Lusteliai padalija sudėtingą procesorių į mažesnius specializuotus lustus, o tada, naudodami pažangią korpuso technologiją, leidžia jiems veikti kaip vienai sistemai.
Lustelių procesorius padalija vieną sudėtingą lustą į kelias mažesnes dalis, o tada sujungia jas viename korpuse.
Užuot gaminę kiekvieną procesoriaus branduolį, atminties valdiklį, grafikos bloką ir įvesties bei išvesties funkciją viename milžiniškame silicio gabale, projektuotojai gali atskirai pagaminti specializuotus lustus ir juos sujungti.
Tai gali sumažinti gamybos atliekas, leisti skirtingoms funkcijoms naudoti skirtingus gamybos procesus ir palengvinti vienos architektūros mastelio keitimą. Tačiau atsiranda nauja problema: keli lustai turi veikti kaip vienas.
Tradicinis metodas: vienas monolitinis lustas
Įprastas procesorius gaminamas kaip vienas silicio lustas. Tame luste gali būti:
- skaičiavimo branduoliai
- spartinančioji atmintis
- atminties valdikliai
- grafikos
- vaizdo išvesties varikliai
- PCIe
- ir kitos įvesties bei išvesties funkcijos.
Monolitinė konstrukcija turi svarbių pranašumų. Duomenys luste gali judėti per glaudžiai integruotas jungtis. Sistemą lengviau laikyti vienu fiziniu komponentu. Vėlinimas ir programinės įrangos veikimas gali būti labiau prognozuojami. Trūkumas išryškėja didėjant lustui. Silicio plokštelėse neišvengiamai pasitaiko defektų. Dėl nedidelio defekto gali būti sugadintas gerokai didesnis vertingo silicio gabalas. Ant kiekvienos plokštelės taip pat telpa mažiau didelių lustų.
Kuo didesnis ir sudėtingesnis procesorius, tuo sunkiau jį efektyviai pagaminti.
Lusteliai paskirsto riziką
Įsivaizduokite didelį procesorių, padalytą į keturis mažesnius lustus. Jei defektas paveikia vieną mažą lustą, kiti tinkami lustai vis dar gali būti naudojami. Mažesni gabalai taip pat efektyviau išdėstomi ant plokštelės. Tai gali pagerinti gamybos išeigą ir sumažinti labai didelio bendro procesoriaus gamybos sąnaudas. Šie gabalai neprivalo būti vienodi. Viename korpuse gali būti derinami:
- didelio našumo skaičiavimo lustai
- įvesties ir išvesties lustas
- grafikos
- DI spartinimas
- spartinančioji atmintis
- ir specializuotos sąsajos.
Kiekvienas blokas tampa viena iš sudedamųjų įrenginio dalių.
Skirtingi darbai gali būti atliekami naudojant skirtingus gamybos procesus
Pažangiausias gamybos procesas yra brangus ir ne visoms funkcijoms vienodai naudingas. Didelio našumo procesoriaus branduoliams gali būti naudingi mažesni tranzistoriai. Įvesties ir išvesties grandinėms, analoginėms funkcijoms ir atminties sąsajoms gali nereikėti tokio pažangaus proceso. Kai kurios iš jų gali veikti geriau arba būti ekonomiškiau gaminamos naudojant brandesnį technologinį mazgą. Lustelės leidžia projektuotojams kiekvienai užduočiai pasirinkti tinkamą procesą.
Pavyzdžiui, AMD RDNA 3 grafikos dizainas apjungė 5 nm grafikos skaičiavimo kristalą su 6 nm atminties spartinančiosios atminties kristalais. Tikslas buvo ne tiesiog sukurti daugiau dalių, o priskirti skirtingas funkcijas joms tinkamiems gamybos procesams. Intel tą pačią platesnę idėją vadina heterogenine integracija: skirtingoms funkcijoms skirtų lustelių, kurie gali būti pagaminti naudojant skirtingas gamybos technologijas, sujungimu.
