Que sont les puces CPU ?

Historiquement, les processeurs ont rapidement augmenté leurs performances conformément à la «loi de Moore» informelle. La loi de Moore est une observation selon laquelle le nombre de transistors dans les processeurs, et donc la puissance de traitement des processeurs, double environ tous les deux ans.

La loi de Moore a été maintenue de manière assez constante pendant des décennies depuis sa première affirmation en 1965, principalement en raison du fait que les fabricants de processeurs faisaient des progrès continus sur la taille des transistors. La réduction de la taille des transistors du processeur augmente les performances car plus de transistors peuvent alors s'insérer dans un espace plus petit et parce que les composants plus petits sont plus économes en énergie.

La loi de Moore est morte

De manière réaliste cependant, la loi de Moore n'allait jamais durer éternellement, car il devient de plus en plus difficile de réduire les composants à mesure qu'ils deviennent plus petits. Depuis 2010, à l'échelle des 14 et 10 nanomètres – c'est-à-dire 10 milliardièmes de mètre – les fabricants de processeurs ont commencé à se heurter à ce qui est physiquement possible. Les fabricants de processeurs ont vraiment eu du mal à continuer à réduire la taille du processus en dessous de 10 nm, bien qu'à partir de 2020, des puces de 7 nm soient disponibles et des puces de 5 nm soient au stade de la conception.

Pour lutter contre l'absence de réduction des processus, les fabricants de processeurs ont dû utiliser d'autres méthodes pour continuer à augmenter les performances des processeurs. L'une de ces méthodes consiste simplement à fabriquer des processeurs plus gros.

Rendement

L'un des problèmes liés à la création d'un processeur incroyablement complexe comme celui-ci est que le rendement du processus n'est pas de 100 %. Certains des processeurs fabriqués sont tout simplement défectueux lorsqu'ils sont fabriqués et doivent être jetés. Lors de la fabrication d'un plus gros processeur, la plus grande surface signifie qu'il y a plus de chances que chaque puce ait un défaut nécessitant qu'elle soit jetée.

Les processeurs sont fabriqués par lots, avec de nombreux processeurs sur une seule plaquette de silicium. Par exemple, si ces plaquettes contiennent 20 erreurs chacune en moyenne, alors environ 20 processeurs par plaquette devront être jetés. Avec une petite conception de processeur, il pourrait y avoir, disons, une centaine de processeurs sur une seule plaquette ; perdre 20 n'est pas génial, mais un rendement de 80% devrait être rentable. Avec une conception plus grande, cependant, vous ne pouvez pas installer autant de processeurs sur une seule plaquette, avec peut-être seulement 50 processeurs plus grands sur une plaquette. Perdre 20 de ces 50 est beaucoup plus douloureux et a beaucoup moins de chances d'être rentable.

Remarque : Les valeurs de cet exemple ne sont utilisées qu'à des fins de démonstration et ne sont pas nécessairement représentatives des rendements réels.

Chiplets

Pour lutter contre ce problème, les fabricants de processeurs ont séparé certaines fonctionnalités et composants en une ou plusieurs puces distinctes, bien qu'elles restent dans le même package global. Ces puces séparées sont plus petites qu'une seule puce monolithique et sont appelées « Chiplets ».

Chaque chiplet individuel n'a même pas besoin d'utiliser le même nœud de processus. Il est tout à fait possible d'avoir des puces à base de 7 nm et 14 nm dans le même boîtier global. L'utilisation d'un nœud de processus différent peut aider à réduire les coûts, car il est plus facile de créer des nœuds plus grands et les rendements sont généralement plus élevés car la technologie est moins avancée.

Astuce : Le nœud de processus est le terme utilisé pour désigner l'échelle des transistors utilisés.

Par exemple, dans les processeurs de serveur EPYC de deuxième génération d'AMD, les cœurs de processeur de processeur sont répartis sur huit puces distinctes, chacune utilisant le nœud de processeur 7 nm. Un chiplet de nœud séparé de 14 nm est également utilisé pour traiter les E/S ou les entrées/sorties des chiplets et de l'ensemble du processeur.

Intel est en train de concevoir certains de ses futurs processeurs pour avoir deux puces de processeur distinctes, chacune s'exécutant sur un nœud de processus différent. L'idée est que l'ancien nœud de garde-manger peut être utilisé pour des tâches nécessitant moins d'énergie, tandis que les nouveaux cœurs de processeur de nœud plus petit peuvent être utilisés lorsque des performances maximales sont nécessaires. La conception utilisant un nœud de traitement divisé sera particulièrement utile pour Intel qui a eu du mal à atteindre des rendements acceptables pour son processus de 10 nm