Transmeta a annoncé son premier trimestre rentable. Le 20 mars 2006, GameSpot a publié un rapport selon lequel Transmeta travaillait sur un projet Microsoft « sans nom » . Il s’est avéré qu’il s’agissait d’une plateforme sécurisée sous la marque AMD pour le programme FlexGo de Microsoft .

Le 11 octobre 2006, Transmeta a annoncé avoir intenté une action en justice contre Intel Corporation pour violation de dix brevets américains de Transmeta portant sur l'architecture informatique et les technologies d'efficacité énergétique. La plainte accusait Intel d'avoir violé et de violer les brevets de Transmeta en fabriquant et en vendant une variété de produits à base de microprocesseurs, notamment au moins les gammes de produits Pentium III, Pentium 4, Pentium M, Core et Core 2 d'Intel.

Le 7 février 2007, Transmeta a fermé sa division de services d'ingénierie, licenciant 75 employés. Cette décision a été prise en même temps que l'annonce selon laquelle la société ne développerait et ne vendrait plus de matériel et se concentrerait sur le développement et l'octroi de licences de propriété intellectuelle. Par la suite, AMD a investi 7,5 millions de dollars dans Transmeta, prévoyant d'utiliser le portefeuille de brevets de la société dans des technologies éconergétiques.

Le 24 octobre 2007, Transmeta a annoncé un accord pour régler son procès contre Intel Corporation. Intel a accepté de payer 150 millions de dollars d'avance et 20 millions de dollars par an pendant cinq ans à Transmeta en plus d'abandonner ses demandes reconventionnelles contre Transmeta. Transmeta a également accepté de concéder sous licence plusieurs de ses brevets et de céder un petit portefeuille de brevets à Intel dans le cadre de l'accord. Transmeta a également accepté de ne plus jamais fabriquer de processeurs compatibles x86. Un point sensible important dans le litige avec Intel a été le paiement d'environ 34 millions de dollars à trois dirigeants de Transmeta. Fin 2008, Intel et Transmeta ont conclu un nouvel accord pour transférer les 20 millions de dollars par an en une seule somme forfaitaire.

Le 8 août 2008, Transmeta a annoncé qu'elle avait accordé une licence à Nvidia pour ses technologies LongRun et ses puces à faible consommation d'énergie pour un montant de licence unique de 25 millions de dollars. Le 17 novembre, Transmeta a annoncé la signature d'un accord définitif pour être acquise par Novafora, une société de processeurs vidéo numériques basée à Santa Clara, en Californie , pour 255,6 millions de dollars en espèces, sous réserve d'ajustements en fonction du fonds de roulement. L'accord a été finalisé le 28 janvier 2009, lorsque Novafora a annoncé la finalisation de son acquisition de Transmeta.

Intellectual Venture Funding LLC a finalisé l'acquisition du portefeuille de brevets anciennement développé et détenu par Transmeta Corporation le 4 février 2009.

En raison de difficultés financières et de son incapacité à exécuter ses tâches, Novafora s'est effondrée fin juillet 2009.

Transmeta a connu une succession de 6 directeurs généraux différents qui ont dirigé l'entreprise au cours de son existence.

Parmi son équipe de technologues, Transmeta a employé certaines des personnalités les plus connues du secteur, notamment le fondateur de Linux, Linus Torvalds , le développeur du noyau Linux, Hans Peter Anvin , l'auteur de Yacc, Stephen C. Johnson , et le développeur de jeux Dave D. Taylor . En partie à cause de la présence de ces personnalités, le secteur était constamment en effervescence avec des rumeurs et des « théories du complot », ce qui a donné lieu à d'excellentes relations avec la presse .

Les graphiques suivants montrent les revenus, les dépenses d'exploitation, les bénéfices bruts et les pertes nettes de l'entreprise de 1996 à 2007. Les chiffres sont en milliers selon les rapports 10-K. L'entreprise a déjà été nommée comme l' entreprise la plus importante de la Silicon Valley dans un éditorial du magazine Upside , mais n'a pas réussi à obtenir de rentabilité alors qu'elle était un vendeur de puces.

Transmeta a reçu un financement total de 969 millions de dollars au cours de son existence.

Crusoe est la première famille de microprocesseurs de Transmeta, nommée d'après le personnage littéraire Robinson Crusoé .

