¿Qué son los chips de CPU?

Históricamente, las CPU han aumentado rápidamente el rendimiento de acuerdo con la "Ley de Moore" informal. La ley de Moore es una observación de que la cantidad de transistores en los procesadores y, por lo tanto, la potencia de procesamiento de los procesadores, se duplica aproximadamente cada dos años.

La ley de Moore se mantuvo de manera bastante consistente durante décadas desde que se planteó por primera vez en 1965, principalmente debido a que los fabricantes de procesadores hicieron avances continuos en cuanto a lo pequeños que podían hacer los transistores. Reducir el tamaño del transistor del procesador aumenta el rendimiento porque más transistores pueden caber en un espacio más pequeño y porque los componentes más pequeños son más eficientes energéticamente.

La ley de Moore está muerta

Sin embargo, de manera realista, la ley de Moore nunca se mantendrá para siempre, ya que cada vez es más difícil encoger los componentes cuanto más pequeños se vuelven. Desde 2010, en la escala de 14 y 10 nanómetros, es decir, 10 mil millonésimas de metro, los fabricantes de procesadores han comenzado a encontrarse al límite de lo que es físicamente posible. Los fabricantes de procesadores realmente han luchado para continuar reduciendo el tamaño del proceso por debajo de 10 nm, aunque a partir de 2020 hay algunos chips de 7 nm disponibles y chips de 5 nm en la etapa de diseño.

Para combatir la falta de contracción del proceso, los fabricantes de procesadores han tenido que utilizar otros métodos para seguir aumentando el rendimiento del procesador. Uno de estos métodos es simplemente hacer procesadores más grandes.

Producir

Uno de los problemas con la creación de un procesador increíblemente complejo como este es que el rendimiento del proceso no es del 100%. Algunos de los procesadores que se fabrican son simplemente defectuosos cuando se fabrican y deben desecharse. Al hacer un procesador más grande, el área más grande significa que hay una mayor probabilidad de que cada chip tenga un defecto que requiera desecharlo.

Los procesadores se fabrican en lotes, con muchos procesadores en una sola oblea de silicio. Por ejemplo, si estas obleas contienen 20 errores cada una en promedio, entonces será necesario desechar aproximadamente 20 procesadores por oblea. Con un diseño de CPU pequeño, podría haber, digamos, cien procesadores en una sola oblea; perder 20 no es genial, pero un rendimiento del 80% debería ser rentable. Sin embargo, con un diseño más grande, no puede colocar tantos procesadores en una sola oblea, con quizás solo 50 procesadores más grandes en una oblea. Perder 20 de estos 50 es mucho más doloroso y es mucho menos probable que sea rentable.

Nota: Los valores de este ejemplo solo se utilizan con fines de demostración y no son necesariamente representativos de los rendimientos del mundo real.

Chiplets

Para combatir este problema, los fabricantes de procesadores han separado algunas de las funciones y componentes en uno o más chips separados, aunque permanecen en el mismo paquete general. Estos chips separados son más pequeños de lo que sería un solo chip monolítico y se conocen como "Chiplets".

Cada chiplet individual ni siquiera necesita usar el mismo nodo de proceso. Es completamente posible tener chiplets de 7 nm y 14 nm en el mismo paquete general. El uso de un nodo de proceso diferente puede ayudar a ahorrar costos, ya que es más fácil hacer nodos más grandes y los rendimientos son generalmente más altos ya que la tecnología es menos avanzada.

Consejo: Nodo de proceso es el término que se utiliza para referirse a la escala de transistores que se utilizan.

Por ejemplo, en las CPU de servidor EPYC de segunda generación de AMD, los núcleos del procesador de la CPU se dividen en ocho chiplets separados, cada uno de los cuales usa el nodo del procesador de 7 nm. También se utiliza un chiplet de nodo de 14 nm separado para procesar la E / S, o la entrada / salida de los chiplets y el paquete de CPU en general.

Intel está diseñando algunas de sus CPU futuras para tener dos chips de procesador de CPU separados, cada uno de los cuales se ejecuta en un nodo de proceso diferente. La idea es que el nodo de la despensa más antiguo se puede usar para tareas con menores requisitos de energía, mientras que los núcleos de CPU de los nodos más pequeños más nuevos se pueden usar cuando se necesita el máximo rendimiento. El diseño que utiliza un nodo de procesamiento dividido será especialmente útil para Intel, que ha luchado por lograr rendimientos aceptables para su proceso de 10 nm.