Historicamente, as CPUs aumentaram rapidamente o desempenho de acordo com a informal “Lei de Moore”. A lei de Moore é uma observação de que o número de transistores nos processadores e, portanto, a capacidade de processamento dos processadores, dobra aproximadamente a cada dois anos.
A lei de Moore foi mantida de forma bastante consistente por décadas, desde que foi formulada pela primeira vez em 1965, principalmente devido aos fabricantes de processadores fazerem avanços contínuos no tamanho dos transistores. Reduzir o tamanho do transistor do processador aumenta o desempenho porque mais transistores podem caber em um espaço menor e porque componentes menores são mais eficientes em termos de energia.
Porém, realisticamente, a lei de Moore nunca duraria para sempre, pois fica cada vez mais difícil encolher componentes quanto menores eles ficam. Desde 2010, nas escalas de 14 e 10 nanômetros - que são 10 bilionésimos de um metro - os fabricantes de processadores começaram a se deparar com o que é fisicamente possível. Os fabricantes de processadores têm realmente se esforçado para reduzir o tamanho do processo abaixo de 10 nm, embora em 2020 alguns chips de 7 nm estejam disponíveis e chips de 5 nm estejam em estágio de design.
Para combater a falta de redução do processo, os fabricantes de processadores tiveram que usar outros métodos para continuar a aumentar o desempenho do processador. Um desses métodos é simplesmente fazer processadores maiores.
Um dos problemas com a criação de um processador incrivelmente complexo como esse é que o rendimento do processo não é de 100%. Alguns dos processadores feitos são simplesmente defeituosos quando são feitos e precisam ser jogados fora. Ao fazer um processador maior, a área maior significa que há uma chance maior de cada chip ter uma falha exigindo que seja descartado.
Os processadores são feitos em lotes, com muitos processadores em um único wafer de silício. Por exemplo, se cada um desses wafers contiver 20 erros em média, cerca de 20 processadores por wafer precisarão ser descartados. Com um design de CPU pequeno, poderia haver, digamos, cem processadores em um único wafer; perder 20 não é ótimo, mas um rendimento de 80% deve ser lucrativo. Com um design maior, no entanto, você não pode caber tantos processadores em um único wafer, com talvez apenas 50 processadores maiores cabendo em um wafer. Perder 20 desses 50 é muito mais doloroso e muito menos provável de ser lucrativo.
Nota: Os valores neste exemplo são usados apenas para fins de demonstração e não são necessariamente representativos dos rendimentos do mundo real.
Para combater esse problema, os fabricantes de processadores separaram algumas das funcionalidades e componentes em um ou mais chips separados, embora permaneçam no mesmo pacote geral. Esses chips separados são menores do que um único chip monolítico e são conhecidos como “chips”.
Cada chip individual nem precisa usar o mesmo nó de processo. É perfeitamente possível ter chips baseados em 7 nm e 14 nm no mesmo pacote geral. Usar um nó de processo diferente pode ajudar a economizar custos, pois é mais fácil fazer nós maiores e os rendimentos são geralmente maiores, pois a tecnologia é menos avançada.
Dica: Nó de processo é o termo usado para se referir à escala dos transistores usados.
Por exemplo, nas CPUs de servidor EPYC de segunda geração da AMD, os núcleos do processador da CPU são divididos em oito chips separados, cada um usando o nó do processador de 7 nm. Um chip de nó separado de 14 nm também é usado para processar o I / O, ou entrada / saída dos chips e o pacote geral da CPU.
A Intel está projetando algumas de suas futuras CPUs para ter dois chips de processador de CPU separados, cada um rodando em um nó de processo diferente. A ideia é que o nó larder mais antigo pode ser usado para tarefas com requisitos de energia mais baixos, enquanto os núcleos de CPU do nó menor mais novo podem ser usados quando o desempenho máximo é necessário. O design usando um nó de processamento dividido será especialmente útil para a Intel, que tem lutado para alcançar rendimentos aceitáveis para seu processo de 10 nm
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