Procesoriai išpopuliarino lusteles
AMD Zen procesorių šeimos padėjo lustelių dizainą išpopuliarinti stalinių kompiuterių ir serverių procesoriuose. Ryzen arba EPYC korpusas gali apjungti vieną ar kelis branduolių kompleksų kristalus su atskiru įvesties ir išvesties kristalu. Taip lengviau didinti branduolių skaičių. Įprastame staliniame procesoriuje gali būti naudojamas vienas arba du skaičiavimo kristalai. Serverio procesoriuje jų gali būti gerokai daugiau, išdėstytų aplink centrinę įvesties ir išvesties sistemą. Bendrovei nereikia kiekvienam branduolių skaičiui kurti vieno milžiniško unikalaus monolitinio kristalo. Tas pats bazinis blokas gali būti naudojamas keliuose gaminiuose.
GPU padalyti sunkiau
Grafikos užduotys priklauso nuo milžiniško duomenų kiekio, perduodamo tarp skaičiavimo blokų, spartinančiosios atminties ir atminties. Todėl padalijus GPU gali kilti delsos ir pralaidumo problemų. AMD RDNA 3 architektūroje naudotas centrinis grafikos skaičiavimo kristalas, prijungtas prie atskirų atminties spartinančiosios atminties kristalų. Bendrovė teigė, kad ryšys tarp jų galėjo veikti iki 5,3 TB/s sparta. Tai gamintojo nurodomas didžiausias rodiklis, o ne realus žaidimų pralaidumas. Jis parodo, kokio masto turi būti ši jungtis.
Lustelių GPU negali veikti kaip kelios menkai susietos vaizdo plokštės. Kristalams reikia sparčiai ir nuosekliai palaikyti ryšį, kad programinė įranga galėtų laikyti gaminį vienu GPU. Todėl lustelių grafikos kūrimas nėra tiesiog „dar kartą pritaikyti procesoriaus metodą“.
Korpusas tampa architektūros dalimi
Padalijus procesorių, jį jungiantis korpusas tampa itin svarbus. Įprastų korpuso takelių gali nepakakti pralaidumui ir energijos vartojimo efektyvumui užtikrinti. Pažangesni metodai apima:
2,5D integracija
Keli kristalai yra išdėstyti vienas šalia kito ir palaiko ryšį per tarpinį sluoksnį arba didelio tankio perskirstymo sluoksnį.
3D sluoksniavimas
Vienas kristalas yra virš kito, todėl susidaro daug trumpesnės vertikalios jungtys.
Hibridiniai metodai
Loginės grandinės, spartinančioji atmintis ir atmintis gali būti išdėstytos viena šalia kitos ir viena virš kitos, naudojant kelias pakavimo technologijas. Intel Foveros šeima yra pažangios 2,5D ir 3D integracijos pavyzdys. AMD taip pat derina lustelius su pažangiu pakavimu procesorių, grafikos procesorių ir spartintuvų produktuose. Paketas nebėra vien objektas, saugantis silicį. Jis lemia, kaip sistema komunikuoja, gauna energiją ir pašalina šilumą.
Kodėl nepadarius visko lusteliais?
Lusteliai sukuria ir savo sąnaudas.
Ryšio sąnaudos
Duomenų perkėlimas tarp kristalų gali užtrukti daugiau laiko ir energijos nei perkėlimas viename kristale.
Pakavimo kaina
Pažangūs interpozitoriai, sujungimas ir surinkimas gali būti brangūs.
Šilumos tankis
Sukrautus kristalus gali būti sunkiau aušinti.
Testavimas
Kiekvieną lustelį ir galutinį paketą reikia išbandyti. Vienas prastas komponentas vis tiek gali paveikti surinktą produktą.
Programinė įranga ir planavimas
Operacinei sistemai ir taikomosioms programoms gali tekti suprasti delsos, spartinančiosios atminties ar branduolių išdėstymo skirtumus.
Produkto mastas
Nedidelis nebrangus procesorius gali būti pigesnis ir paprastesnis kaip vienas monolitinis kristalas.
