Kas ir CPU mikroshēmas?

Vēsturiski CPU ir strauji palielinājuši veiktspēju saskaņā ar neformālo "Mūra likumu". Mūra likums ir novērojums, ka tranzistoru skaits procesoros un līdz ar to arī procesoru apstrādes jauda dubultojas ik pēc diviem gadiem.

Mūra likums diezgan konsekventi ir spēkā vairākus gadu desmitus, kopš tas pirmo reizi tika ieviests 1965. gadā, galvenokārt tāpēc, ka procesoru ražotāji nepārtraukti uzlaboja tranzistoru izgatavošanas mazo izmēru. Procesora tranzistora izmēra samazināšana palielina veiktspēju, jo vairāk tranzistoru var ievietot mazākā telpā un mazāki komponenti ir energoefektīvāki.

Mūra likums ir miris

Tomēr reāli Mūra likums nekad nebūs spēkā mūžīgi, jo komponentu saraušana kļūst arvien grūtāka, jo mazākas tās kļūst. Kopš 2010. gada 14 un 10 nanometru skalā – tas ir 10 miljarddaļas no metra – procesoru ražotāji ir sākuši saskarties ar fiziski iespējamām robežām. Procesoru ražotāji patiešām ir cīnījušies, lai turpinātu samazināt procesa lielumu zem 10 nm, lai gan no 2020. gada ir pieejamas dažas 7 nm mikroshēmas un 5 nm mikroshēmas ir izstrādes stadijā.

Lai cīnītos pret procesa saraušanās trūkumu, procesoru ražotājiem bija jāizmanto citas metodes, lai turpinātu palielināt procesora veiktspēju. Viena no šīm metodēm ir vienkārši lielāku procesoru izgatavošana.

Ienesīgums

Viena no problēmām, veidojot neticami sarežģītu procesoru, kā šis, ir tas, ka procesa ražīgums nav 100%. Daži no izgatavotajiem procesoriem ir vienkārši bojāti, kad tie tiek izgatavoti, un tie ir jāizmet. Izgatavojot lielāku procesoru, lielāks laukums nozīmē, ka pastāv lielāka iespēja, ka katrai mikroshēmai būs defekti, kuru dēļ tā ir jāizmet.

Procesori tiek izgatavoti partijās, un daudzi procesori ir uz vienas silīcija plāksnes. Piemēram, ja šajās plāksnēs ir vidēji 20 kļūdas, tad aptuveni 20 procesori katrā vafelē būs jāizmet. Ar nelielu CPU dizainu vienā plāksnē varētu būt, teiksim, simts procesoru; zaudēt 20 nav lieliski, bet 80% ienesīgumam vajadzētu būt ienesīgam. Tomēr ar lielāku dizainu jūs nevarat ievietot tik daudz procesoru vienā plāksnē, jo, iespējams, tikai 50 lielāki procesori ir piemēroti plāksnei. Zaudēt 20 no šiem 50 ir daudz sāpīgāk, un ir daudz mazāk iespēju gūt peļņu.

Piezīme. Vērtības šajā piemērā tiek izmantotas tikai demonstrācijas nolūkos, un tās ne vienmēr atspoguļo reālās pasaules ienesīgumu.

Čipleti

Lai cīnītos pret šo problēmu, procesoru ražotāji ir atdalījuši dažas funkcionalitātes un komponentus vienā vai vairākās atsevišķās mikroshēmās, lai gan tās paliek tajā pašā kopējā paketē. Šīs atdalītās mikroshēmas ir mazākas nekā viena monolīta mikroshēma, un tās sauc par "čipletiem".

Katrai atsevišķai mikroshēmai pat nav jāizmanto viens un tas pats procesa mezgls. Ir pilnīgi iespējams, ka mikroshēmas, kuru pamatā ir 7 nm un 14 nm, ir vienā un tajā pašā kopējā iepakojumā. Izmantojot citu procesa mezglu, var ietaupīt izmaksas, jo ir vieglāk izveidot lielākus mezglus, un raža parasti ir augstāka, jo tehnoloģija ir mazāk progresīva.

Padoms. Procesa mezgls ir termins, ko lieto, lai apzīmētu izmantoto tranzistoru mērogu.

Piemēram, AMD otrās paaudzes EPYC servera centrālajos procesoros CPU procesora kodoli ir sadalīti astoņās atsevišķās mikroshēmās, katrā izmantojot 7 nm procesora mezglu. Atsevišķa 14 nm mezgla mikroshēma tiek izmantota arī mikroshēmu ievades/izvades vai ievades/izvades un kopējās CPU pakotnes apstrādei.

Intel izstrādā dažus savus nākotnes CPU, lai tiem būtu divas atsevišķas CPU procesora mikroshēmas, no kurām katra darbojas citā procesa mezglā. Ideja ir tāda, ka vecāko pieliekamā mezglu var izmantot uzdevumiem ar zemākām jaudas prasībām, savukārt jaunāko mazāko mezglu CPU kodolus var izmantot, ja ir nepieciešama maksimāla veiktspēja. Dizains, kurā izmantots dalīts apstrādes mezgls, būs īpaši noderīgs Intel, kas ir cīnījies, lai sasniegtu pieņemamus rezultātus savam 10 nm procesam.