Mik azok a CPU chipletek?

Történelmileg a CPU-k gyorsan növelték a teljesítményt az informális „Moore-törvény” szerint. A Moore-törvény egy megfigyelés, miszerint a processzorokban lévő tranzisztorok száma, így a processzorok feldolgozási teljesítménye nagyjából kétévente megduplázódik.

Moore törvénye meglehetősen következetesen fennállt évtizedeken keresztül, amióta először 1965-ben elhelyezték, elsősorban annak köszönhetően, hogy a processzorgyártók folyamatosan fejlődtek a tranzisztorok kicsinyítésének terén. A processzortranzisztor méretének csökkentése növeli a teljesítményt, mivel több tranzisztor fér el kisebb helyen, és mivel a kisebb alkatrészek energiahatékonyabbak.

Moore törvénye halott

Valójában azonban Moore törvénye soha nem volt érvényben örökké, mivel egyre nehezebb lesz az alkatrészek zsugorítása, minél kisebbek lesznek. 2010 óta a 14 és 10 nanométeres léptékben – ez a méter 10 milliárdod része – a processzorgyártók elkezdtek belefutni a fizikailag lehetséges határokba. A processzorgyártók valóban küzdöttek azért, hogy továbbra is 10 nm alá csökkentsék a folyamat méretét, bár 2020-tól már elérhetőek a 7 nm-es chipek, és az 5 nm-es chipek tervezési szakaszban vannak.

A folyamatok zsugorodásának hiánya elleni küzdelem érdekében a processzorgyártóknak más módszereket kellett alkalmazniuk a processzor teljesítményének további növelésére. Az egyik ilyen módszer egyszerűen nagyobb processzorok gyártása.

Hozam

Egy ilyen hihetetlenül összetett processzor létrehozásának egyik problémája az, hogy a folyamat hozama nem 100%. A legyártott processzorok egy része egyszerűen hibás, amikor gyártják, és ki kell dobni. Ha nagyobb processzort készítünk, a nagyobb terület azt jelenti, hogy nagyobb az esélye annak, hogy minden chipnek olyan hibája van, amely miatt ki kell dobni.

A processzorokat kötegekben gyártják, sok processzorral egyetlen szilícium lapkán. Például, ha ezek az ostyák átlagosan egyenként 20 hibát tartalmaznak, akkor ostyánként nagyjából 20 processzort kell kidobni. Kis CPU-kialakítással mondjuk száz processzor lehetne egyetlen szeleten; 20 elvesztése nem nagy dolog, de a 80%-os hozamnak nyereségesnek kell lennie. Nagyobb kivitelnél viszont nem fér el annyi processzor egyetlen ostyára, talán csak 50 nagyobb processzor fér el egy ostyára. Ebből az 50-ből 20 elvesztése sokkal fájdalmasabb, és sokkal kisebb valószínűséggel lesz nyereséges.

Megjegyzés: Az ebben a példában szereplő értékek csak demonstrációs célokat szolgálnak, és nem feltétlenül reprezentálják a valós hozamokat.

Chiplets

A probléma leküzdése érdekében a processzorgyártók egyes funkciókat és összetevőket egy vagy több különálló chipre különítették el, bár azok ugyanabban a teljes csomagban maradnak. Ezek a szétválasztott chipek kisebbek, mint egy monolit chip lenne, és „chipleteknek” nevezik őket.

Minden egyes chipletnek nem is kell ugyanazt a folyamatcsomópontot használnia. Teljesen lehetséges, hogy 7 nm-es és 14 nm-es chipleteket is tartalmazzon ugyanabban a teljes csomagban. Egy másik folyamatcsomópont használata költségmegtakarítást jelenthet, mivel könnyebb nagyobb csomópontokat készíteni, és a hozam általában magasabb, mivel a technológia kevésbé élvonalbeli.

Tipp: A folyamatcsomópont kifejezés a használt tranzisztorok skálájára utal.

Például az AMD második generációs EPYC szerver CPU-iban a CPU processzormagok nyolc különálló chipletre vannak felosztva, amelyek mindegyike 7 nm-es processzorcsomópontot használ. Egy különálló 14 nm-es csomóponti chiplet a chipletek I/O vagy Input/Output és a teljes CPU-csomag feldolgozására is szolgál.

Az Intel néhány jövőbeni CPU-ját úgy tervezi, hogy két külön processzorlapkával rendelkezzenek, amelyek mindegyike más-más folyamatcsomóponton fut. Az ötlet az, hogy a régebbi éléskamra csomópont kisebb energiaigényű feladatokhoz használható, míg az újabb, kisebb csomóponti CPU magok akkor használhatók, ha maximális teljesítményre van szükség. Az osztott feldolgozó csomópontot használó tervezés különösen hasznos lesz az Intel számára, amely nehezen érte el a 10 nm-es folyamat elfogadható hozamát.