Cosa sono i chiplet CPU?

Storicamente le CPU hanno rapidamente aumentato le prestazioni in conformità con l'informale "Legge di Moore". La legge di Moore è un'osservazione che il numero di transistor nei processori, e quindi la potenza di elaborazione dei processori, raddoppia all'incirca ogni due anni.

La legge di Moore è rimasta abbastanza coerente per decenni da quando è stata posta per la prima volta nel 1965, principalmente a causa dei produttori di processori che hanno fatto continui progressi su quanto piccoli potessero fare i transistor. La riduzione delle dimensioni del transistor del processore aumenta le prestazioni perché più transistor possono quindi stare in uno spazio più piccolo e perché i componenti più piccoli sono più efficienti dal punto di vista energetico.

La legge di Moore è morta

Realisticamente, però, la legge di Moore non sarebbe mai durata per sempre, poiché diventa sempre più difficile ridurre i componenti man mano che diventano più piccoli. Dal 2010, alla scala di 14 e 10 nanometri, ovvero 10 miliardesimi di metro, i produttori di processori hanno iniziato a scontrarsi con il limite di ciò che è fisicamente possibile. I produttori di processori hanno davvero faticato a continuare a ridurre le dimensioni del processo al di sotto dei 10 nm, sebbene dal 2020 siano disponibili alcuni chip da 7 nm e i chip da 5 nm siano in fase di progettazione.

Per combattere la mancanza di restringimento del processo, i produttori di processori hanno dovuto utilizzare altri metodi per continuare ad aumentare le prestazioni del processore. Uno di questi metodi è semplicemente creare processori più grandi.

Prodotto

Uno dei problemi con la creazione di un processore incredibilmente complesso come questo è che la resa del processo non è del 100%. Alcuni dei processori realizzati sono semplicemente difettosi quando vengono realizzati e devono essere gettati via. Quando si realizza un processore più grande, l'area più ampia significa che c'è una maggiore possibilità che ogni chip abbia un difetto che ne richiede l'eliminazione.

I processori sono realizzati in batch, con molti processori su un singolo wafer di silicio. Ad esempio, se questi wafer contengono in media 20 errori ciascuno, sarà necessario buttare via circa 20 processori per wafer. Con una piccola CPU potrebbero esserci, diciamo, un centinaio di processori su un singolo wafer; perdere 20 non è fantastico, ma un rendimento dell'80% dovrebbe essere redditizio. Con un design più grande, tuttavia, non è possibile inserire tanti processori su un singolo wafer, con forse solo 50 processori più grandi che si adattano a un wafer. Perdere 20 di questi 50 è molto più doloroso ed è molto meno probabile che sia redditizio.

Nota: i valori in questo esempio vengono utilizzati solo a scopo dimostrativo e non sono necessariamente rappresentativi dei rendimenti reali.

Chiplet

Per combattere questo problema, i produttori di processori hanno separato alcune funzionalità e componenti in uno o più chip separati, sebbene rimangano nello stesso pacchetto generale. Questi chip separati sono più piccoli di un singolo chip monolitico e sono noti come "Chiplet".

Ogni singolo chiplet non ha nemmeno bisogno di usare lo stesso nodo di processo. È del tutto possibile avere chiplet basati su entrambi i 7 nm e 14 nm nello stesso pacchetto complessivo. L'utilizzo di un nodo di processo diverso può aiutare a risparmiare sui costi, poiché è più facile realizzare nodi più grandi e i rendimenti sono generalmente più elevati poiché la tecnologia è meno all'avanguardia.

Mancia: Nodo di processo è il termine utilizzato per indicare la scala dei transistor utilizzati.

Ad esempio, nelle CPU del server EPYC di seconda generazione di AMD, i core del processore della CPU sono suddivisi in otto chiplet separati, ciascuno utilizzando il nodo del processore a 7 nm. Viene utilizzato anche un chiplet di nodo da 14 nm separato per elaborare l'I/O, o Input/Output dei chiplet e l'intero pacchetto della CPU.

Intel sta progettando alcune delle sue future CPU per avere due chip di processore CPU separati, ognuno dei quali viene eseguito su un nodo di processo diverso. L'idea è che il vecchio nodo dispensa può essere utilizzato per attività con requisiti di alimentazione inferiori, mentre i nuovi core CPU del nodo più piccolo possono essere utilizzati quando sono necessarie le massime prestazioni. Il design che utilizza un nodo di elaborazione diviso sarà particolarmente utile per Intel che ha faticato a raggiungere rese accettabili per il suo processo a 10 nm