Čipleti razdelijo zapleten procesor na manjše specializirane matrice, nato pa z naprednim pakiranjem poskrbijo, da delujejo kot en sistem.
Procesor s čipleti razdeli en zapleten čip na več manjših delov, nato pa jih poveže v istem paketu.
Namesto da bi vsako jedro CPE, pomnilniški krmilnik, grafični blok in vhodno-izhodno funkcijo izdelali na enem ogromnem kosu silicija, lahko oblikovalci ločeno izdelajo specializirane matrice in jih združijo.
To lahko zmanjša proizvodne odpadke, omogoči uporabo različnih proizvodnih postopkov za različne funkcije in olajša povečanje ene arhitekture. Ustvari pa tudi novo težavo: več čipov se mora obnašati kot ena celota.
Tradicionalni pristop: ena monolitna matrica
Običajni procesor je izdelan kot ena sama silicijeva matrica. Ta matrica lahko vsebuje:
- računska jedra
- predpomnilnik
- pomnilniške krmilnike
- grafiko
- grafične pogone
- PCIe
- in druge vhodno-izhodne funkcije.
Monolitna zasnova ima pomembne prednosti. Podatki se lahko po matrici premikajo prek tesno integriranih povezav. Sistem je lažje obravnavati kot eno fizično komponento. Zakasnitev in delovanje programske opreme sta lahko bolj predvidljiva. Slabost se pokaže, ko matrica postane večja. Silicijeve rezine vsebujejo neizogibne napake. Majhna napaka lahko uniči precej večji kos dragocenega silicija. Na vsako rezino se prilega tudi manj velikih matric.
Večji in bolj zapleten ko je procesor, težje ga je učinkovito izdelati.
Čipleti porazdelijo tveganje
Predstavljajte si velik procesor, razdeljen na štiri manjše matrice. Če napaka prizadene eno manjšo matrico, so lahko druge brezhibne matrice še vedno uporabne. Manjši deli se tudi učinkoviteje prilegajo rezini. To lahko izboljša izkoristek proizvodnje in zmanjša stroške izdelave zelo velikega celotnega procesorja. Deli niso nujno enaki. Paket lahko združuje:
- matrice za visokozmogljivo računalništvo
- vhodno-izhodno matrico
- grafiko
- pospeševanje umetne inteligence
- predpomnilnik
- in specializirane vmesnike.
Vsak blok postane gradnik.
Različna opravila lahko uporabljajo različne proizvodne postopke
Najnaprednejši proizvodni proces je drag in ni enako uporaben za vsako funkcijo. Visokozmogljiva jedra CPE-jev imajo lahko koristi od manjših tranzistorjev. Vezja za vhod/izhod, analogne funkcije in pomnilniški vmesniki morda ne potrebujejo enako naprednega proizvodnega procesa. Nekatera lahko bolje ali gospodarnejše delujejo na zrelem proizvodnem vozlišču. Čipleti oblikovalcem omogočajo uporabo ustreznega proizvodnega procesa za vsako nalogo.
AMD-jeva grafična zasnova RDNA 3 je na primer združila 5-nm jedro za grafične izračune s 6-nm jedri za pomnilniški predpomnilnik. Namen ni bil preprosto ustvariti več delov, temveč različne funkcije namestiti na proizvodne procese, ki so zanje primerni. Intel to širšo zamisel opisuje kot heterogeno integracijo: združevanje čipletov, izdelanih za različne funkcije in potencialno z uporabo različnih proizvodnih tehnologij.
CPE-ji so čiplete naredili prepoznavne
AMD-jeve družine procesorjev Zen so pripomogle k uveljavitvi zasnove na čipletih v namiznih in strežniških procesorjih. Paket Ryzen ali EPYC lahko združuje eno ali več jedernih jeder z ločenim jedrom za vhod/izhod. Tak pristop olajša povečevanje števila jeder. Namizni procesor običajnega razreda lahko uporablja eno ali dve računski jedri. Strežniški procesor jih lahko uporablja veliko več okoli osrednjega sistema V/I. Podjetju ni treba zasnovati enega ogromnega, edinstvenega monolitnega jedra za vsako število jeder. Isti gradnik se lahko pojavi v več izdelkih.
Grafične procesorje je težje razdeliti
Grafične delovne obremenitve so odvisne od ogromnih količin podatkov, ki se premikajo med računskimi enotami, predpomnilnikom in pomnilnikom. Razdelitev grafičnega procesorja lahko zato povzroči težave z zakasnitvijo in pasovno širino. Arhitektura RDNA 3 podjetja AMD je uporabila osrednje jedro za grafične izračune, povezano z ločenimi jedri za pomnilniški predpomnilnik. Podjetje je navedlo, da lahko povezava med njimi deluje s hitrostjo do 5,3 TB/s. To je največja vrednost proizvajalca, ne dejanska prepustnost pri igranju iger. Ponazarja pa obseg potrebne povezave.
Grafični procesor, zasnovan na čipletih, ne more delovati kot več ohlapno povezanih grafičnih kartic. Jedra morajo komunicirati hitro in koherentno, da lahko programska oprema izdelek obravnava kot en grafični procesor. Zato zasnova grafike na čipletih ni preprosto »ponovna uporaba pristopa za CPE-je«.