Transmeta a perdu beaucoup de crédibilité et a subi de nombreuses critiques en raison des écarts importants entre les performances et la consommation d'énergie projetées et les résultats réels. Bien que la consommation d'énergie ait été quelque peu meilleure que celle des offres Intel et AMD, l'expérience de l'utilisateur final (c'est-à-dire la durée de vie de la batterie) n'a montré qu'une amélioration globale marginale. Tout d'abord, le logiciel de morphing de code (CMS) combiné à l'architecture de cache a artificiellement gonflé les comparaisons entre les tests de performance et les applications du monde réel. Cela est dû à la nature répétitive des tests de performance et à leur faible encombrement. La surcharge logicielle du CMS a peut-être en fait été une cause clé des performances bien inférieures pour de nombreuses applications du monde réel ; l'architecture de base VLIW simple ne pouvait pas rivaliser avec les applications à forte intensité de calcul ; et l' interface du pont sud était limitée par sa faible bande passante pour les graphiques ou d'autres applications à forte intensité d'E/S. Certains tests de performance standard n'ont même pas pu s'exécuter, ce qui remet en question la prétention d'une compatibilité x86 totale.

Le processeur Efficeon était le processeur VLIW 256 bits de deuxième génération de Transmeta . Comme le Crusoe (une architecture VLIW 128 bits ), Efficeon mettait l'accent sur l'efficacité de calcul, la faible consommation d'énergie et une faible empreinte thermique.

Un modèle Transmeta Efficeon de 2004 à 1,6 GHz (fabriqué à l'aide d'un procédé de 90 nm ) avait à peu près les mêmes caractéristiques de performances et de puissance qu'un Intel Atom de 2008 à 1,6 GHz (fabriqué à l'aide d'un procédé de 45 nm ). L'Efficeon comprenait un Northbridge intégré , tandis que l'Atom concurrent nécessitait une puce Northbridge externe, réduisant ainsi considérablement les avantages de l'Atom en termes de consommation d'énergie.

Le processeur Transmeta Efficeon a résolu de nombreux problèmes du Crusoe et a montré une amélioration d'environ 2x par rapport au Crusoe dans le monde réel. Sa puce était considérablement plus petite que celle du Pentium 4 et du Pentium M, lorsqu'on les comparait dans la même technologie de processus. La puce d'Efficeon fabriquée en 90 nm mesure 68 mm2 ^, soit 60 % de celle du Pentium 4 en 90 nm, à 112 mm2 ^, les deux processeurs possédant un cache L2 de 1 Mo.

L'idée de vendre un produit dans une enveloppe thermique spécifique n'était généralement pas comprise par la masse des critiques, qui avaient tendance à comparer Efficeon à la gamme de microprocesseurs x86, indépendamment de la consommation d'énergie ou de l'application. Un tel exemple de cette critique suggère que les performances sont toujours significativement en retard par rapport au Pentium M d'Intel (Banias) et au Mobile Athlon XP d'AMD .

Les processeurs Transmeta étaient des cœurs de mots d'instruction très longs (VLIW) exécutant une couche logicielle spéciale de traduction binaire dynamique qui, ensemble, implémentait la compatibilité avec l'architecture x86. Transmeta a déposé le terme « Code Morphing » pour décrire sa technologie et a fait référence à la couche logicielle sous le nom de Code Morphing Software (CMS).

Transmeta a utilisé la polarisation inverse du corps pour réduire la consommation d'énergie d'un facteur d'environ 2,5. (Une technologie similaire a été utilisée dans les processeurs XScale .)

Le logiciel de morphing de code ( CMS ) est la technologie utilisée par les microprocesseurs Transmeta pour exécuter des instructions x86 . Dans une vue générale, le CMS lit les instructions x86 et génère des instructions pour un processeur VLIW propriétaire , dans le style de Shade. La traduction du CMS est beaucoup plus coûteuse que celle de Shade, mais produit un code de bien meilleure qualité. Le CMS contient également un interpréteur et simule à la fois le fonctionnement en mode utilisateur et en mode système.

Le logiciel de morphing de code se composait d'un interpréteur , d'un système d'exécution et d'un traducteur binaire dynamique . Les instructions x86 étaient d'abord interprétées une instruction à la fois et profilées, puis, en fonction de la fréquence d'exécution et d'autres heuristiques , le CMS générait progressivement des traductions plus optimisées.

