Mitä CPU-sirut ovat?

CPU:t ovat historiallisesti lisänneet suorituskykyä nopeasti epävirallisen "Mooren lain" mukaisesti. Mooren laki on havainto, että prosessorien transistorien määrä ja siten prosessorien prosessointiteho kaksinkertaistuu noin kahden vuoden välein.

Mooren laki pidettiin melko johdonmukaisena vuosikymmeniä siitä lähtien, kun se julkaistiin ensimmäisen kerran vuonna 1965, mikä johtui pääasiassa prosessorivalmistajien jatkuvasta edistymisestä transistoreiden pienentämisessä. Prosessorin transistorin koon pienentäminen lisää suorituskykyä, koska enemmän transistoreita mahtuu pienempään tilaan ja koska pienemmät komponentit ovat tehokkaampia.

Mooren laki on kuollut

Todellisuudessa Mooren laki ei kuitenkaan koskaan kestäisi ikuisesti, koska komponenttien kutistaminen on sitä vaikeampaa ja vaikeampaa, mitä pienemmiksi ne tulevat. Vuodesta 2010 lähtien 14 ja 10 nanometrin mittakaavassa – se on metrin 10 miljardisosaa – prosessorivalmistajat ovat alkaneet ajaa fyysisesti mahdollista äärirajoja. Prosessorivalmistajat ovat todella kamppailleet jatkaakseen prosessikoon kutistamista alle 10 nm:n, vaikka vuodesta 2020 lähtien noin 7 nm:n siruja on saatavilla ja 5 nm:n sirut ovat suunnitteluvaiheessa.

Prosessin kutistumisen puutteen torjumiseksi prosessorien valmistajat ovat joutuneet käyttämään muita menetelmiä prosessorin suorituskyvyn lisäämiseksi. Yksi näistä menetelmistä on yksinkertaisesti suurempien prosessorien valmistaminen.

Tuotto

Yksi tämänkaltaisen uskomattoman monimutkaisen prosessorin luomisen ongelmista on, että prosessin tuotto ei ole 100%. Jotkut valmistetuista prosessoreista ovat yksinkertaisesti viallisia, kun ne valmistetaan, ja ne on hävitettävä. Kun tehdään isompi prosessori, suurempi pinta-ala tarkoittaa, että jokaisella sirulla on suurempi mahdollisuus, että siinä on virhe, joka vaatii sen heittämistä pois.

Prosessorit valmistetaan erissä, ja yhdellä piikiekolla on useita prosessoreita. Esimerkiksi jos näissä kiekoissa on kussakin keskimäärin 20 virhettä, noin 20 prosessoria kiekkoa kohden on hävitettävä. Pienellä prosessorilla voisi olla vaikkapa sata prosessoria yhdellä kiekolla; 20:n menettäminen ei ole hienoa, mutta 80 %:n tuoton pitäisi olla kannattavaa. Suuremmalla rakenteella et kuitenkaan mahdu yhtä montaa prosessoria yhdelle kiekolle, kenties vain 50 suurempaa prosessoria mahtuu kiekolle. Näistä 50:stä 20:n menettäminen on paljon tuskallisempaa ja paljon vähemmän todennäköistä, että se on kannattavaa.

Huomautus: Tämän esimerkin arvoja käytetään vain esittelytarkoituksiin, eivätkä ne välttämättä edusta todellista tuottoa.

Chiplets

Tämän ongelman torjumiseksi prosessorivalmistajat ovat erottaneet osan toiminnoista ja komponenteista yhdeksi tai useammaksi erilliseksi siruksi, vaikka ne pysyvätkin samassa kokonaispaketissa. Nämä erotetut sirut ovat pienempiä kuin yksittäinen monoliittinen siru, ja ne tunnetaan nimellä "chiplets".

Jokaisen yksittäisen sirun ei tarvitse edes käyttää samaa prosessisolmua. On täysin mahdollista, että samassa kokonaispaketissa on sekä 7 nm että 14 nm pohjaisia ​​siruja. Erilaisen prosessisolmun käyttäminen voi auttaa säästämään kustannuksia, koska suurempien solmujen valmistaminen on helpompaa ja tuotto on yleensä korkeampi, koska tekniikka on vähemmän uusinta.

Vihje: Prosessisolmu on termi, jota käytetään viittaamaan käytettyjen transistorien mittakaavaan.

Esimerkiksi AMD:n toisen sukupolven EPYC-palvelinsuorittimissa suorittimen ytimet on jaettu kahdeksaan erilliseen siruun, joista jokainen käyttää 7 nm:n prosessorisolmua. Erillistä 14 nm:n solmupiiriä käytetään myös piirilevyjen I/O:n tai Input/Output ja koko CPU-paketin käsittelyyn.

Intel suunnittelee joihinkin tuleviin prosessoreihinsa kaksi erillistä prosessorisirua, joista jokainen toimii eri prosessisolmussa. Ajatuksena on, että vanhempaa ruokavarastosolmua voidaan käyttää tehtäviin, joissa tehotarve on pienempi, kun taas uudemman pienemmän solmun CPU-ytimiä voidaan käyttää, kun tarvitaan maksimaalista suorituskykyä. Jaettua käsittelysolmua käyttävä suunnittelu on erityisen hyödyllinen Intelille, joka on kamppaillut saavuttaakseen hyväksyttävän tuoton 10 nm:n prosessissaan