Embalaža postane del arhitekture
Ko je procesor razdeljen, postane povezovalna embalaža ključnega pomena. Tradicionalne povezave v embalaži morda ne zagotavljajo dovolj pasovne širine ali energijske učinkovitosti. Napredni pristopi vključujejo:
2,5D-integracija
Več jeder je nameščenih eno ob drugem in komunicira prek interposerja ali visokogostotne prerazporeditvene plasti.
3D-zlaganje
Eno jedro je nameščeno nad drugim, kar ustvarja veliko krajše navpične povezave.
Hibridni pristopi
Logiko, predpomnilnik in pomnilnik je mogoče s pomočjo več tehnologij pakiranja namestiti drug ob drugega in enega nad drugim. Intelova družina Foveros je primer napredne 2,5D- in 3D-integracije. AMD prav tako združuje čiplete z naprednim pakiranjem pri izdelkih s procesorji CPU, grafičnimi procesorji GPU in pospeševalniki. Paket ni več le predmet, ki ščiti silicij. Določa, kako sistem komunicira, prejema napajanje in odvaja toploto.
Zakaj ne bi vsega izdelali kot čiplete?
Čipleti imajo tudi lastne stroške.
Komunikacijske zakasnitve
Prenos podatkov med jedri lahko traja dlje in porabi več energije kot prenos znotraj enega jedra.
Stroški pakiranja
Napredni vmesniki, spajanje in sestavljanje so lahko dragi.
Gostota toplote
Zlaganje jeder lahko oteži odvajanje toplote.
Preizkušanje
Vsak čiplet in končni paket je treba preizkusiti. Ena okvarjena komponenta lahko še vedno vpliva na sestavljen izdelek.
Programska oprema in razporejanje
Operacijski sistem in aplikacije bodo morda morale razumeti razlike v zakasnitvi, predpomnilniku ali razporeditvi jeder.
Velikost izdelka
Majhen in poceni procesor je lahko cenejši in preprostejši kot eno monolitno jedro.
Čipleti so oblikovalsko orodje, ne univerzalna nadgradnja.
Ali so čipleti samodejno hitrejši?
Ne. Čipleti lahko omogočijo ekonomsko izvedljivost veliko večjega ali bolj specializiranega procesorja. Tak sistem je lahko hitrejši, ker vsebuje več jeder, predpomnilnika, pomnilnika ali pospeševanja. Sama razporeditev čipletov prav tako povzroča komunikacijske zakasnitve. Dobro zasnovan monolitni čip lahko prekaša slabo zasnovan sistem z več jedri. Zmogljivost je odvisna od:
- arhitektura
- delovna obremenitev
- povezava
- predpomnilnik
- pomnilnik
- pakiranje
- programska oprema
- in poraba energije.
Prednost sta prilagodljivost in skaliranje, ne pa brezplačna hitrost.
Zakaj so pomembni za umetno inteligenco
Pospeševalniki umetne inteligence potrebujejo ogromno računske moči, pomnilnik z visoko pasovno širino in hitre povezave med več procesnimi bloki. Čipleti oblikovalcu omogočajo kombiniranje: računskih jeder, V/I, predpomnilnika, pomnilnika z visoko pasovno širino in specializiranega pospeševanja. Arhitektura CDNA podjetja AMD uporablja napredno pakiranje za združevanje tehnologij čipletov in HBM v pospeševalnikih za podatkovne centre. Celotna industrija se prav tako pomika k odprtim standardom za povezovanje čipletov, tako da lahko jedra iz različnih oblikovalskih ekip ali sčasoma različnih podjetij komunicirajo prek skupnih vmesnikov. Zaradi tega bi lahko bili procesorji bolj modularni, vendar komercialni, varnostni in združljivostni izzivi ostajajo precejšnji.
Kaj to spreminja za kupce
Večini kupcev ni treba izbrati procesorja zato, ker je monoliten ali temelji na čipletih. Koristi so posredne: več jeder za dano ceno, večji predpomnilniki, boljše skaliranje izdelkov, bolj specializirani pospeševalniki in večja konkurenca med proizvodnimi procesi. Čipleti lahko pojasnijo tudi nenavadno delovanje. Procesor ima lahko različne zakasnitve med skupinami jeder. GPU je lahko močno odvisen od svojega predpomnilnika in povezovalnega vodila. Zasnova z zloženim predpomnilnikom ima lahko drugačne toplotne omejitve kot običajna različica. Arhitektura je pomembna takrat, ko spremeni dejansko delovno obremenitev, ne zato, ker se beseda »čiplet« pojavi v trženju.
Prihodnost bo verjetno mešana
Nekateri procesorji bodo ostali monolitni. Drugi bodo združevali več čipletov. Nekateri bodo predpomnilnik ali pomnilnik zlagali navpično. Veliki sistemi umetne inteligence bodo morda tako tesno povezovali številne pakete, da bo meja med čipom, modulom in računalnikom manj očitna. Cilj ni ustvariti največjega števila delov. Cilj je vsako funkcijo namestiti na ustrezen kos silicija, jo izdelati ekonomično in vse skupaj povezati dovolj hitro, da uporabnik doživlja enoten sistem.
Čipleti spreminjajo način izdelave procesorjev, saj oblikovalcem omogočajo, da enega ogromnega jedra ne obravnavajo več kot edino pot do zmogljivega čipa. Manjši deli sami po sebi niso preboj. Preboj je v tem, da delujejo skupaj. Preberite, zakaj grafični pomnilnik postaja strateško pomemben, ali raziščite strojno opremo GPUsed za podjetja in podatkovne centre.