Mis on CPU kiibid?

Ajalooliselt on protsessorid vastavalt mitteametlikule "Moore'i seadusele" kiiresti jõudlust suurendanud. Moore'i seadus on tähelepanek, et protsessorites olevate transistoride arv ja seega ka protsessorite töötlemisvõimsus kahekordistub ligikaudu iga kahe aasta tagant.

Moore'i seadus kehtis üsna järjekindlalt aastakümneid alates selle esmakordsest kehtestamisest 1965. aastal, peamiselt seetõttu, et protsessorite tootjad on teinud pidevaid edusamme transistorite väikeseks tegemisel. Protsessori transistori suuruse vähendamine suurendab jõudlust, kuna väiksemasse ruumi mahub rohkem transistore ja kuna väiksemad komponendid on energiasäästlikumad.

Moore'i seadus on surnud

Kuid realistlikult ei kehtiks Moore'i seadus kunagi igavesti, sest komponentide kokkutõmbamine muutub seda raskemaks ja raskemaks, mida väiksemaks need muutuvad. Alates 2010. aastast on 14 ja 10 nanomeetri skaalal – see on 10 miljardiku meetrit – protsessorite tootjad hakanud jooksma füüsiliselt võimaliku piiridesse. Protsessoritootjad on tõesti näinud vaeva, et protsessi suurust kahandada alla 10 nm, kuigi alates 2020. aastast on saadaval umbes 7 nm kiibid ja 5 nm kiibid on projekteerimisetapis.

Protsessi vähenemise vastu võitlemiseks on protsessorite tootjad pidanud kasutama teisi meetodeid, et jätkata protsessori jõudluse suurendamist. Üks neist meetoditest on lihtsalt suuremate protsessorite valmistamine.

Saagikus

Sellise uskumatult keeruka protsessori loomise üheks probleemiks on see, et protsessi tootlikkus ei ole 100%. Mõned valmistatud protsessorid on valmistamisel lihtsalt vigased ja tuleb ära visata. Suurema protsessori valmistamisel tähendab suurem ala suurema tõenäosusega, et igal kiibil on vigu, mis nõuavad selle äraviskamist.

Protsessorid on valmistatud partiidena, kusjuures ühel räniplaadil on palju protsessoreid. Näiteks kui need vahvlid sisaldavad keskmiselt 20 viga, siis tuleb umbes 20 protsessorit vahvli kohta ära visata. Väikese CPU-disaini korral võib ühel vahvlil olla näiteks sada protsessorit; 20 kaotamine pole suurepärane, kuid 80% tootlus peaks olema kasumlik. Suurema disainiga aga ühele vahvlile nii palju protsessoreid ei mahu, vahvlile mahub ehk ainult 50 suuremat protsessorit. Nendest 50-st 20 kaotamine on palju valusam ja palju vähem kasumlik.

Märkus. Selle näite väärtusi kasutatakse ainult tutvustamise eesmärgil ja need ei pruugi kajastada tegelikku tulu.

Chiplets

Selle probleemiga võitlemiseks on protsessoritootjad eraldanud mõned funktsioonid ja komponendid üheks või mitmeks eraldi kiibiks, kuigi need jäävad samasse üldpaketti. Need eraldatud kiibid on väiksemad, kui üks monoliitne kiip oleks, ja neid nimetatakse "kiipideks".

Iga üksik kiip ei pea isegi kasutama sama protsessisõlme. Täiesti võimalik, et nii 7 nm kui ka 14 nm põhinevad kiibid on samas üldises pakendis. Erineva protsessisõlme kasutamine võib aidata kulusid kokku hoida, kuna suuremaid sõlme on lihtsam teha ja tootlus on üldiselt suurem, kuna tehnoloogia on vähem tipptasemel.

Näpunäide. Protsessi sõlm on termin, mida kasutatakse kasutatavate transistoride skaala viitamiseks.

Näiteks AMD teise põlvkonna EPYC-serveri protsessorites on CPU protsessori tuumad jagatud kaheksaks eraldi kiibiks, millest igaüks kasutab 7 nm protsessorisõlme. Eraldi 14 nm sõlme kiibistikku kasutatakse ka kiibikeste sisendi/väljundi ehk sisendi/väljundi ja kogu CPU paketi töötlemiseks.

Intel kavandab mõnda oma tulevast protsessorit nii, et neil oleks kaks eraldi protsessorikiipi, millest igaüks töötab erinevas protsessisõlmes. Idee seisneb selles, et vanemat laosõlme saab kasutada väiksema võimsusvajadusega ülesannete jaoks, samas kui uuema väiksema sõlme CPU südamikke saab kasutada siis, kui on vaja maksimaalset jõudlust. Jaotatud töötlemissõlme kasutav disain on eriti kasulik Intelile, kes on püüdnud saavutada oma 10 nm protsessi jaoks vastuvõetavat saagist