Hvað eru CPU flögur?

Sögulega hafa örgjörvar hratt aukið afköst í samræmi við óformlega „lögmál Moores“. Lögmál Moore er athugun á því að fjöldi smára í örgjörvum, og þar með vinnslugeta örgjörvanna, tvöfaldast um það bil á tveggja ára fresti.

Lög Moores héldust nokkuð stöðugt í áratugi síðan þau voru fyrst sett fram árið 1965, fyrst og fremst vegna þess að örgjörvaframleiðendur gera stöðugar framfarir í því hversu litla þeir gætu gert smárana. Að minnka stærð örgjörva smára eykur afköst vegna þess að fleiri smári geta þá passað inn í minna rými og vegna þess að smærri íhlutir eru orkusparandi.

Lög Moores er dautt

Raunhæft þó, lög Moores ætlaði aldrei að halda að eilífu, þar sem það verður erfiðara og erfiðara að minnka hluti eftir því sem þeir verða minni. Frá árinu 2010, á 14 og 10 nanómetra mælikvarða - það er 10 milljarðaustu úr metra - hafa framleiðendur örgjörva byrjað að lenda á mörkum þess sem er líkamlega mögulegt. Framleiðendur örgjörva hafa virkilega átt í erfiðleikum með að halda áfram að minnka vinnslustærðina niður fyrir 10 nm, þó að frá og með 2020 séu um 7 nm flögur fáanlegar og 5 nm flögur eru á hönnunarstigi.

Til að berjast gegn skorti á rýrnun ferlis hafa framleiðendur örgjörva þurft að nota aðrar aðferðir til að halda áfram að auka afköst örgjörva. Ein af þessum aðferðum er einfaldlega að búa til stærri örgjörva.

Uppskera

Eitt af vandamálunum við að búa til ótrúlega flókinn örgjörva eins og þennan er að ávöxtun ferlisins er ekki 100%. Sumir af örgjörvunum sem eru framleiddir eru einfaldlega gallaðir þegar þeir eru búnir til og þarf að henda þeim. Þegar búið er að búa til stærri örgjörva þýðir stærra svæðið að það eru meiri líkur á því að hver flís hafi galla sem krefst þess að henni sé hent.

Örgjörvar eru gerðir í lotum, með mörgum örgjörvum á einni sílikonskífu. Til dæmis, ef þessar skífur innihalda 20 villur hver að meðaltali, þá þarf að henda um það bil 20 örgjörvum á hverja skífu. Með lítilli CPU hönnun gætu verið, segjum hundrað örgjörvar á einni oblátu; að missa 20 er ekki frábært, en 80% ávöxtun ætti að vera arðbær. Með stærri hönnun er hins vegar ekki hægt að setja eins marga örgjörva á einni oblátu, með kannski aðeins 50 stærri örgjörvum sem passa á oblátu. Að missa 20 af þessum 50 er miklu sársaukafyllra og mun ólíklegri til að skila hagnaði.

Athugið: Gildin í þessu dæmi eru aðeins notuð í sýnikennslu og eru ekki endilega dæmigerð fyrir raunverulegan ávöxtun.

Flísar

Til að berjast gegn þessu vandamáli hafa framleiðendur örgjörva aðskilið hluta af virkni og íhlutum í einn eða fleiri aðskilda flís, þó þeir haldist í sama heildarpakkanum. Þessar aðskildu flísar eru minni en ein einlita flís myndi vera og eru þekkt sem „Chiplets“.

Hver einstakur kubbur þarf ekki einu sinni að nota sama ferlihnút. Það er alveg mögulegt að hafa bæði 7 nm og 14 nm kubba í sama heildarpakkanum. Að nota annan vinnsluhnút getur hjálpað til við að spara kostnað, þar sem það er auðveldara að búa til stærri hnúta og afraksturinn er almennt hærri þar sem tæknin er minna í fremstu röð.

Ábending: Aðferðarhnútur er hugtakið sem notað er til að vísa til mælikvarða smára sem notaðir eru.

Til dæmis, í annarri kynslóð EPYC miðlara örgjörva AMD er örgjörvakjarna örgjörva skipt yfir átta aðskilda kubba, sem hver notar 7 nm örgjörvahnútinn. Sérstakur 14 nm hnútkublettur er einnig notaður til að vinna úr I/O, eða Input/Output kubbana og heildar CPU pakkann.

Intel er að hanna nokkra af framtíðar örgjörvum sínum til að hafa tvo aðskilda örgjörvaflögur, sem hver um sig keyrir á öðrum ferlihnút. Hugmyndin er sú að hægt sé að nota eldri eldra hnútinn fyrir verkefni með minni orkuþörf, en nýrri smærri hnút CPU kjarna er hægt að nota þegar hámarksafköst er þörf. Hönnunin sem notar skiptan vinnsluhnút mun vera sérstaklega gagnleg fyrir Intel sem hefur átt í erfiðleikum með að ná viðunandi ávöxtun fyrir 10 nm ferli sitt