Des technologies similaires existaient dans les années 1990 : Wabi pour Solaris et Linux , FX!32 pour Alpha et IA-32 EL pour Itanium , DAISY open source, l' émulateur Mac 68K pour le PowerPC. L'approche Transmeta a placé la barre beaucoup plus haut pour la compatibilité x86 en raison de sa capacité à exécuter toutes les instructions x86 depuis le démarrage initial jusqu'aux dernières instructions multimédias.

Le fonctionnement du logiciel de morphing de code de Transmeta est similaire à la passe d'optimisation finale d'un compilateur conventionnel. Considérons un fragment de code x86 32 bits :

ajouter eax,dword ptr [esp] // charger les données depuis la pile, ajouter à eax ajouter ebx,dword ptr [esp] // idem, pour ebx mov esi,[ebp] // charger esi depuis la mémoire sub ecx,5 // soustraire 5 du registre ecx 

Ceci est d'abord converti de manière simpliste en instructions natives :

ld %r30,[%esp] // charger depuis la pile, dans le temporaire add.c %eax,%eax,%r30 // ajouter à %eax, définir les codes de condition. ld %r31,[%esp] ajouter.c %ebx,%ebx,%r31 ld %esi,[%ebp] sous-titre c %ecx,%ecx,5 

L'optimiseur élimine ensuite les sous-expressions courantes et les opérations de code de condition inutiles et, potentiellement, applique d'autres optimisations telles que le déroulement de boucle :

ld %r30,[%esp] // charger depuis la pile une seule fois ajouter %eax,%eax,%r30 ajouter %ebx,%ebx,%r30 // réutiliser les données chargées précédemment ld %esi,[%ebp] sub.c %ecx,%ecx,5 // seul ce dernier code de condition est nécessaire 

Enfin, l'optimiseur regroupe les instructions individuelles (« atomes ») en longs mots d'instructions (« molécules ») pour le matériel sous-jacent :

ld %r30,[%esp]; sub.c %ecx,%ecx,5 ld %esi,[%ebp]; ajouter %eax,%eax,%r30; ajouter %ebx,%ebx,%r30 

Ces deux molécules VLIW pourraient potentiellement s'exécuter en moins de cycles que les instructions originales sur un processeur x86.

Transmeta a affirmé que cette approche présentait plusieurs avantages techniques :

1. Alors que les leaders du marché Intel et/ou AMD étendraient le jeu d'instructions x86 de base, Transmeta pourrait rapidement mettre à niveau son produit avec une mise à niveau logicielle plutôt que de nécessiter une nouvelle version de son matériel.
2. Les performances et la puissance peuvent être ajustées par logiciel pour répondre aux besoins du marché.
3. Il serait relativement simple de corriger les défauts de conception ou de fabrication du matériel à l'aide de solutions de contournement logicielles .
4. On pourrait consacrer plus de temps à se concentrer sur l’amélioration des capacités du cœur ou sur la réduction de sa consommation d’énergie sans se soucier des 33 années de compatibilité ascendante avec l’architecture x86.
5. Le processeur pourrait émuler plusieurs autres architectures, peut-être même en même temps. (Lors du lancement initial de Crusoe, Transmeta a démontré que pico-Java et x86 fonctionnaient de manière mixte sur le matériel natif.)

Avant la sortie de Crusoe, des rumeurs indiquaient que Transmeta comptait sur ces avantages pour développer un processeur hybride PowerPC et x86. Mais Transmeta se concentrerait initialement uniquement sur le marché x86 à très faible consommation.

La capacité de mettre à jour rapidement des produits sans avoir à modifier le matériel a été démontrée en 2002 avec une mise à niveau sur le terrain (un téléchargement) pour améliorer les performances du processeur de la tablette PC HP Compaq TC1000 basée sur Crusoe . Elle a été réutilisée en 2004 lorsque le support NX bit et SSE3 a été ajouté à la gamme de produits Transmeta Efficeon sans nécessiter de modifications matérielles. Les mises à niveau sur le terrain étaient rares dans la pratique car les fournisseurs de matériel système ne voulaient pas encourir de coûts supplémentaires de support client ou dépenser de l'argent supplémentaire en assurance qualité pour les mises à niveau potentielles ou les corrections de bogues sur les produits livrés dont ils avaient déjà clôturé les comptes de revenus.

