Wat zijn CPU-chiplets?

Historisch gezien hebben CPU's de prestaties snel verbeterd in overeenstemming met de informele "Wet van Moore". De wet van Moore is een observatie dat het aantal transistors in processors, en dus de verwerkingskracht van de processors, ongeveer elke twee jaar verdubbelt.

De wet van Moore hield decennialang vrij consistent stand sinds deze voor het eerst werd geponeerd in 1965, voornamelijk omdat processorfabrikanten voortdurend vooruitgang boekten in hoe klein ze de transistors konden maken. Het verkleinen van de grootte van de processortransistor verhoogt de prestaties omdat er dan meer transistors in een kleinere ruimte passen en omdat kleinere componenten energiezuiniger zijn.

De wet van Moore is dood

Realistisch gezien zou de wet van Moore echter nooit voor altijd gelden, omdat het steeds moeilijker wordt om componenten te verkleinen naarmate ze kleiner worden. Sinds 2010 zijn processorfabrikanten op een schaal van 14 en 10 nanometer – dat is 10 miljardste van een meter – tegen de grenzen aangelopen van wat fysiek mogelijk is. Processorfabrikanten hebben echt moeite gehad om de procesgrootte onder de 10 nm te blijven verkleinen, hoewel er vanaf 2020 ongeveer 7 nm-chips beschikbaar zijn en 5 nm-chips zich in de ontwerpfase bevinden.

Om het gebrek aan proceskrimp tegen te gaan, moesten processorfabrikanten andere methoden gebruiken om de processorprestaties te blijven verbeteren. Een van deze methoden is simpelweg het maken van grotere processors.

Opbrengst

Een van de problemen bij het maken van een ongelooflijk complexe processor als deze is dat de opbrengst van het proces niet 100% is. Sommige van de gemaakte processors zijn gewoon defect wanneer ze worden gemaakt en moeten worden weggegooid. Bij het maken van een grotere processor betekent het grotere gebied dat er een grotere kans is dat elke chip een fout heeft waardoor deze moet worden weggegooid.

Processors worden in batches gemaakt, met veel processors op een enkele siliciumwafer. Als deze wafers bijvoorbeeld gemiddeld 20 fouten bevatten, dan zullen er ongeveer 20 processors per wafer moeten worden weggegooid. Met een klein CPU-ontwerp zouden er bijvoorbeeld honderd processors op een enkele wafer kunnen zijn; 20 verliezen is niet geweldig, maar een opbrengst van 80% zou winstgevend moeten zijn. Met een groter ontwerp kun je echter niet zoveel processors op een enkele wafer passen, met misschien slechts 50 grotere processors die op een wafer passen. 20 van deze 50 verliezen is veel pijnlijker en is veel minder waarschijnlijk winstgevend.

Opmerking: De waarden in dit voorbeeld worden alleen gebruikt voor demonstratiedoeleinden en zijn niet per se representatief voor reële opbrengsten.

Chiplets

Om dit probleem aan te pakken, hebben processorfabrikanten een deel van de functionaliteit en componenten opgesplitst in een of meer afzonderlijke chips, hoewel ze in hetzelfde algemene pakket blijven. Deze gescheiden chips zijn kleiner dan een enkele monolithische chip zou zijn en staan ​​bekend als "Chiplets".

Elke individuele chiplet hoeft niet eens hetzelfde procesknooppunt te gebruiken. Het is heel goed mogelijk om zowel op 7 nm als op 14 nm gebaseerde chiplets in hetzelfde totaalpakket te hebben. Het gebruik van een ander procesknooppunt kan helpen om kosten te besparen, omdat het gemakkelijker is om grotere knooppunten te maken en de opbrengsten over het algemeen hoger zijn omdat de technologie minder geavanceerd is.

Tip: Procesknooppunt is de term die wordt gebruikt om te verwijzen naar de schaal van de gebruikte transistors.

In AMD's tweede generatie EPYC-server-CPU's zijn de CPU-processorcores bijvoorbeeld verdeeld over acht afzonderlijke chiplets, die elk gebruikmaken van het 7 nm-processorknooppunt. Een aparte 14 nm node-chiplet wordt ook gebruikt om de I/O of Input/Output van de chiplets en het totale CPU-pakket te verwerken.

Intel ontwerpt een aantal van zijn toekomstige CPU's om twee afzonderlijke CPU-processorchips te hebben, die elk op een ander procesknooppunt draaien. Het idee is dat het oudere provisieknooppunt kan worden gebruikt voor taken met lagere stroomvereisten, terwijl de nieuwere kleinere CPU-kernen van het knooppunt kunnen worden gebruikt wanneer maximale prestaties nodig zijn. Het ontwerp met een gesplitst verwerkingsknooppunt zal vooral nuttig zijn voor Intel, die moeite heeft gehad om acceptabele opbrengsten te behalen voor zijn 10 nm-proces