Lusteliai yra projektavimo priemonė, o ne universalus patobulinimas.
Ar lusteliai automatiškai yra spartesni?
Ne. Lusteliai gali padaryti ekonomiškai įmanomą kur kas didesnį ar labiau specializuotą procesorių. Tokia sistema gali būti spartesnė, nes joje yra daugiau branduolių, spartinančiosios atminties, atminties ar spartinimo išteklių. Pats lustelių išdėstymas taip pat sukuria ryšio sąnaudas. Gerai suprojektuotas monolitinis lustas gali pranokti prastai suprojektuotą kelių kristalų sistemą. Našumas priklauso nuo:
- architektūra
- darbo krūvis
- tarpusavio jungtis
- spartinančioji atmintis
- atmintis
- pakavimas
- programinė įranga
- ir energijos sąnaudos.
Pranašumas – lankstumas ir mastelis, o ne nemokamas greitis.
Kodėl jie svarbūs dirbtiniam intelektui
Dirbtinio intelekto spartintuvams reikia milžiniškos skaičiavimo galios, didelio pralaidumo atminties ir sparčių jungčių tarp kelių apdorojimo blokų. Lusteliai leidžia projektuotojui sujungti: skaičiavimo kristalus, įvesties ir išvesties sąsajas, spartinančiąją atmintį, didelio pralaidumo atmintį ir specializuotą spartinimą. AMD CDNA architektūroje pažangi pakavimo technologija naudojama lustelių technologijoms ir HBM sujungti duomenų centrų spartintuvuose. Visa pramonė taip pat juda atvirų lustelių tarpusavio jungimo standartų link, kad skirtingų projektavimo komandų, o galiausiai galbūt ir skirtingų įmonių, sukurti kristalai galėtų komunikuoti per bendras sąsajas. Dėl to procesoriai galėtų tapti moduliaresni, nors komerciniai, saugumo ir suderinamumo iššūkiai tebėra dideli.
Ką tai keičia pirkėjams
Daugumai pirkėjų nereikia rinktis procesoriaus pagal tai, ar jis monolitinis, ar pagrįstas lusteliais. Naudingi rezultatai yra netiesioginiai: daugiau branduolių už tą pačią kainą, didesnės talpyklos, geresnis produktų mastelio keitimas, daugiau specializuotų spartintuvų ir didesnė konkurencija tarp gamybos procesų. Lusteliai taip pat gali paaiškinti neįprastą elgesį. Procesoriaus branduolių grupėms gali būti būdinga skirtinga delsa. GPU gali labai priklausyti nuo savo talpyklos ir sąsajos. Sukrautos talpyklos konstrukcijai gali būti taikomos kitokios šiluminės ribos nei įprastai versijai. Architektūra svarbi tada, kai ji keičia realaus darbo krūvį, o ne todėl, kad rinkodaroje vartojamas žodis „lustelis“.
Ateitis greičiausiai bus mišri
Kai kurie procesoriai ir toliau bus monolitiniai. Kiti jungs kelis lustelius. Kai kuriuose talpykla arba atmintis bus sluoksniuojama vertikaliai. Didelės dirbtinio intelekto sistemos gali taip glaudžiai sujungti daugybę paketų, kad riba tarp lusto, modulio ir kompiuterio taps nebe tokia aiški. Tikslas nėra sukurti kuo daugiau dalių. Tikslas – kiekvienai funkcijai parinkti tinkamą silicį, ekonomiškai jį gaminti ir viską sujungti pakankamai greitai, kad naudotojas matytų vieną sistemą.
Lusteliai keičia procesorių kūrimo būdą, nes leidžia projektuotojams nebetraktuoti vieno milžiniško lusto kaip vienintelio kelio sukurti galingą lustą. Patys mažesni elementai nėra proveržis. Proveržis yra jų veikimas kartu. Perskaitykite, kodėl grafikos atmintis tampa strategiškai svarbi, arba peržiūrėkite GPUsed įmonių ir duomenų centrų aparatinę įrangą.