En conjonction avec son logiciel de morphing de code, Efficeon reflète le plus fidèlement l'ensemble des fonctionnalités des processeurs Intel Pentium 4 , bien que, comme les processeurs AMD Opteron , il prenne en charge un contrôleur de mémoire entièrement intégré , un bus d'E/S HyperTransport et le bit NX , ou extension x86 sans exécution au mode PAE . La prise en charge du bit NX est disponible à partir de la version 6.0.4 de CMS.

Les performances de calcul d'Efficeon par rapport aux processeurs mobiles comme l' Intel Pentium M sont considérées comme inférieures, bien que peu de choses semblent avoir été publiées sur les performances relatives de ces processeurs concurrents.

Efficeon était proposé en deux types de boîtiers : un boîtier à 783 et un boîtier à 592 billes . Sa consommation d'énergie était modérée (certains ne consommaient que 3 watts à 1 GHz et 7 watts à 1,5 GHz), ce qui permettait de le refroidir passivement.

Deux générations de cette puce ont été produites. La première génération (TM8600) a été fabriquée à l'aide d'un procédé TSMC 130 nm et produite à des vitesses allant jusqu'à 1,1 GHz . La deuxième génération (TM8800 et TM8820) a été fabriquée à l'aide d'un procédé Fujitsu 90 nm et produite à des vitesses allant de 1 GHz à 1,7 GHz.

En interne, l'Efficeon possédait deux unités logiques arithmétiques , deux unités de chargement/stockage/ajout, deux unités d'exécution, deux unités à virgule flottante / MMX / SSE / SSE2 , une unité de prédiction de branchement , une unité d'alias et une unité de contrôle. Le cœur VLIW pouvait exécuter une instruction VLIW de 256 bits par cycle. Un VLIW est appelé une molécule et dispose de la place nécessaire pour stocker huit instructions de 32 bits (appelées atomes) par cycle.

L'Efficeon avait un cache d'instructions L1 de 128 Ko, un cache de données L1 de 64 Ko et un cache L2 de 1 Mo. Tous les caches étaient sur la puce.

De plus, le logiciel de morphing de code Efficeon (CMS) a réservé une petite partie de la mémoire principale (généralement 32 Mo) pour son cache d'instructions x86 traduites dynamiquement.

En principe, il devrait être possible d'optimiser le code x86 pour favoriser le Code Morphing Software , voire pour les compilateurs de cibler directement l'architecture native VLIW . Cependant, en 2003, Linus Torvalds a apparemment rejeté ces approches comme irréalistes :

Le code natif de Crusoe – même s'il était documenté et disponible – n'est pas très propice à des tâches d'OS à usage général. Il n'a aucune notion de protection de la mémoire, et il n'y a pas de MMU pour les accès au code, donc des choses comme les modules du noyau ne fonctionneraient tout simplement pas.

Les traductions sont généralement meilleures que le code natif compilé statiquement (car l'ensemble du processeur est conçu pour la spéculation et les compilateurs statiques ne savent pas comment faire cela), et donc passer en mode natif n'est pas nécessairement une amélioration des performances.

Donc non, cela ne lui serait pas vraiment bénéfique, sans compter que ce n'est même pas une option puisque Transmeta n'a jamais publié suffisamment de détails pour le faire de toute façon. Principalement pour des raisons de sécurité simples : si vous commencez à fournir des interfaces pour bidouiller avec le « microcode », vous pourriez faire des choses vraiment désagréables.

[...je voulais dire...] "tu ne peux pas faire ça". Et nous ne dirons même pas en détail pourquoi tu ne peux pas faire ça.

En fait, même à l'intérieur de Transmeta, vous ne pouvez pas faire cela, sans avoir une version spécialement bénie du flash qui permet les mises à niveau. Si vous voyez un jour une machine avec une note bien visible indiquant « CMS mis à niveau vers la version de développement », c'est un indice qu'il s'agit d'une machine que les développeurs de TMTA pourraient modifier.

—  Linus Torvalds, liste de diffusion Linux-kernel

Une rétro-ingénierie ultérieure , publiée en 2004, clarifie certains détails de l'architecture VLIW native et du jeu d'instructions associé, et suggère qu'il existe des limitations fondamentales qui empêchent le portage d'un système d'exploitation tel que Linux.

Le même travail compare également la technologie brevetée de Transmeta avec l'état de la technique publié et dans certains cas breveté par IBM, et suggère que certaines revendications pourraient ne pas résister à un examen détaillé.